发展高灵敏度、高选择性的新型光学探针是生命分析化学的一个重要前沿领域。中科院化学所活体分析化学院重点实验室课题组科研人员长期从事该方面的研究，并取得了一系列的成果 (Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 10916; Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 14728; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 15319)。近年来，该课题组还应邀对光学探针的各种设计方法及其发展趋势进行了系统的评述 (Chem. Rev., 2014, 114, 590；Chem. Sci., 2016, 7, 6309)。
　　羟基自由基 (·OH) 是人体内一种重要的活性氧物种，具有极强的反应活性，能够损伤蛋白质、DNA及脂类等重要生物分子，进而引发神经性疾病、癌症等。目前，广泛认可的生物体内·OH产生途径是Fenton反应 (Fe²⁺ + H₂O₂)。考虑到细胞内溶解O₂的浓度远远高于H₂O₂的稳态浓度，因此铁自氧化过程 (Fe²⁺ + O₂)可能也在·OH的产生上扮演着重要角色。然而，由于缺乏灵敏的分析方法来检测铁自氧化过程中产生的痕量·OH，这一过程的重要性往往被人们所忽视。最近，在国家自然科学基金委、科技部和中科院的大力支持下，该课题组研制出了第一个可以检测这种无需外加H₂O₂的铁自氧化过程中痕量·OH的光学探针 (图1)。该研究利用了·OH对芳香化合物独特的羟基化作用，以有效避免其它活性氧物种 (如OCl^-、ONOO^-) 的干扰；同时，由于·OH具有亲电性，所以在芳香环上引入强的供电子甲氧基，提高了探针对·OH的捕获能力。探针与·OH反应后，通过电子重排，导致π-共轭体系扩展并产生强的近红外荧光发射，具有高的分析灵敏度。该探针已成功用于活细胞内铁自氧化过程中痕量·OH的荧光成像分析，其优越的分析性能和广泛应用将有助于理解铁自氧化过程的生理学及病理学作用。相关工作发表在 Angew. Chem. Int. Ed. (2018, 57, 12830-12834)上。
　
图 1新型羟基自由基光学探针与荧光成像
　　 活体分析化学院重点实验室
2018年10月11日