一氧化氮(NO)能够调节生物体中多种生理和病理学过程。实时探测生物环境中的NO是极具挑战性的课题,这主要是源于其自由基的本性和快速扩散的特点。近年发展起来的顺磁金属(如Cu2+)基的荧光探针,实现了生物体内NO的直接探测,预示了该领域研究的发展方向。但由于顺磁金属激发态及其生物环境的复杂性,对其检测过程中荧光开关机制的研究相对滞后。基于多组态微扰理论的研究,我们发现了信号基团的三态Franck-Condon初始布居是顺磁金属荧光淬灭的根本原因,发生在金属和荧光基团之间光诱导的电子转移(PET)是其淬灭的重要途径。当探针分子检测NO时,依赖从NO到Cu(II)的电荷转移实现顺磁金属铜的部分还原,形成Cu-NO弱配位键。光诱导的激发态质子转移,一方面在电荷富集的N端,触发了由N到金属中心的电荷转移,Cu(II)进一步被还原,最终通过两步电荷转移实现了Cu(II)到Cu(I)的转换。另一方面,激发态质子迁移引起了羰基的质子化,逐步弱化Cu-O和Cu-N配位键。随着铜离子的离去,在N端完成亚硝酰化反应,而在O端形成质子化的荧光基团。最终信号基团在其烯醇式的激发单态发射520nm的荧光,实现NO的探测。