稀土长寿命近红外荧光探针的设计合成及其在胞内生物活性分子检测、成像中的应用

As bioactive molecules in living cells of our body are closely related to many human diseases, it is of great significance to achieve in situ, real-time visual detection of these active molecules with long-lived lanthanide-based probes based on time-resolved fluorescence microscope. However, the current researches are mostly focused on the visible emissive lanthanide-based probes, which have a mainly drawbacks associating to their poor penetration when used in the deep tissue analysis. So, in this project, we will construct some long-lived near infra-red emissive probes for the detection of various bioactive molecules (ATP、GSH、H2O2、H2S) based on a series of novel synthetic porphyrinated lanthanide complexes. Then, we will investigate their sensing performance towards specific bioactive molecules in aqueous solution and living cells, particular investigate the sensitivity, selectivity and near-infrared cell imaging. The proposed research project aims to explore the methods and feasibility of porphyrinate lanthanide-based materials for the construction of long-lived near infra-red emissive probes, which will provide experimental and theoretical basis of development of novel fluorescent bio-probes for the precise analysis of bioactive molecules in deep tissues.

分析检测人体细胞内生物活性分子对人类疾病的防治具有重要意义，实现胞内生物活性分子的原位、实时可视化精确分析仍是当前人们面临的重大难题。基于时间分辨光谱技术的稀土长寿命荧光探针正备受科学家关注和重视。然而，当前仍以可见光发射的稀土荧光探针为主，此类探针在深层生物组织中的应用具有较大局限性，具有长寿命近红外发射特征的稀土荧光探针鲜有报道。本项目拟以卟啉镱[III]配合物为主体材料，以人体细胞内重要的生物活性分子ATP、GSH、H2O2、H2S和RNA为靶标分子，设计、合成、构建一系列稀土长寿命近红外荧光探针，研究其在水相介质中的近红外发光效率、近红外荧光寿命等光谱学传感；研究其在活细胞内的近红外传感、成像等。本项目旨在探讨卟啉镱[III]配合物作为主体材料构建长寿命荧光探针的可行性，为新型荧光探针的研制，实现深层生物组织内活性分子的时间分辨近红外成像分析，提供材料、实验和理论基础。

实现细胞内活性分子的实时、原位、可视化分析对于恶性肿瘤等重大疾病的诊治研究具有重要意义。长余辉发光的稀土发光材料是构建新型功能光学探针的良好材质。本项目拟以人体细胞内几种生物活性分子为靶标分子，以卟啉镱配合物等稀土发光材料为主体材料，设计、合成、构建新型生物功能光学探针，研究其在活细胞内的近红外传感、成像及其相关的肿瘤光学诊治等，具有重要的研究应用价值。. 在项目实施过程中，我们完成了：1）构建了可用于检测细胞内活性小分子H2O2、H2S的近红外卟啉镱配合物构型；光谱分析及细胞实验表明，构建的探针可以在胞外及胞内实现对H2O2和H2S的高灵敏和高选择的检测，另外，该类探针具有非常小的细胞毒性，可被细胞快速摄取；2）构建了可用于肿瘤细胞内标志性分子mRNA检测和响应的多功能近红外光学复合探针，在近红外光激发下，实现了肿瘤mRNA高灵敏度的定量检测和光学比率高分辨率成像，同时该探针可根据肿瘤细胞内mRNA的表达水平来调控化疗药物的释放，最重要的是该探针是一种普适设计，探针所含有的核酸分子序列可根据不同肿瘤的mRNA类型进行调整；具有重要的应用前景；3）构建了可用于细胞内重金属汞离子检测的高灵敏、高选择性荧光探针。在此课题经费的支持下，我们进一步对课题研究进行了拓展：1）基于稀土卟啉钆配合物，提出了新一代的光敏分子构型，实现了肿瘤的高效靶向光动力治疗效果；2）构建了一系列可被肿瘤细胞快速摄取并具有大双光子吸收截面的卟啉类光敏制剂，实现了肿瘤细胞的高效光动力杀伤效应；3）构建了新型的光热转换材料，首次提出了肿瘤光热和光声联合治疗的概念，并利用细胞的糖代谢机制，实现了良好的肿瘤靶向成像和联合治疗效果。. 完成的相关研究获得了一系列研究成果，包括负责人以第一或通讯作者在SCI以及核心刊物上发表论文7篇，被SCI论文收录5篇，其中影响因子10.0以上的1篇、8.0以上的3篇；获得授权国家发明专利3项，美国专利1项；培养研究生4人。在项目执行期间，项目负责人获得广州市“珠江科技新星”，获批1项国家自然科学基金面上项目。