《国家科学评论》报道我校AIE内质网荧光探针研究新进展
发布人:助管  作者:化学学院  发布时间:2020-11-28   动态浏览次数:10

        聚集诱导发光材料(AIEgens)只在聚集状态下发光,已被广泛应用于生物成像和疾病检测,然而传统AIE荧光探针在生物体内的成像特异性不佳。这是因为生物细胞中同时存在水溶性和脂溶性环境,而传统AIE荧光染料通常仅在单一环境中溶解良好,但在另一种环境下极易聚集并发光,产生背景噪音或假阳性信号。最近,华东理工大学朱为宏教授团队(王琪副教授、朱志荣博士生等)在《国家科学评论》(National  Science  Review,NSR)发表研究论文,提出了“双亲性AIE”设计策略,并设计合成了成像效果良好、信噪比超高的内质网探针QM-SO3-ER。

(A)市售内质网探针,(B)双亲性AIE探针的设计和成像示意图

        特殊的双亲性质使该荧光分子在水性环境和脂性环境中同时具有良好的分散性,在到达靶向位点前,不会发生非特异性聚集;直至到达靶向位点后,才会通过分子内运动受限(RIM)作用,特异性荧光点亮。

        为设计双亲性AIE探针,团队对课题组早期构建的AIE母体喹啉腈(QM)进行改性:在QM衍生物QM-OH上引入亲水磺酸基团,以提高探针的水溶性,并引入含有杂原子的磺胺基团(具有内质网靶向能力),以提高分子的亲脂性和靶向性;同时,杂原子的存在使得探针分子能够在水溶液中与水分子形成分子间氢键,在一定程度上也能提高探针的溶解性;最终,成功构建了双亲性AIE分子QM-SO3-ER。

(上排)不同溶剂-水、甘油体系中QM-SO3-ER (10 μM)的发射光谱(λex = 447 nm),(下排) QM-SO3-ER的I/I0随着水含量的变化

        如上图所示,QM-SO3-ER在多种有机-水体系中均具有极好的分散性,表现出无荧光状态。只有处于高粘度的环境(甘油)中时,才由于分子运动受限而表现出特征荧光。

        QM-SO3-ER双亲性探针可以特异性结合位于内质网上的钾离子通道蛋白,实现超高信噪比的内质网成像。同时,该探针还具有优异的光稳定性、生物相容性以及免洗的成像效果。

双亲性AIE探针QM-SO3-ER与钾离子通道蛋白(KATP)的分子对接模拟计算以及与市售探针ER-tracker Red 的共定位成像

        双亲性AIE的设计策略有效解决了当前AIE探针在生物成像领域的瓶颈问题,为AIE生物探针的设计提供了新的思路和方向。

        上述研究工作得到了田禾院士的悉心指导,获得了材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心、国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、上海市浦江人才计划等项目的支持。