生物活性物质的新型光学探针与传感分析研究

Sensing analysis of bioactive substances, such as enzymes and reactive oxygen species, is of great importance for better understanding of their biological functions. In this respect, spectroscopic sensing methods have attracted much attention because of their high spatial and temporal resolution capability. In the present project, new spectroscopic probes and sensing systems with high sensitivity and selectivity will be developed by using specific chemical reactions such as enzymatic cleavage, protection-deprotection and redox reactions, and their analytical properties will be characterized systematically. Moreover, based on the excellent spectroscopic probes developed, several new fluorescence sensing and imaging methods will be established for bioactive substances. The proposed methods will also be attempted to detect the analytes in situ in real biosystems such as living cells. It is hoped that the project may lead to some important results in revealing biological function of the related substances, which would thus be of great benefit to the researches on both life science and analytical chemistry.

复杂体系中生物活性物质的真实情况能得到及时反映的原位传感与检测，已成为分析化学领域中一个前沿性、且颇具挑战性的课题。本项目围绕该领域中蛋白酶、活性氧、砷化合物等生物活性物质的检测灵敏度和/或特异性尚存在严重不足的关键问题，拟借助选择性的多米诺分解、化学切割、保护-脱保护、催化氧化还原等化学反应，结合光物理过程扰动原理，设计与发展性能优良的新型光学探针和传感体系，构建生物活性物质的高选择性、高灵敏度光学传感与检测新方法，并利用荧光成像等技术，探索所建立的方法在细胞等生物体中的分析应用，以期揭示一些新的现象。本项目包含着一系列新的构思，其实施可为相关物质的选择性光学传感与原位分析提供关键的实验技术，从而促进在分子水平上对其生物功能的认识。

该项目围绕如何实现复杂生物体系中蛋白酶、活性氧等物质的光学传感与分析的关键科学问题，从光物理过程扰动原理及分析物的特性出发，通过分子设计，发展了一系列性能优良的新型光学探针和传感分析体系，构建了高选择性、高灵敏度荧光传感与检测新方法，圆满完成了预定的研究任务和考核指标。所取得的代表性研究结果如下：..1）提出了酪氨酸酶、单胺氧化酶 A等的新识别单元，设计与合成了一系列蛋白酶的高选择性光学探针，建立了其光学传感与分析新方法，并成功用于细胞、活体斑马鱼的荧光成像分析；..2）设计与发展了活性氧、活性硫等物种的高选择性光学探针，有效避免了其它反应性质相近物种的干扰，构建了适用于细胞等生物体系中羟基自由基、过氧亚硝基、多硫化物等物质的高选择性荧光传感与成像分析新方法，并揭示了细胞铁凋亡过程中伴随着明显的羟基自由基生成、细胞质粘度增加的现象；..3）建立了针对亚细胞器（神经突）的核酸探针筛选新方法，获得了具有精确定位及靶向功能的核酸探针，实现了神经细胞的三维神经网络成像。..该项目所发展的光学探针与传感分析新方法，可为相关生物活性物质的选择性检测研究提供关键的实验技术，从而可促进在分子水平上对其生物功能的认识。