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Angew. Chem.:活体成像的突破——次序性激活的化学发光新策略

基于化学发光(CL)的检测技术由于能够有效的避免激发光散射及背景荧光干扰,彻底改变了生物分子的体内成像能力。尤其是近来的CCD (charge coupled device)检测器等快速发展,能提供更低背景、超高分辨率的光学成像技术,极大的推动了化学发光技术在生命科学及临床检测中的推广应用。


目前广泛应用的化学发光底物(辉光型与闪光型)一类是辉光型(glow-type)触发激活型的二氧杂环丁烷,另一类是闪光型的鲁米洛。以AMPPD为代表的辉光型底物,其本身含有过氧高能键结构,通过结构修饰产生相对稳定的高能键,其检测灵敏度高、范围广,但发光强度弱、稳定性差;而以鲁米诺为代表的闪光型底物,必须与活性氧(如H2O2等)作用后才能释放出光子,其发光强度高、稳定性好,但检测物质范围受限。上述这两类底物都是基于识别过程中高能量键的断裂,而在识别过程和光子释放无法分割一直是制约生物活体成像应用中精准触发控制并且获得明亮的发光信号的瓶颈难题。

最近,华东理工大学郭志前教授(点击查看介绍)和朱为宏教授(点击查看介绍)课题组在化学发光探针设计中首次引入次序激活的双重锁定新策略,将识别过程和光子释放过程分离和顺序触发,实现了检测物与光控的次序性响应。在该策略中,底物分子首先与分析物识别作用生成稳定的中间体,并随着识别过程逐渐累积;其次在光控作用下生成1,2-二氧杂环丁烷的高能结构并释放出光子。稳定中间体生成不仅能够有效的富集化学发光信号,而且探针的稳定性得到极大的提升,有效解决了辉光型识别过程中光子释放不可控、发光信号弱,而闪光型因需要触发剂无法在生物活体内精准触发的难题。


以β-半乳糖苷酶分子探针设计为例,精心设计了依次触发糖苷酶分析物和光释放的两个触发器,具体而言是设计单锁探针(DCM-gal-C)和双锁探针(DCM-gal-CF)。相比单锁探针DCM-gal-C,基于双锁次序性响应探针DCM-gal-CF的稳定性高与化学发光信号富集:稳定性提升18倍;与skov-3细胞孵育后,发光信号强度增强9.5倍。


这种次序激活的设计策略具有较好的推广性,例如具有聚集诱导发射(AIE)特征的发色光团去替换原有的DCM基团,探针仍具备有次序性激活的特性,并且保留了新引入荧光团的特点,成功实现了活体成像中AIE实时荧光和超灵敏化学发光技术的结合。这类新型的化学发光探针在活体成像应用中取得了优异的成果,为该策略的拓展应用提供了坚实的基础。


该项工作创新地提出了双锁-次序性响应的化学发光探针设计新策略,实验结果表明这种策略巧妙地结合了辉光型和闪光型两类化学发光底物的优点,具备良好的应用拓展潜力,为发展高性能的化学发光探针提供了一种新颖的设计思路。


相关成果发表在Angewandte Chemie International Edition 上,文章的第一作者是华东理工大学博士张玉涛和博士后燕宸旭,通讯作者为郭志前教授。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

A Sequential Dual-Lock Strategy for Photoactivatable Chemiluminescent Probes Enabling Bright Duplex Optical Imaging

Yutao Zhang, Chenxu Yan, Chao Wang, Zhiqian Guo,* Xiaogang Liu, and Wei-Hong Zhu

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202000165


导师介绍

郭志前

https://www.x-mol.com/university/faculty/10515

朱为宏

https://www.x-mol.com/university/faculty/10413


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