新型Ir(III)配合物光电材料在肿瘤细胞检测中的应用研究

Photoelectrochemical (PEC) bioanalysis is a newly emerged analysis technique based on photo-to-current conversion process, which possesses many advantages, such as higher sensitivity, simpler instruments, and easier miniaturization. The sensitivity of PEC biosensors is largely influenced by the photo-to-current conversion efficiency of photoactive materials utilized. In this project, as novel and high-efficiency photoactive materials, Ir(III) complexes with strong absorption in the visible rang will be synthesized by properly designing ligands with visible-light harvesting ability owning to tunable photophysical and electrochemical characteristics over wide ranges. Based on specific aptamer recognitions with tumor cell surface protein and cytokine, highly sensitive and specific detection of tumor cell in complicated biological systems will be realized through nano materials and DNA cycles amplification, and new methods and techniques are expected to be provided for the early diagnose of cancer.

光电化学生物分析(PEC)是近年来基于光电转换过程而建立起来的一种新型分析技术，具有灵敏度高、设备简单、易于微型化等优点。光电传感体系的灵敏度最终取决于所采用光电活性材料的转化效率，本项目以设计新型的高效光电活性材料为出发点，基于Ir(III)配合物光物理、电化学性能可调控范围宽的优点，通过设计具有强光捕获能力的配体，合成在可见区具有高摩尔吸光度的Ir(III)配合物光电活性材料，同时基于核酸适体与肿瘤细胞表面蛋白、细胞因子等特异性识别作用，结合纳米材料、DNA信号放大技术，实现复杂生物体系中肿瘤细胞的高灵敏、高特异性分析检测，以期为肿瘤的早期诊断及精准治疗提供新方法、新技术。

本项目主要开展了具有强可见光吸收的Ir(III)配合物的设计、合成及在光电化学分析检测中应用的相关研究工作。通过在配体中引入香豆素、BODIPY及罗丹明发色团合成了四类、共十三种具有强光捕获能力的环金属Ir(III)配合物，配合物的结构通过核磁共振光谱、质谱进行了表征，对其紫外-可见吸收谱、电化学和光电化学性质进行了研究，考察了影响其光电流强度的因素，并推测了可能的光电流产生机理。将环金属Ir(III)配合物用作光电活性材料，结合核酸适体与凝血酶的特异性识别作用，纳米材料、杂交链式反应、催化发夹自组装的放大策略，实现了复杂生物体系中凝血酶、microRNA的高灵敏、高特异性检测。将环金属Ir(III)配合物用作光敏剂，构建了染料敏化的光电化学光阴极体系，分别实现了对前列腺特异性抗原（PSA），DNA甲基转移酶(MTase)及microRNA的高灵敏、高特异性检测。有意义的是，该项目开创性地将环金属Ir(III)配合物用作多功能的光电化学探针，集靶识别、光敏化及锚定功能于一体，由于精准的靶识别及可控的组装过程，该光电检测展现了非常高的选择性、低的灵敏度及好的重现性，开辟了一种设计光电传感的新模式。在此基金的资助下，已在Analytical Chemistry 上发表论文2篇，在Biosensors and Bioelectronics上发表论文2篇，在Sensors and Actuators: B Chemical和ACS Applied Bio Material上各发表论文1篇，申请发明专利7件，已授权3件，培养硕士研究生4名。