近年来，超分辨荧光成像等技术的迅猛发展为靶标蛋白的超高时空分辨率可视化及其生物功能研究提供了前所未有的机遇，而靶标蛋白的高信噪比荧光标记是成像的关键前提。小分子有机染料因其独特的光物理性质、体积小和光稳定性高等特点，已成为蛋白质成像中最常用的报告分子。然而，传统有机染料在生物成像和传感领域实现高信噪比的活细胞蛋白标记仍然面临着渗透性不足和背景信号高的挑战。在过去的十年里，已经开发出基于罗丹明结构的蛋白响应型、快速透膜的新一代荧光探针。其特性主要源于染料的两种不同结构的动态平衡：游离状态下无荧光但具有高透膜能力的螺内酯结构（闭环），与蛋白结合后呈现强荧光的两性离子结构（开环）（图1）。

近日，复旦大学的王璐课题组对这类具有蛋白响应型、快速透膜罗丹明探针的作用机理和设计策略，以及它们在生物成像和生物传感中的应用进行了综述。

在设计优化具有蛋白响应能力和高膜渗透性的罗丹明探针时，通常考虑以下三个关键因素：（1）精确调节两性离子（开环结构）和螺旋内酯（闭环结构）之间的平衡，（2）确保两性离子与目标蛋白之间的有效相互作用，（3）调控螺内酯结构的聚集程度。

基于新型罗丹明染料的荧光探针能够实现高信噪比的活细胞靶标蛋白标记，例如蛋白质标签（如SNAP tag、Halo Tag、CLIP Tag和TMP tag）、细胞骨架（如肌动蛋白和微管）、核酸（如DNA和RNA）、细胞器（如溶酶体、线粒体、高尔基体和内质网）以及药物靶标（如叶酸受体和β-分泌酶1）等。这些探针已经成为目前活细胞超分辨成像中最常用的工具，为细胞结构观测和蛋白功能研究提供了前所未有的机遇。此外，在生物传感领域，新一代罗丹明探针极大促进了化学遗传生物传感器的构建。此类新型化学遗传生物传感器能够将有机荧光团优异的光稳定性、光物理特性，与蛋白质的精确靶向性和选择性相结合，成功用于活细胞内监测代谢物的动态、信号分子和电压等。随着蛋白响应型、快速透膜的染料的不断开发，预计将制备出更多用于生物成像和生物传感的有效工具，极大地推动生物医药的发展。