【唐本忠院士團隊】鐵離子點亮型生物螢光探針的設計及機理研究

2021-02-15 聚集誘導發光AIE

分子識別是兩個或兩個以上的分子通過非共價鍵相結合,這種現象廣泛存在於超分子化學和生命體系且備受矚目。分子識別是通過氫鍵、金屬耦合、疏水性和範德華力等弱相互作用力自組裝形成新的分子系統,並顯示出獨特的光物理特性,生物活性和分子動力學過程。由於分子識別受到尺寸效應、配位作用和溶劑化效應等影響因此,希望通過優化分子結構、調控分子間相互作用,構建合適的、具有特徵性的高選擇性、高靈敏度的分子識別體系(螢光探針體系)是一個巨大的挑戰。

鐵是一種常見的元素,因其廣泛性和廉價性常作為有機合成的催化劑,同時鐵元素參與了生物體中造血、產酶、能量代謝轉換及免疫功能維持等生命過程,對維持生命活動起到重要作用,但高的鐵濃度可能對正常的生理活動造成破壞。因此,開發新型高靈敏度和快速反應的鐵離子螢光探針具有潛在的應用前景,特別是開發出對目標分析物識別具有低信噪比等特點的點亮型(light-up)螢光探針具有廣闊的應用前景。

具有聚集誘導發光(AIE)性質的分子是一類天然的點亮型螢光材料,此類材料在稀溶液中不發光或發光很弱,而在聚集態或固態時螢光強度增強。獨特的點亮型AIE螢光材料可用於亞細胞(特定細胞器)成像,生物過程的長期跟蹤和成像引導治療等。先前,香港科技大學唐本忠院士課題組將四苯基乙烯(TPE)和4-吡啶通過雙鍵連接,獲得了一類檢測三價陽離子的螢光探針,但這類材料與Cr3+,Fe3+和Al3+相互作用時螢光都會發生明顯變化,沒有選擇性

基於吡啶基中氮原子的取代位置不同,產生不同的電子效應,影響自身的酸度係數(pKa),香港科技大學唐本忠院士課題組巧妙的設計合成了一種鄰位取代的吡啶功能化的 TPE-o-Py,其不但擁有明顯的AIE特性,能夠專一的、高靈敏度、快速的檢測溶液中的Fe3+。而當TPE-o-Py遇到癌症細胞中的Fe3+時,螢光顏色能夠從藍光轉變為橙紅光,實現癌症細胞中鐵離子的檢測。同時,TPE-o-Py低的細胞毒性使得其在作為活細胞染料時具有優勢 (圖1)。

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