近红外光激发的手性纳米层级结构用于巯基对映体三模式检测

The development of novel enantiomer analysis method is of vital importance for stereochemistry, drug development and pathological research. However, conventional optical enantiomer analysis methods are encountered with various challenges, such as short exciting wavelength, single analysis mode and heavy background noise. To tackle these challenges, herein, NIR light excited chiral nano-hierarchial structure (UCNP@CAgNC) is innovatively fabricated with UCNP and chiral Ag nanocluster (CAgNC), and applied for tri-modal optical analysis of biothiol enantiomer. The energy resonance transfer progress between UCNP and CAgNC, as well as the enantioselective interaction between CAgNC and biothiol are finely manipulated. Thus, the signal of biothiol enantiomer is reflected to three kinds of light signals, which results in colorimetric/ ratiometric upconversion fluorescence / circular dichroism spectral- tri-modal analysis. Several parameters of the three analysis modes are investigated in details in both water solution and serum. And the analysis of biothiol enantiomer is realized in cells. With the integration of NIR light (low noise) and tri-modal optical analysis (multi-signal), the background noise is sharply eliminated with the enhancement of analysis signal. Thus, enantioselective analysis with high efficiency is achieved. This research program is going to provide new insight for the development of biothiol enantiomer analysis method.

开发新型对映体检测方法对立体化学、药物开发、病理研究等都具有十分重要的意义。针对传统对映体光学检测方法面临激发波长短、检测模式单一、背景噪音严重等挑战，本项目创新性地构建了可被近红外光激发的上转换纳米粒@手性银簇-手性纳米层级结构（UCNP@CAgNC），并将其用于生物巯基对映体的三模式光学检测。通过调控上转换纳米粒与手性银簇之间的能量共振转移过程以及手性银簇对巯基分子的对映体选择性响应，将巯基对映体的浓度信号同时转化为UCNP@CAgNC的三种光学信号，实现了比色法/上转换荧光比率法/圆二色谱法-三模式协同检测对映体。在溶液和血清中，详细考察了三模式检测的多项检测指标，并在细胞内实现了巯基对映体选择性检测。通过整合近红外光（低噪音）与三模式协同检测（多信号），能有效降低噪音干扰、增强检测信号，实现巯基对映体高效检测。本项目有望为开发生物巯基对映体检测方法提供新思路。

手性氨基酸是人体中重要的手性小分子，参与多种生理病理过程，例如在多种神经疾病发生发展、神经递质分泌等过程中扮演重要角色，而且还是早期胃癌的标志物之一。因此，在活体中检测手性氨基酸具有重要意义。但是目前常用手性氨基酸检测方法都无法用于非入侵式体内检测。针对这一挑战，本项目构建了一种酶基复合纳米探针用于活体内手性氨基酸的高灵敏光检测。纳米探针由以下功能成分有序组装而成：上转换纳米粒、 对氧气浓度敏感的荧光分子 PtTFPP、对过氧化氢敏感的荧光分子CyD 和能特异性催化D型氨基酸氧化（同时伴随着氧气消耗和过氧化氢生成）的D型氨基酸氧化酶。纳米探针与D型氨基酸遭遇后，酶促反应启动，导致氧气消耗和过氧化氢产生，这两个过程分别会被PtTFPP和CyD感应，双重响应导致协同增强的红色发光，可用于监控D型氨基酸的浓度。另外由于近红外激发和上转换的发光机制会降低背景噪音干扰。因此，该纳米探针可实现体内D型氨基酸的高灵敏荧光检测。另外，构建的探针还具有尺寸小、检出限低（2.2 uM）、检测范围宽、可实现细胞和无创活体内检测等优点。据我们所知，本项目是第一个实现活体内D型氨基酸光学检测策略的研究。本项目的研究成果对设计更有效纳米探针提供了参考。