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【文献阅读6】科学家开发出新型全范围细胞内的pH探针 精选

已有 8203 次阅读 2013-4-26 13:14 |个人分类:文献阅读|系统分类:论文交流|关键词:学者| 细胞, pH探针

大家都知道人体有酸碱平衡,一些酸碱平衡被打破以后,会呈现酸中毒或者碱中毒的症状。不仅仅是我们人,其实细胞内的pH值是一个非常重要的生理参数,因为它不仅仅和细胞的行为密切相关,而且对于研究细胞病理也有积极意义。比如说,正常细胞和癌细胞在pH分布应该有所不同,但是具体呈现什么样的情况,我们是不知道的,或者说知之甚少的。为什么呢,因为我们还没有一个全范围的细胞内的pH探针。还有,就是细胞是不断更新成长的,所以pH值也是不断变化,活体动态监测也是一个很大的挑战。

香港科技大学唐本忠院士课题组最新在J. Am. Chem. Soc.发表一篇文章,基于聚集诱导发光(AIE)现象开发出一种新型的全范围细胞内pH探针。AIE效应是一个非常重要而且有意义的发现,在有机发光器件和化学/生物传感器等领域具有广阔应用前景。AIE其实说的简单一点,就是一个化合物在溶液中和在固态条件下的发光特性不一样,这是一种科普式的解释,专业一点讲就是,具有AIE性质的化合物能够在聚集或固态条件下,通过改变分子组成、扭曲构象、刚性结构、堆积形态等调节荧光发射强度和波长。这就好比一个年轻火爆的小伙子,在一个宽阔的草坪上和一个姑娘散步,那自然是很惬意的,但如果在一个拥挤不堪的火车上,要是和周围的人起摩擦,那也许会大打出手的,造成这前后不一样的“特性”,其实跟周围的环境和自身的火爆性格有很大关系。

 

AIE型化合物主要集中在silole型、苯乙烯型、吡喃型等小分子化合物和少数高分子化合物的结构与AIE性质之间的关系,目前AIE的机理也有很多解释,比如限制分子内转动、避免非辐射去活、构象扭曲避免形成激基缔合物、J-聚集态以及形成分子间的C-H/π键等理论。这些专业性很强的内容我们就不做具体展开,因为我们毕竟不是在做学术汇报。唐本忠院士本人就是AIE效应的发现人及其分子内旋转受限机理的提出者。这里需要插一句,其实一个方向一个领域的发展,如果我们把搞科研发文章比作摘苹果的话,刚开始会有一些低悬的果实(low hanging fruits),我们很轻松的一伸手就抓到了,越到后面越难,我们需要借助工具,现在AIE就是这样,可能我们站在梯子上才能奏效,不仅仅需要表征这个现象本身,我们还得进一步深入探究其应用。

这时候我们再回头来说这篇文章,我们就心中有数了,这是一个非常了不起的工作,虽然看起来很简单,只是做了一个化学探针而已,但是实际上在分子设计上,一方面利用了花青染料的pH响应特性,一方面综合了四苯乙烯的AIE活性,把两者有机的统一在一起,同时这个分子得有很多优良的属性,比如细胞相容性,个头不能太大,要能进入细胞;相对毒性要小,不然一进去细胞就被你毒死了,就没什么意义了;颜色响应要明显,就像pH试纸一样,如果你pH = 5 和 pH = 8 颜色一样,这样的探针是没有什么用的。好在这个分子是一个成功的案例,但是成功背后的艰辛可想而知,所以千万不能小看这纸背后的故事。后面他们做了一系列的生化实验,也是可圈可点的,如下图所示。

可能有的人觉得他们工作的酸响应还不是特别完美,但是这是一个非常有意义的工作,希望后面他们能进一步开发出更好的探针,发现新的化合物,填补活体细胞内pH探针的空白。

Ref:J. Am. Chem. Soc., 2013, 135 (13), pp 4926–4929,DOI: 10.1021/ja400337p

 



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