基于稀土配合物的比率型时间分辨荧光-荧光寿命双信号探针用于谷胱甘肽选择性检测研究

Highly selective and sensitive detection of glutathione (GSH) in live cells plays crucial role in clinical diagnostics and life science researches. This project intends to carry out the research on lanthanide complex-based luminescence probes by introducing Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) mechanism into the development of the probes, which aims to design and synthesis of various ratiometric time-gated luminescence and luminescence lifetime dual-signal probes for specific recognition and sensing of GSH, and to establish ratiometric time-gated luminescence and luminescence lifetime dual-modal methods for qualitative and quantitative detections of GSH in complicated bio-samples (such as plasma and cells). The novel probe can get rid of the impacts of background fluorescence, probe concentration, excitation intensity and sample environments, enable it to be favorably useful for the detection of GSH with high sensitivity and accuracy in complicated biological samples. This study not only could enrich the approach for the design of ratiometric time-gated luminescence-luminescence lifetime probes and promote the application and development of time-gated luminescence bioassay technique, its results have also good application prospects in the field of medical and life science researches.

细胞内谷胱甘肽（GSH）高选择性、高灵敏度的检测在医学临床诊断与生命科学研究中具有重要的应用价值。本项目拟将荧光共振能量传递（FRET）机理用于稀土配合物荧光分子探针的研究中，开展基于稀土配合物-有机荧光染料FRET机理用于GSH特异性识别与传感的比率型时间分辨荧光-荧光寿命双信号分子探针的设计与合成，及其在复杂生物样品（如血浆及细胞）中GSH的比率型时间分辨荧光及荧光寿命双模式定性/定量测定工作。新型荧光分子探针能够有效地消除背景荧光信号、探针浓度、激发光强度及样品环境等因素对测试的干扰，因此在复杂生物样品GSH的检测中具有很高的灵敏度和准确度。该项目的开展可以丰富稀土配合物比率型时间分辨荧光分子探针及荧光寿命探针的设计方法，促进时间分辨荧光生化分析技术的应用与发展，预计其研究成果在医学及生命科学的研究领域也有良好的应用前景。

基于稀土配合物的时间分辨荧光探针能够有效的消除背景荧光信号对测定的干扰，因此在复杂样品目标组分的检测中具有较高的灵敏度。本项目首先基于FRET机理，设计合成了一种比率型时间分辨荧光-荧光寿命双信号探针，并对探针与次氯酸反应前后的光谱性质、荧光寿命及选择性等进行了系统的考察，表明该探针能够用于次氯酸的比率型时间分辨荧光及荧光寿命双信号检测，该探针被成功用于了细胞中次氯酸的比率时间分辨荧光成像测定，这一工作的开展对基于稀土配合物的双信号荧光探针的开发提供了参考。将稀土铕荧光配合物PTTA-Eu3+、叶酸与铂铁纳米粒子结合后，制备了一种新型的时间分辨荧光-磁共振双信号纳米探针，通过对探针的荧光性质、弛豫性能及肿瘤靶向性能的系统考察，表明该探针能够用于肿瘤的时间分辨荧光和磁共振双模式成像。同时，铂铁纳米粒子可将肿瘤组织内的过氧化氢分解产生活性氧，从而诱导细胞死亡，细胞和小鼠实验结果表明该材料具有较好的肿瘤细胞杀伤效果，在肿瘤的早期诊断与治疗中具有较好的应用前景。此外，该工作首次从机理上证明了铂铁纳米粒子诱导细胞死亡属于铁死亡机制。了提高肿瘤的治疗效果，在前期工作的基础上，我们合成了一种铂铁锰三元材料，将其与Ce6和叶酸结合后，制备了一种新型的复合纳米探针。探针的表征结果表明该材料在光照条件下能够产生大量的单线态氧，因此能够用于肿瘤的光动力治疗；为另一方面，该材料不仅能够催化细胞内的过氧化氢产生大量活性氧而导致细胞死亡，而且能够分解过氧化氢产生氧气，缓解肿瘤组织的乏氧状态，继而提高光动力治疗的效果。此外，该材料还具有良好的光热转换性能。细胞和小鼠实验结果表明该材料能够用于肿瘤的光动力、光热和化学动力学协同治疗。此外，我们以铂铁为基本材料，将其与二氧化锰、黑磷、二硫化钼及MOF等结合后，制备了多种复合纳米材料，结果表明这些材料在肿瘤的协同治疗中具有较好的应用前景。