用于高灵敏检测磷酸水解酶的新型荧光探针的设计

生物体内去磷酸化作用是调节细胞生物活性的重要方式，在细胞的新陈代谢和信号转导等许多生理活动中发挥重要作用。实现对生物体中磷酸水解酶的特异性、高灵敏性检测在生物识别、疾病诊断以及药物开发等领域都具有重要意义。然而，传统的酶检测法，如电泳、同位素标记、亲和沉淀、酶化学法等很难实现其高选择性和高灵敏性检测。本项目拟针对磷酸水解酶催化反应的特点，利用不同的光物理过程，如激发态质子转移(ESIPT)、分子内电荷转移(ICT)、荧光共振能量转移(FRET)等机制，设计一系列具有较长发光波长的荧光探针（如黄酮衍生物、酞菁染料等）作为磷酸水解酶的底物，通过底物的去磷酸化作用生成新的荧光产物，从而实现特异性检测磷酸水解酶。借助于激光共聚焦显微镜来监控细胞内磷酸水解酶的水解过程。在详细研究此类反应过程中的光物理、光化学问题的基础上，了解影响荧光探针选择性与灵敏性的普遍规律。

生物体内去磷酸化作用是调节细胞生物活性的重要方式，在细胞的新陈代谢和信号转导等许多生理活动中发挥重要作用。实现对生物体中磷酸水解酶的特异性、高灵敏性检测在生物识别、疾病诊断以及药物开发等领域都具有重要意义。然而，传统的酶检测法，如电泳、同位素标记、亲和沉淀、酶化学法等很难实现其高选择性和高灵敏性检测。本项目针对碱性磷酸水解酶催化反应的特点，利用不同的光物理过程，如激发态质子转移(ESIPT)和分子内电荷转移(ICT)等机制，设计一系列具有较长发光波长的荧光探针实现特异性检测磷酸水解酶。首先，利用分子内电荷转移(ICT)机制，设计一系列具有较长发光波长的荧光探针（如半菁染料和BODIPY等）作为磷酸水解酶的底物，通过底物的去磷酸化作用生成新的荧光产物，并产生比率型的荧光对比信号，从而实现特异性检测磷酸水解酶。借助于激光共聚焦显微镜来监控细胞内磷酸水解酶的水解过程。其次，利用激发态质子转移(ESIPT)机制，设计合成含有强推拉电子基团的长发射波长的黄酮衍生物，通过其在碱性磷酸酶作用下水解产生明显的质子转移现象，观察到其荧光发射峰的显著红移。再次，用噻吩聚合物作为荧光探针来检测磷酸水解酶，通过聚合物的链放大效应，实现对客体磷酸水解酶的高灵敏检测。该分子相比于以往的小分子荧光探针相比，具有长波长，水溶性好，背景干扰小等优点。此外，本项目在新型荧光探针的设计，特别是对级串型荧光探针的设计及其应用做了详细的调研，应邀撰写相关综述发表在Chemical Reviews上发表。通过本项目研究，从本质上了解了磷酸水解酶荧光探针设计的基本要求与规律，传感分子与识别物种之间相互作用过程的机制进行了详细的研究，为更有效地设计该类光化学传感分子提供必要的理论指导，为进一步制备具实际应用价值的光化学传感器打下基础。依托本项目已发表SCI论文11篇，待发表论文3篇，专利4件；培养博士研究生2名，硕士研究生2名。