寧波材料所在基于熒光碳點的生理還原/氧化活性物質(zhì)探針方面取得進展
生物體在新陳代謝的過程中，會有一系列不同氧化酶、還原酶和輔酶參與的氧化-還原反應(yīng)來生成和消耗能量(ATP)，在此過程中會產(chǎn)生許多還原性、氧化性活性物質(zhì)。通常，人體內(nèi)的氧化-還原過程處于平衡狀態(tài)，一旦失衡會導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生，從而產(chǎn)生大量活性氧(ROS)和活性氮(RNS)物質(zhì)。生物硫醇(如：谷胱甘肽：GSH，L-半胱氨酸：L-Cys)是人體內(nèi)最重要，含量最豐富的一類還原性小分子，在控制細胞氧化應(yīng)激中起關(guān)鍵作用，維持著細胞的氧化-還原平衡。因此，監(jiān)測生物體中硫醇、ROS/RNS水平對疾病的早期發(fā)現(xiàn)、臨床研究等方面具有非常重要的意義。目前，檢測生物氧化/還原活性物質(zhì)的探針設(shè)計主要還是集中于有機小分子，但有機分子合成較為復(fù)雜，水溶性差，抗光漂白能力弱等諸多不足限制了進一步的應(yīng)用。
熒光碳點作為一種新型的碳納米材料，具有發(fā)光強、抗光漂白、生物相容性好、優(yōu)異的物理/化學(xué)穩(wěn)定性等明顯優(yōu)點，在化學(xué)/生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，是設(shè)計發(fā)光納米探針的理想材料。中科院寧波材料所林恒偉研究員帶領(lǐng)的碳基發(fā)光材料與檢測技術(shù)研究團隊在生物活性小分子探針方面取得系列進展。
團隊成員王宇輝副研究員及研究生蔣凱、吳小雪分別設(shè)計并制備了不同納米探針用于活性物質(zhì)的檢測。如圖1所示，王宇輝博士首次構(gòu)建并原位合成出熒光碳點(能量供體)與二維層狀MnO2(優(yōu)異能量受體)的熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)傳感器，該傳感器對GSH(還原MnO2)具有較好分析性能，線性響應(yīng)范圍寬(0.01 ~ 0.8 mM)，檢出限在μM水平，成功應(yīng)用于人新鮮血樣中GSH含量測定(Chem. Commun., 2015, 51, 12748)。蔣凱以苯三胺為碳源，溶劑熱合成出量子效率高并發(fā)黃光的碳點，利用Ag(I)與碳點表面氨基的螯合配位作用淬滅熒光(光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移)，然后通過L-Cys中巰基與Ag(I)發(fā)生共價作用，將Ag(I)從碳點表面競爭下來，電子轉(zhuǎn)移過程受到抑制，碳點熒光得到恢復(fù)(圖2)，最終將該探針成功應(yīng)用于血樣中L-Cys的高靈敏檢測 (ACS. Appl. Mater. Interface., 2015, 7, 23231)。吳小雪以鄰苯二胺為碳源合成出高性能的碳點，該碳點可以選擇性與過氧亞硝酸根離子(ONOO-)反應(yīng)而熒光淬滅。進一步通過在其表面修飾具有線粒體靶向功能的有機小分子——三苯基膦，實行了對線粒體內(nèi)ONOO-的靶向?qū)崟r成像(圖3)，該工作最近被生物傳感領(lǐng)域權(quán)威刊物接收(Biosens. Bioelectron., 2016, DOI: 10.1016/j.bios.2016.10.060)。
上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金(21277149/21305152)，浙江省自然科學(xué)基金(LR13B050001/LY16B050005)，寧波市自然科學(xué)基金(2015A610277)及重點研發(fā)計劃(2016C50009)等項目的大力支持。
圖1. 基于熒光碳點-層狀MnO2的 FRET新模型及GSH傳感示意圖
圖2. 基于苯三胺為碳源合成熒光碳點并應(yīng)用于Ag(I)和Cys傳感及細胞成像
圖3. 基于鄰苯二胺合成碳點的線粒體靶向ONOO-探針及傳感示意圖
（納米事業(yè)部 王宇輝）