多模式发光探针对细胞内重要活性自由基的定量检测及可视化成像研究

By introducing radical-specific recognition groups to the luminophors with multiplexed luminescence, multiplexed luminescence probes featured simultaneously with fluorescence/phosphorescence, fluorescence/chemiluminescence, or phosphorescence/chemiluminescence characteristics are designed and synthesized. The probes are modulated by electron transfer, energy transfer or electron coupling, and show self-calibration, time resolution, and spectral resolution, which can increase the accuracy for both radical quantitation and cell imaging. Then, cellualr models of human cancer cells and normal human cells are developed, in which the in vivo and dynamic imaging of important radicals can be achieved by the proposed probes during the changing of cellular state. This project will provide a new analytcial method and technique for the study on the pathogenic or treatment mechanism of radicals, and a good tool for the acquisition of molecular information about cellualr state changes regulated by the radicals.

项目拟通过对发光团的合理设计与筛选，引入自由基特异性识别基团，基于电子转移、能量转移、电子耦合等途径的调控，将荧光、磷光、化学发光三种发光模式两两结合赋予同一发光体，构建同时具有荧光/磷光、荧光/化学发光和磷光/化学发光的多模式发光探针，并达到自校正、时间分辨及光谱分辨，从而提高自由基定量检测准确度及细胞成像精准度。建立癌细胞与正常细胞模型，以构建的多模式发光探针实现细胞内重要活性自由基的原位、动态可视化检测，为自由基介导的重大疾病的致病/治病机理研究提供新的分析方法与手段，为研究自由基调控细胞功能的分子机制提供重要依据。

自由基等生物活性分子在细胞的生理病理过程中发挥着重要的调控作用。因此发展对生物体系中自由基等活性分子的有效检测方法对于精准获取活性分子的浓度及分布变化，以及疾病的预警和诊断具有重要意义。虽然发光探针已广泛用于生物体系内自由基等活性分子的检测，但是仍然面临准确度低、易扩散、反应动力学慢等问题。因此，仍需发展基于新反应类型的光学探针，在识别机理、信号触发与转换、反应动力学等方面进行深入研究。本项目即针对此目标，在新颖识别反应的发现、新型探针的设计与合成、光学信号的触发机制以及生物模型信息的实时、原位获取等方面进行了研究，取得了如下研究成果：(1) 在多模式发光探针的设计与构建方面进行了有效探索，通过发光团的合理设计与组配，引入特异性识别基团，借助识别反应对聚集的引发作用，实现了超氧阴离子的荧光/化学发光双模式检测，从而为多模式发光探针的研制提供了新的思路；(2) 基于新的识别基团或反应类型研制了一系列高灵敏、高选择性检测细胞、组织及活体中自由基分子、气体信号分子、巯基小分子、甲醛分子等活性分子的荧光探针，实现了活性分子的原位、动态可视化，获取了活性分子调控细胞状态变化的信息，为活性分子的相关研究提供了新的数据与探针材料。项目共发表SCI论文10篇，包括Chem. Sci. 1篇、Anal. Chem. 5篇、Chem. Commun. 3篇、TrAC-Trend Anal. Chem. 1篇；申请发明专利3项并获得授权；培养硕士研究生4人；参加国际学术会议2次(做口头报告1次)、国内学术会议3次；1人获山东省自然科学一等奖（排名第四）以及第十一届山东省青年科技奖。