生物体在新陈代谢的过程中，会有一系列不同氧化酶、还原酶和辅酶参与的氧化-还原反应来生成和消耗能量(ATP)，在此过程中会产生许多还原性、氧化性活性物质。通常，人体内的氧化-还原过程处于平衡状态，一旦失衡会导致氧化应激反应的发生，从而产生大量活性氧(ROS)和活性氮(RNS)物质。生物硫醇(如：谷胱甘肽：GSH，L-半胱氨酸：L-Cys)是人体内最重要，含量最丰富的一类还原性小分子，在控制细胞氧化应激中起关键作用，维持着细胞的氧化-还原平衡。因此，监测生物体中硫醇、ROS/RNS水平对疾病的早期发现、临床研究等方面具有非常重要的意义。目前，检测生物氧化/还原活性物质的探针设计主要还是集中于有机小分子，但有机分子合成较为复杂，水溶性差，抗光漂白能力弱等诸多不足限制了进一步的应用。

　　荧光碳点作为一种新型的碳纳米材料，具有发光强、抗光漂白、生物相容性好、优异的物理/化学稳定性等明显优点，在化学/生物传感领域的应用越来越广泛，是设计发光纳米探针的理想材料。中科院宁波材料所林恒伟研究员带领的碳基发光材料与检测技术研究团队在生物活性小分子探针方面取得系列进展。

　　团队成员王宇辉副研究员及研究生蒋凯、吴小雪分别设计并制备了不同纳米探针用于活性物质的检测。如图1所示，王宇辉博士首次构建并原位合成出荧光碳点(能量供体)与二维层状MnO₂(优异能量受体)的荧光共振能量转移(FRET)传感器，该传感器对GSH(还原MnO₂)具有较好分析性能，线性响应范围宽(0.01 ~ 0.8 mM)，检出限在μM水平，成功应用于人新鲜血样中GSH含量测定(Chem. Commun., 2015, 51, 12748)。蒋凯以苯三胺为碳源，溶剂热合成出量子效率高并发黄光的碳点，利用Ag(I)与碳点表面氨基的螯合配位作用淬灭荧光(光诱导电子转移)，然后通过L-Cys中巯基与Ag(I)发生共价作用，将Ag(I)从碳点表面竞争下来，电子转移过程受到抑制，碳点荧光得到恢复(图2)，最终将该探针成功应用于血样中L-Cys的高灵敏检测 (ACS. Appl. Mater. Interface., 2015, 7, 23231)。吴小雪以邻苯二胺为碳源合成出高性能的碳点，该碳点可以选择性与过氧亚硝酸根离子(ONOO^-)反应而荧光淬灭。进一步通过在其表面修饰具有线粒体靶向功能的有机小分子——三苯基膦，实行了对线粒体内ONOO^-的靶向实时成像(图3)，该工作最近被生物传感领域权威刊物接收(Biosens. Bioelectron., 2016, DOI: 10.1016/j.bios.2016.10.060)。

　　上述研究工作得到国家自然科学基金(21277149/21305152)，浙江省自然科学基金(LR13B050001/LY16B050005)，宁波市自然科学基金(2015A610277)及重点研发计划(2016C50009)等项目的大力支持。

图1. 基于荧光碳点-层状MnO₂的 FRET新模型及GSH传感示意图

图2. 基于苯三胺为碳源合成荧光碳点并应用于Ag(I)和Cys传感及细胞成像

　图3. 基于邻苯二胺合成碳点的线粒体靶向ONOO^-探针及传感示意图

（纳米事业部  王宇辉）