亚细胞水平上活性氧自由基的原位、可逆、动态可视化分析

将偶联半胱氨酸的有机荧光分子或量子点作为荧光发色团I；将偶联自由基特异识别基团和半胱氨酸的有机荧光分子作为发色团II。发色团II与自由基特异反应后荧光恢复，以此定量单种自由基浓度；发色团II与I的半胱氨酸基团之间在氧化还原条件下发生-S-S-键的形成与打开的动态变化，并以此调控电子转移、能量转移或共轭π键离域性变化等机制，使发色团I的荧光随不同氧化还原条件而发生可逆、动态变化。将上述信号响应部分与特异识别细胞器内抗原、受体、酶的抗体、配体、底物偶联制备探针，将探针定位于细胞器内。以相互不干扰的探针同时定位并测定不同细胞器内的活性氧，研究氧化胁迫、正常生理及还原胁迫条件下，活性氧在亚细胞水平的时空分布和动态变化，给出细胞器之间、细胞器与细胞整体之间产生自由基量的关联，为研究复杂生物体系中各种复杂关系提供数据及检测方法，为阐释自由基在生命活动中的生理作用、致病机制提供理论依据及实验方法。

提高活细胞荧光成像的准确性及灵敏度是在细胞水平上探究、阐述生物体生理、病理功能的前提，也是分析化学家不断追求的目标之一。本项目即针对此目标，对细胞成像中多组分检测的光谱重叠问题和内源性、低含量组分的高灵敏检测问题进行了研究，提出了有效提高光谱空间分辨和成像灵敏度的研究策略。项目研究包括以下三个方面：(1) 以纳米金为组装界面及能量受体，以双荧光染料为能量供体，构建了单激发、双发射且发射光谱完全分辨的功能纳米荧光探针。以肿瘤标志物基质金属蛋白酶MMP-2和MMP-7为模型检测物，验证了此检测方法的有效性。实验证明此方法有效消除光谱重叠对低浓度样品信号的屏蔽，增大成像检测准确性，为细胞水平上的疾病诊断提供了更加可靠的方法。(2) 利用花菁染料共轭体系电子重排导致的互变异构，构建了高灵敏比率检测肿瘤细胞线粒体内源性信号分子H2S的荧光探针。探针背景极低，荧光比率值增强约2500倍，为细胞内源性、超低浓度物种的检测提供了思路和方法。(3) 基于氢键调控和氟-硼亲和作用，构建了高灵敏检测氟离子的量子点/金纳米自组装体，实现了水体及细胞内F-的检测。以上成果不仅有效改善、提高了细胞荧光成像的准确度与灵敏度，而且在有机分子与纳米探针的设计、合成与组装等方面具有一定的理论意义。