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细胞成像再添新技术:鞠熀先教授提出细胞膜蛋白成像的电致化学发光方法

时间:2020-09-22浏览:0买球

电致化学发光(ECL)集成化学发光高灵敏度和电化学电位可控性的优点,在分析化学与临床医学中得到广泛的应用。其中,基于钌联吡啶衍生物的ECL免疫分析方法是疾病标志物检测的主要手段之一。针对生物检测与生命科学研究的需求,ECL新体系的开发已成为该领域长期的研究主题。

量子点(QDs)具有尺寸可控、高发光效率和窄的发射光谱,并在2002年被发现是一种理想的ECL发光体(Science 2002, 296, 1293)。化学化工院鞠熀先教授研究团队用简单方法解决量子点凝聚问题,首次在水相体系中实现了QDs的ECL,并将其用于共反应剂的化学传感(Anal. Chem. 2004, 76, 6871),制得第一支量子点ECL生物传感器(Chem. Commun. 2007, 404),构建了QDs ECL的能量转移、电子转移新机制,发现了新的ECL共反应剂,建立了小分子、DNA、蛋白质和糖基的ECL检测方法(Anal. Chem. 2007, 79, 6690;2007, 79, 8055;2008, 80, 5377;Chem. Commun. 2010, 46, 5446), 并研制出低ECL电位的量子点(Anal. Chem. 2010, 82, 3359),发展了生物标志物的免疫分析新方法(Anal. Chem. 2010, 82, 7351;2011, 83, 5214;2013, 83, 5390)。

然而,QDs的毒性限制了其在细胞与活体传感中的应用。近年来,该团队聚焦于低毒性、高生物相容性的聚合物量子点(Pdots),不断提高其ECL发光效率,拓展其生物应用。他们首先合成噻咯-咔唑偶联的PdotsAnal. Chem. 2016, 88, 845)和钌联吡啶掺杂的Pdots,提出了双ECL增强策略(Anal. Chem. 2017, 89, 7659),发展了电子受体-电子供体-聚集发光基团偶联的高效ECL发光体(J. Phys. Chem. Lett. 2018, 9, 5296)和Pdots双分子内共振能量转移的ECL体系(Chem. Sci. 2019, 10, 6815),构建了金属离子(Anal. Chem. 2018, 90, 1202)和多种疾病标志物(Anal. Chem. 2018, 90, 7708)高通量可视化成像检测方法。

由于对高浓度共反应剂的需求及其中间体短寿命的限制和对细胞的损伤,ECL技术难以在细胞与活体检测中得到应用。开发高发光效率、低细胞毒性和无外加共反应剂的ECL发光体系自然成为该领域的迫切需求。近期,鞠熀先教授研究团队利用共轭结构中分子内双电子转移增强的机理,设计了一种共反应剂内嵌的Pdots,开发了无需外加共反应剂而ECL强度则是分子间电子转移体系在等浓度时132倍的ECL发光体系,其ECL效率甚至高于经典的钌联吡啶-共反应剂体系,从而实现了单个活细胞膜蛋白的无试剂ECL成像检测。

Pdots的制备首先将2,2-(9,9-(6-溴代己基)-9--2,7-二基)(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼烷)4,7-二溴苯并[c][1,2,5]噻二唑在100 oC聚合,生成聚4-(9,9-(6-溴己基)-9H--2-)苯并[c] [1,2,5]噻二唑;再与二乙胺反应,生成三乙胺偶联的聚合物TEA-PFBT;进一步与苯乙烯-马来酸酐共聚物(PSMA)通过纳米共沉淀得到表面含三乙胺的聚合物点(TEA-Pdots)(图1A)。Pdots表面有丰富的修饰位点,具有细胞毒性低、ECL发光强度高的特点。通过与链霉亲和素(SA)偶联,利用和生物素标记抗体与细胞表面相应待测分子及SA的双识别作用,可将Pdots标记到细胞表面待测分子上,在无需外加共反应剂且无需额外的通透处理的条件下,实现对细胞膜表面特异性蛋白的原位成像检测(图1B)。通过对活细胞表面人表皮生长因子受体-2(HER2)的无试剂ECL成像检测,该技术已成功地用于药物对膜蛋白调控的评估。这一工作为ECL在单细胞分析和生命活动动态研究中的应用开辟了新的途径。

上述相关成果已以“Dual Intramolecular Electron Transfer for In Situ Coreactant-Embedded Electrochemiluminescence Microimaging of Membrane Protein”为题于921日在Angew. Chem. Int. Ed.DOI: 10.1002/anie.202011176)在线发表。博士生王宁宁为该工作的第一作者,鞠熀先教授为通讯作者。


图1.(A)共反应剂内嵌的Pdots的合成路线,(B)Pdots用于单细胞表面HER2检测的ECL显微成像原理图。

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