细胞器靶向稀土配合物荧光探针及时间分辨荧光生物成像应用研究

Time-resolved luminescence bioimaging technique based on luminescent lanthanide complex probes has remarkable advantages of high sensitivity and specificity without interference of background fluorescence, which allows it to have important applications for the imaging detection of biospecies in living cells and other complicated biosamples. Based on the method of multi-functional modification for the ligands of lanthanide complexes, we try to establish new methods for time-resolved luminescence imaging detection of biospecies in individual organelles of living cells. Briefly this project intends to carry out the studies on the design and synthesis of novel lanthanide complex-based luminescent probes that have the functions of organelles (mitochondria and lysosomes, etc.) targeting and biospecies (reactive oxygen/nitrogen species, biothiols, etc.) recognizing and sensing, and their applications for time-resolved luminescence imaging detection of biospecies in living cells and other samples. The implementation of this project can provide valuable probe materials and methods for the promotion and application of time-resolved luminescence bioimaging, to open up the new research and application field of lanthanide complex-based luminescent bioprobes and time-resolved luminescence bioimaging technique. The established methods have also good application prospects for understanding the production and distribution of biospecies in individual organelles of living cells, as well as for the developments of bioimaging technique and life science.

基于稀土配合物荧光探针的时间分辨荧光生物成像分析技术具有灵敏度高及特异性好、无背景荧光干扰等显著优点，在活细胞等复杂生物样品内生物活性组分荧光成像测定方面具有重要的应用价值。本项目拟利用对稀土配合物的配位体进行多功能结构修饰的方法，设计合成同时具有细胞器（线粒体及溶酶体等）靶向定位功能及生物活性组分（活性氧/氮、生物硫醇等）特异性识别-荧光传感功能的新型稀土配合物荧光探针，并将探针用于活细胞等生物样品中生物活性组分的时间分辨荧光成像测定，以建立活细胞内特定细胞器中一些生物活性组分的时间分辨荧光成像测定新方法，为时间分辨荧光生物成像分析技术的推广应用提供有价值的探针材料及测定方法。本项目的实施不仅可开拓稀土配合物生物荧光探针及时间分辨荧光生物成像分析技术新的研究与应用领域，其所建立的方法预期在解明细胞内特定细胞器中生理活性组分的产生及分布、生物荧光影像学及生命科学等方面也具有很好的应用前景。

设计合成具有特定细胞器靶向定位性能及目标组分特异性识别性能的稀土配合物荧光探针是建立亚细胞水平时间分辨荧光分析技术的关键前提。本项目四年来围绕细胞器靶向定位稀土配合物荧光探针的设计合成及其在时间分辨荧光生化分析中的应用，开展了系列的研究工作。取得的主要研究成果包括：（1）设计合成了具有线粒体靶向定位性能的铕(III)-铽(III)混合配合物比率型生物硫醇荧光探针、可见光激发铕(III)配合物单线态氧荧光探针、钌(II)配合物-菁染料偶联比率型过氧化亚硝酸根荧光探针、铕(III)-铽(III)混合配合物比率型一氧化碳荧光探针、铱(III)配合物半胱氨酸荧光探针及可见光激发铕(III)配合物次氯酸荧光探针，并建立了这些探针在生化分析中的应用方法；（2）设计合成了具有溶酶体靶向定位性能的钌(II)配合物硫化氢荧光探针、钌(II)配合物甲醛荧光探针、钌(II)-钆(III)双核配合物荧光-磁共振双模式次氯酸探针，并建立了这些探针在生化分析中的应用方法；（3）设计合成了具有内质网靶向定位性能的铕(III)-铽(III)混合配合物比率型超氧阴离子荧光探针、铕(III)-钆(III)混合配合物荧光-磁共振双模式癌细胞识别探针以及钌(II)配合物-有机荧光团共价偶联型生物硫醇荧光探针，并建立了这些探针在生化分析中的应用方法。四年来在包括Angewandte Chemie International Edition、Journal of the American Chemical Society、Accounts of Chemical Research、Coordination Chemistry Reviews、Trends in Analytical Chemistry、Analytical Chemistry、Analytica Chimica Acta、Chemistry-A European Journal等国际学术刊物发表研究论文和邀请综述23篇，发表会议论文10篇，培养博士毕业生5人。