細(xì)胞成像再添新技術(shù)：鞠熀先教授提出細(xì)胞膜蛋白成像的電致化學(xué)發(fā)光方法
電致化學(xué)發(fā)光（ECL）集成化學(xué)發(fā)光高靈敏度和電化學(xué)電位可控性的優(yōu)點，在分析化學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)中得到廣泛的應(yīng)用。其中，基于釕聯(lián)吡啶衍生物的ECL免疫分析方法是疾病標(biāo)志物檢測的主要手段之一。針對生物檢測與生命科學(xué)研究的需求，ECL新體系的開發(fā)已成為該領(lǐng)域長期的研究主題。
量子點（QDs）具有尺寸可控、高發(fā)光效率和窄的發(fā)射光譜，并在2002年被發(fā)現(xiàn)是一種理想的ECL發(fā)光體（Science 2002, 296, 1293）。我院鞠熀先教授研究團(tuán)隊用簡單方法解決量子點凝聚問題，首次在水相體系中實現(xiàn)了QDs的ECL，并將其用于共反應(yīng)劑的化學(xué)傳感（Anal. Chem. 2004, 76, 6871），制得第一支量子點ECL生物傳感器（Chem. Commun. 2007, 404），構(gòu)建了QDs ECL的能量轉(zhuǎn)移、電子轉(zhuǎn)移新機制，發(fā)現(xiàn)了新的ECL共反應(yīng)劑，建立了小分子、DNA、蛋白質(zhì)和糖基的ECL檢測方法（Anal. Chem. 2007, 79, 6690；2007, 79, 8055；2008, 80, 5377；Chem. Commun. 2010, 46, 5446), 并研制出低ECL電位的量子點（Anal. Chem. 2010, 82, 3359），發(fā)展了生物標(biāo)志物的免疫分析新方法（Anal. Chem. 2010, 82, 7351；2011, 83, 5214；2013, 83, 5390）。
然而，QDs的毒性限制了其在細(xì)胞與活體傳感中的應(yīng)用。近年來，該團(tuán)隊聚焦于低毒性、高生物相容性的聚合物量子點（Pdots），不斷提高其ECL發(fā)光效率，拓展其生物應(yīng)用。他們首先合成噻咯-咔唑偶聯(lián)的Pdots（Anal. Chem. 2016, 88, 845）和釕聯(lián)吡啶摻雜的Pdots，提出了雙ECL增強策略（Anal. Chem. 2017, 89, 7659），發(fā)展了電子受體-電子供體-聚集發(fā)光基團(tuán)偶聯(lián)的高效ECL發(fā)光體（J. Phys. Chem. Lett. 2018, 9, 5296）和Pdots雙分子內(nèi)共振能量轉(zhuǎn)移的ECL體系（Chem. Sci. 2019, 10, 6815），構(gòu)建了金屬離子（Anal. Chem. 2018, 90, 1202）和多種疾病標(biāo)志物（Anal. Chem. 2018, 90, 7708）高通量可視化成像檢測方法。
由于對高濃度共反應(yīng)劑的需求及其中間體短壽命的限制和對細(xì)胞的損傷，ECL技術(shù)難以在細(xì)胞與活體檢測中得到應(yīng)用。開發(fā)高發(fā)光效率、低細(xì)胞毒性和無外加共反應(yīng)劑的ECL發(fā)光體系自然成為該領(lǐng)域的迫切需求。近期，鞠熀先教授研究團(tuán)隊利用共軛結(jié)構(gòu)中分子內(nèi)雙電子轉(zhuǎn)移增強的機理，設(shè)計了一種共反應(yīng)劑內(nèi)嵌的Pdots，開發(fā)了無需外加共反應(yīng)劑而ECL強度則是分子間電子轉(zhuǎn)移體系在等濃度時132倍的ECL發(fā)光體系，其ECL效率甚至高于經(jīng)典的釕聯(lián)吡啶-共反應(yīng)劑體系，從而實現(xiàn)了單個活細(xì)胞膜蛋白的無試劑ECL成像檢測。
該Pdots的制備首先將2,2-(9,9-雙(6-溴代己基)-9氫-芴-2,7-二基)雙(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼烷)與4,7-二溴苯并[c][1,2,5]噻二唑在100 oC聚合，生成聚4-(9,9-雙(6-溴己基)-9H-芴-2-基)苯并[c] [1,2,5]噻二唑；再與二乙胺反應(yīng)，生成三乙胺偶聯(lián)的聚合物TEA-PFBT；進(jìn)一步與苯乙烯-馬來酸酐共聚物（PSMA）通過納米共沉淀得到表面含三乙胺的聚合物點(TEA-Pdots)（圖1A）。Pdots表面有豐富的修飾位點，具有細(xì)胞毒性低、ECL發(fā)光強度高的特點。通過與鏈霉親和素（SA）偶聯(lián)，利用和生物素標(biāo)記抗體與細(xì)胞表面相應(yīng)待測分子及SA的雙識別作用，可將Pdots標(biāo)記到細(xì)胞表面待測分子上，在無需外加共反應(yīng)劑且無需額外的通透處理的條件下，實現(xiàn)對細(xì)胞膜表面特異性蛋白的原位成像檢測（圖1B）。通過對活細(xì)胞表面人表皮生長因子受體-2（HER2）的無試劑ECL成像檢測，該技術(shù)已成功地用于藥物對膜蛋白調(diào)控的評估。這一工作為ECL在單細(xì)胞分析和生命活動動態(tài)研究中的應(yīng)用開辟了新的途徑。
上述相關(guān)成果已以“Dual Intramolecular Electron Transfer for In Situ Coreactant-Embedded Electrochemiluminescence Microimaging of Membrane Protein”為題于9月21日在Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/anie.202011176）在線發(fā)表。博士生王寧寧為該工作的第一作者，鞠熀先教授為通訊作者。
圖1.（A）共反應(yīng)劑內(nèi)嵌的Pdots的合成路線，（B）Pdots用于單細(xì)胞表面HER2檢測的ECL顯微成像原理圖。
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