基于配体调控的稀土配合物荧光探针与时间分辨荧光生化分析应用研究

Time-resolved luminescence bioassay technique has important applications in clinical diagnostics and life science researches. The developments of various new lanthanide complex luminescence probes having the recognition and sensing functions for the biological targets are the essential objective and prerequisite of the technique. To solve the problem that affects the development and application of the technique, by using the ligand-modulation concept of probe structure design and module assembly route of probe synthesis, this project intends to carry out the studies on the design and syntheses of ligand-modulated luminescence and ratiometric luminescence probes of lanthanide complexes, as well as lanthanide complex-organic dye FRET-type luminescence probes that can be used for the specific recognition and time-resolved luminescence detections of bio-active molecules and ions, to establish highly specific and sensitive time-resolved luminescence detection methods for bio-active species in complicated bio-samples, especially in living biological cell and tissue samples. This study not only has important theoretical and practical significance for the development of lanthanide complex luminescence probes to pioneer new research and application fields of time-resolved luminescence bioassay technique, its results have also good application prospects in the field of biomedical and life science researches.

时间分辨荧光生化分析技术在医学临床诊断与生命科学研究中具有重要的应用价值，而研制具有识别与荧光传感功能的各种新型稀土配合物荧光探针是推广应用该技术的关键基础和前提条件。本项目拟通过配体调控的探针结构设计理念及模块组装的探针合成技术路线，开展基于配体调控的生理活性分子及离子特异性识别与传感稀土配合物荧光探针、比率型稀土配合物荧光探针、稀土配合物-有机染料荧光共振能量传递型荧光探针的设计、合成及其在复杂生物样品特别是活体生物细胞及组织样品中生理活性组分时间分辨荧光测定中的应用研究，以建立高特异、高灵敏的复杂生物样品中生理活性组分的时间分辨荧光测定新方法，解决影响现有技术发展和应用的一些领域难题。本研究不仅对稀土配合物荧光探针研究的发展、开拓时间分辨荧光生化分析技术新的研究与应用领域具有重要的理论与实际意义，其研究成果在生物医学与生命科学研究领域也具有很好的应用前景。

研制具有长寿命荧光发光的稀土配合物荧光生物探针是拓展时间分辨荧光生化分析技术应用的关键前提。本项目四年来围绕着稀土配合物荧光发光的“关-开”调控策略，开展了系列新型稀土配合物荧光生物探针的设计、合成及其在时间分辨荧光生化分析中的应用研究工作。取得的主要研究成果包括：（1）分别设计合成出具有良好细胞膜通透性的新型单线态氧特异性响应铕配合物荧光探针MTDTA-EuIII，及一种具有线粒体靶向功能的单线态氧特异性响应铕配合物荧光探针[Eu(pfdap)3(tpy)]，并将探针用于光动力过程中肿瘤细胞内单线态氧产生的定量检测与示踪；（2）分别设计合成出对生物硫醇及硫化氢具有特异性识别与比率型荧光响应功能的新型稀土配合物荧光探针NSTTA-Eu3+/Tb3+及NPTTA-Eu3+/Tb3+，并建立了探针用于活细胞内生物硫醇及硫化氢定量比率型时间分辨荧光测定的方法；（3）设计合成出一种抗坏血酸特异性识别铕配合物荧光探针TOB-Eu3+，并将其用于抗坏血酸及脱氢抗坏血酸进入细胞的动力学过程示踪及抗坏血酸在大型蚤体内分布的成像测定；（4）利用荧光共振能量转移原理，设计合成出两种对一氧化氮具有特异性比率型时间分辨荧光响应的探针PTTA-Tb3+@AFt-Rh-NO及TRP-NO，并将探针用于活细胞中及小动物体内一氧化氮的比率型时间分辨荧光成像测定；（5）分别设计合成出几种对次氯酸、一氧化氮、单线态氧及硫化氢具有特异性识别的钌配合物发光探针，并建立了这些探针在实际生物样品中目标组分测定中的应用方法。本项目四年来在包括Analytical Chemistry、Scientific Reports、Biosensors and Bioelectronics、Inorganic Chemistry、Dalton Transactions、Journal of Materials Chemistry B、Analyst、Talanta、New Journal of Chemistry、Journal of Fluorescence等国内外学术刊物发表论文19篇，参加国内外学术会议7人次（邀请报告3次），培养博士毕业生5人，硕士毕业生7人。