基于磁性纳米粒子的新型香豆素类荧光探针的构建及应用研究

Rapid and highly sensitive detection has always been one of the research hotspots and difficulties in small-molecule probes field. It is the general method to link the probe molecules with certain devices and then detect by an electrical or optical signal to some bioactive materials,such as urine, serum and whole blood. But the method has the disadvantages of imprecision and limited detectable quantity. In the present project, we want to build a new rapid and highly sensitive detection system wherein a new series of excellent coumarin-based fluorescent chemosensors which possess a great deal of properties, such as high sensitivity, high accuracy, as well as good solubility in water will be designed and synthesized and then be functionalized with the magnetic nanoparticles by covalently bonding to obtain various novel chemosensors-functionalized magnetic nanoparticles. The chemosensors-functionalized magnetic nanoparticles can not only fully combine with the ions or molecules to be detected to improve the sensitivity, but also be recovered through a magnetic field for spectroscopy and imaging analysis.

同时达到快速和高灵敏度检测一直是小分子检测领域的研究热点和难点。对于生物活性物质,如尿液、血清、全血等，目前的方法是先将探针分子固定在某些器件上，再通过电信号或光信号进行检测，该法的弊端是误差大、检测量有限。本项目拟设计、合成一系列高灵敏、高准确、水溶性良好的新型香豆素类荧光探针分子,并通过共价键将其固定在磁性纳米粒子上进行样品检测，这样探针一方面可与待测离子或分子充分结合以提高灵敏度，另一方面还可通过磁场收回以进行光谱学和影像学分析，从而构建一个既具有荧光传感性能又具有优良磁导向性和生物相容性的高灵敏传感检测系统。

光学分子探针通过介入式化学方法或途径，在分子层面上对生命体系进行精准修饰或调控，在免疫组学、基因测序、精准医学诊疗等生物信息相关领域有广泛应用。本项目的学术成绩主要集中在高灵敏传感光学探针的开发及在探测生命活动中的重要应用。设计、合成了一系列可对环境或生物体系中重要物质进行灵敏检测的荧光探针，包括锌离子荧光探针、银离子荧光探针、钙离子荧光探针、铜离子荧光探针、硫离子荧光探针、氟离子荧光探针、亚硫酸离子荧光探针、苯硫酚荧光探针、活性氧荧光探针、溶酶体pH荧光探针、线粒体靶向荧光探针以及G-四链体DNA探针等。成功将筛选出的高灵敏有机探针分子与磁性纳米粒子结合，获得的复合探针在活细胞中具有良好的磁导向性。值得一提的是，我们开发的银离子荧光探针是首个反应型比率银离子荧光探针，能够灵敏检测生物和环境体系银离子，具有良好的抗背景干扰功能；首次实现了靶向检测线粒体中有毒物质苯硫酚并对其引起的细胞氧化应激过程进行了可视化；通过螺吡喃原位开关，开发了首个可秒级、比率检测活细胞中G-四链体DNA的荧光探针；并且利用ESIPT机理，构建了一个具有大斯托克斯位移、可在纯水中高灵敏、可逆检测铜离子和硫离子的“On-Off-On”荧光传感体系。该项目执行期间，本课题组在SCI期刊上发表研究论文11篇（均已在文中致谢国家自然科学基金委资助、本项目号均为第一标注），其中，在SCI Top期刊上发表研究论文5篇、以杂志封面文章发表研究论文2篇。申请国家发明专利5项，其中授权1项、转让1项。培养研究生16名，8名已顺利毕业。受邀参加两次国际学术会议并做会议邀请报告，多次参加全国学术会议并做邀请报告或口头报告。