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香港科技大学唐本忠院士、内蒙古大学王建国团队 | 一种简易获取的比率型AIE探针实现体内和体外亚硝酰氢(HNO)的可视化2021-05-23
亚硝酰氢(Nitroxyl, HNO)是NO的一种单电子还原和质子化产物,在许多生理和病理过程中都发挥着至关重要的作用。HNO可以有效地抑制含硫醇类酶的活性、调节神经递质的释放、治疗充血性心力衰竭以及抑制癌细胞生长等生理功能。然而,大多数的HNO荧光探针存在灵敏度低、特异性差、易光漂白等问题,大大限制了它们在生物体系中的应用。比率荧光探针因其灵敏度高、抗干扰能力强从而引起大家的广泛关注。

聚集诱导发光体(AIEgen)在稀溶液中发出微弱荧光或几乎不发光,但是在聚集体或固体下荧光发射急剧增强,可以有效地解决探针在细胞中聚集后导致的荧光猝灭(ACQ)问题。AIEgen具有优异的光稳定性、高的信噪比和良好的生物相容性,是生物成像应用的理想选择。据我们所知,至今还没有比率型的AIE探针被报道用于体内或体外HNO的检测和成像。

近日,香港科技大学唐本忠院士、内蒙古大学王建国研究员等人首次报道了一种简单易得的比率型AIE探针(TCFPB-HNO)用于体内和体外硝酰基(HNO)的实时监测和可视化。首先通过两步简单合成高产率的得到探针TCFPB-HNO, 其被证实具有典型的AIE性质。该探针以TCFIS作为发光团,2-(二苯基膦基)苯甲酸作为HNO的识别基团。该探针的响应机理主要是基于分子内电荷转移(ICT)能力的变化,由于连接发光基团和识别基团的酯基减弱了分子的供电子能力,使得TCFPB-HNO具有较弱的ICT效应,但是与HNO响应后羟基的生成增强了分子TCFIS的ICT效应,从而使得响应前后荧光强度和波长的变化而达到比率型检测HNO的目的(图1)。

图1:  HNO探针的合成路线和响应机理

研究发现,TCFPB-HNO与HNO响应后荧光呈现明显的比率变化,随着HNO的增加,I618/I670的比值逐渐增大,其比值可增加近10倍。探针具有较高的灵敏度,检出限为157.6 nM。同时,TCFPB-HNO也表现出良好的选择性和稳定性。

图2: TCFPB-HNO与HNO的特异性响应

此外,TCFPB-HNO在MCF-7细胞中与不同浓度的HNO共孵育后可以观察到明显比率荧光变化(图3)。随着HNO浓度的增加,绿色荧光强度明显增强,红色荧光减弱,其叠加场荧光由红色到黄色再到绿色的变化。小动物活体成像实验证明,TCFPB-HNO可以在活体内对HNO进行实时监测和成像,表明其在生物体内具有一定的应用前景。

图3: TCFPB-HNO在细胞成像中的应用

本工作首次报道了一种比率型AIE探针(TCFPB-HNO),用于体内和体外HNO的实时监测和成像。该探针易于制备、稳定性高、生物相容性好,具有典型的AIE特性。细胞和活体成像实验表明,TCFPB-HNO可以成功应用于体外和体内HNO的荧光成像,为实时观察生命系统中HNO相关的生理过程提供了一种新型的工具。

本文第一作者为内蒙古大学博士生李纯斌同学与姜国玉副教授,通讯作者为内蒙古大学王建国研究员与香港科技大学唐本忠院士。深圳大学康苗苗博士、王东副教授以及中国科学院深圳先进技术研究院张鹏飞副研究员为论文的共同作者。

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An easily available ratiometric AIE probe for nitroxyl visualization in vitro and in vivo

Chunbin Li, Guoyu Jiang, Xiang Liu, Qingfang Lai, Miaomiao Kang, Dong Wang, Pengfei Zhang, Jianguo Wang and Ben Zhong Tang

Mater. Chem. Front., 2021,5, 1817-1823
https://doi.org/10.1039/D0QM00995D

通讯作者简介

唐本忠 院士

香港科技大学 化学学院

华南理工大学 材料科学与工程学院

唐本忠,香港科技大学和华南理工大学教授。分别于2009年、2013年、2017年和2020年当选为中国科学院院士、英国皇家化学学会会士、亚太材料科学院院士和发展中国家科学院院士。作为AIE概念的提出者和研究的引领者,唐本忠院士发表论文1600余篇,被引用10.5万余次,h指数147。自2014年以来,连续入选化学和材料双领域高被引用科学家。唐本忠教授先后获得多项荣誉及奖励,如国家自然科学一等奖(2017),何梁何利科学与技术进步奖(2017)、第27届夸瑞兹密国际科学奖(2014)、美国化学会高分子学术报告奖(2012)、国家自然科学二等奖(2007)、裘槎高级研究成就奖(2007)、中国化学会高分子基础研究王葆仁奖(2007)和爱思唯尔出版社冯新德聚合物奖(2007)等。

王建国 研究员

内蒙古大学 化学化工学院

王建国,内蒙古大学化学化工学院研究员,博士生导师,内蒙古自治区杰出青年基金获得者,江西省杰出青年基金获得者,内蒙古自治区第十批“草原英才”。主要从事有机光电功能材料研究工作。主持国家自然科学基金(青年基金与面上基金)、内蒙古自治区杰出青年基金、江西省杰出青年基金、内蒙古自然科学基金、江西省自然科学基金等各类项目14项。近五年,在国内外学术期刊上以第一作者及通讯作者发表SCI论文30余篇,论文总被引1500余次,其中ESI 高引论文3 篇,申请发明专利17项,获授权发明专利9项(第一发明人6项)。现为中国化学会会员、中国生物学会会员。https://www.x-mol.com/groups/Wang_Jianguo