2023年CAIA獎二等獎：基于磷光銥配合物的生物成像探針構建及基礎研究
完成單位：西北工業大學，澳門大學，江西理工大學
完成人：王萬河，梁重恒，劉晉彪，王京
成果簡介：本項目面向重大疾病防診與環境健康監測的迫切需求，利用銥配合物的光物理特性，基于分析物介導的金屬配體電荷轉移（MLCT）激發態變化，創新銥配合物探針的構建理論，開展了以下研究：1）發展了“結合——傳感”的親和型銥配合物檢測原理，探究了這類探針的光學與生物性能調控機制，克服了這類探針在生物兼容性等方面固有缺點；2）發展了“反應——傳感”的活性型銥配合物檢測原理，探究了這類探針的光學與生物性能調控機制，實現了低熒光背景檢測。本項目提出的構建策略具有很好的普適性與實際應用價值，實現了離子、小分子、蛋白質等分析物的成像分析，為生物功能認識、疾病防診與環境健康監測提供了有力的工具。相關成果發表在Angewandte Chemie International Edition、Analytical Chemistry等國際知名期刊。
創新點及科學價值：銥配合物發光主要依賴金屬配體電荷轉移（MLCT），與小分子熒光探針的發光機制（ICT、FRET、PeT、AIE等）截然不同，所以銥配合物生物成像探針構建存在挑戰。另一方面，銥配合物大多存在過渡金屬配合物毒性大的問題，如何在保留銥配合物光物理特性的同時降低其毒性也是一大挑戰。本項目發展了基于“結合——傳感”的親和型銥配合物生物成像探針和“反應——傳感”的活性型銥配合物生物成像探針的構建原理，克服了銥配合物生物成像探針在生物兼容性等方面固有缺點，建立了高光穩定性的疾病及環境健康相關分析物的成像分析平臺。充分利用銥配合物斯托克斯位移大、磷光壽命長、光穩定性高等光學特性，實現了疾病相關蛋白功能的認識與重要分析物的低熒光背景、高靈敏、特異性檢測。這兩類銥配合物探針的構建策略具有很好的普適性與實際應用價值，已用于離子、小分子、酶、蛋白質等多種分析物的溶液檢測及細胞成像研究。這一發現具有重要的理論研究與應用價值，為開發光物理性質優良、生物兼容性好、信噪比高的熒光探針提供了一條新途徑、新思路，豐富了熒光探針在生物體系中的應用，使過渡金屬配合物成為生物醫學領域的一種新型熒光探針，為熒光技術在環境健康監測、疾病發生機制研究、重大疾病診斷提供了重要的科學理論與技術支撐。
社會經濟效益：本項目開發的銥配合物探針和相應的分析平臺，能夠實現復雜生物樣品和生命體系內的長時間、低熒光背景檢測，這為生物功能認識、疾病防診與環境健康監測提供了新方法、新工具。這類銥配合物探針相關試劑和技術的進一步研發及產業化將推動相關行業的技術迭代，為我國的環境健康管理和疾病防治提供有力的技術支撐。
應用前景：本項目開發的磷光銥配合物生物成像探針，為國內外環境和生命分析領域提供了新方法和關鍵技術支持。它有望在環境健康監測、重大疾病發病機制認識及診療中發揮重要作用，助力健康中國的建設。
