Abstract Investigation of the physiological and pathological functions of formaldehyde (FA) are largely restricted by a lack of useful FA imaging agents, in particular, those that allow detection of FA in the context of living tissues. Herein, we present the rational design, synthesis, and photophysical property studies of the first two‐photon fluorescent FA probe, Na‐FA . Importantly, the highly desirable attributes of the probe Na‐FA (such as a very large turn‐on signal (up to 900‐fold), a low detection limit, and a very fast onset imparted by the unique design aspects of the probe), make it possible to monitor endogenous FA in living tissues for the first time. Furthermore, sodium bisulfite was identified as a simple and convenient inhibitor of FA within biological environments.

Biothiols, which have a close network of generation and metabolic pathways among them, are essential reactive sulfur species (RSS) in the cells and play vital roles in human physiology. However, biothiols possess highly similar chemical structures and properties, resulting in it being an enormous challenge to simultaneously discriminate them from each other. Herein, we develop a unique fluorescent probe (HMN) for not only simultaneously distinguishing Cys/Hcy, GSH, and H2S from each other, but also sequentially sensing Cys/Hcy/GSH and H2S using a multi-channel fluorescence mode for the first time. When responding to the respective biothiols, the robust probe exhibits multiple sets of fluorescence signals at three distinct emission bands (blue-green-red). The new probe can also sense H2S at different concentration levels with changes of fluorescence at the blue and red emission bands. In addition, the novel probe HMN is able to discriminate and sequentially sense biothiols in biological environments via three-color fluorescence imaging. We expect that the development of the robust probe HMN will provide a powerful strategy to design fluorescent probes for the discrimination and sequential detection of biothiols, and offer a promising tool for exploring the interrelated roles of biothiols in various physiological and pathological conditions.

Acidic pH is a critical physiological factor for controlling the activities and functions of lysosome. Herein, we report a novel dual site-controlled and lysosome-targeted intramolecular charge transfer-photoinduced electron transfer-Fluorescence resonance energy transfer (ICT-PET-FRET) fluorescent probe (CN-pH), which was essentially the combination of a turn-on pH probe (CN-1) and a turn-off pH probe (CN-2) by a nonconjugated linker. Coumarin and naphthalimide fluorophores were selected as donor and acceptor to construct the FRET platform. Hydroxyl group and morpholine were simultaneously employed as the two pH sensing sites and controlled the fluorescence of coumarin and naphthalimide units by ICT and PET, respectively. The sensing mechanism of CN-pH to pH was essentially an integration of ICT, PET, and FRET processes. Meanwhile, the morpholine also can serve as a lysosome-targeted group. By combining the two data analysis approaches of the ratios of the two emission intensities (R) and the reverse ratio R' (R' = 1/R), the fluorescent ratio of CN-pH can show proportional relationship to pH values in a very broad range from pH 4.0 to 8.0 with high sensitivity. The probe has been successfully applied for the fluorescence imaging of the lysosomal pH values, as well as ratiometrically visualizing chloroquine-stimulated changes of intracellular pH in living cells. These features demonstrate that the probe can afford practical application in biological systems.

Mitochondria, as essential and interesting organelles within the eukaryotic cells, play key roles in a variety of pathologies, and its abnormalities are closely associated with Alzheimer's disease (AD) and other diseases. Studies have shown that the abnormal of viscosity and concentration of hydrogen peroxide in mitochondria were all associated with AD. Accordingly, the detection of viscosity and hydrogen peroxide in mitochondria has attracted great attention. However, it remains a great challenge to explore a single probe, which can dual-detect the viscosity and H2O2 in mitochondria. Herein, in two ways to prevent the twisted internal charge transfer (TICT) process, we designed and sythesized the first dual-detection fluorescent probe Mito-VH that can visualize viscosity and H2O2 in mitochondria with different fluorescence signals in living cells.

A new ratiometric fluorescent H2 O2 probe, benzopyrylium-coumarin (BC), is designed by using an oxonium moiety as the unique H2 O2 response site. The BC probe exhibits an extremely large emission shift of 221 nm in response to H2 O2 , and is successfully applied for the simultaneous near-infrared and two-photon imaging of H2 O2 in living cells, mouse-liver tissues, and zebrafish.

Viscosity and hypoxia, as microenvironment parameters, play important roles in maintaining normal biological processes and homeostasis. Therefore, simultaneous and sensitive detection of these elements with simple and effective methods could offer precise information in biology. Here, we report a two-site lysosome-targeting fluorescent probe, NVP, for monitoring viscosity and nitroreductase with dual emission channels (emission shift is 86 nm). The NVP probe has displayed highly sensitive and selective responses towards viscosity and nitroreductase, respectively. Significantly, the fluctuations of viscosity and NTR have been detected