[发明专利]一种活细胞中稀土离子La3+、Lu3+的荧光成像方法

说明书

技术领域

本发明属分析化学领域，具体地说是利用杯芳烃荧光探针用于活细胞中稀土离子La³⁺、Lu³⁺的荧光成像方法。

背景技术

稀土在我国储量占世界首位，已大量用于农作物增产、畜牧业、养殖业微量添加剂、工业生产、生物及医学领域。稀土微肥具有对农作物的增产作用，在我国得到广泛的应用。随着稀土在农业、畜牧业和医药领域的大量使用，稀土离子不可避免地会随食物链进人到人体，因此稀土离子与生物体的相互作用也日益受到人们的关注。由于生物体系的复杂性，稀土离子与它们相互作用的过程也是相当复杂的，作用机理也不甚清楚，有关稀土进人生物体内是否有毒仍然存在争议。有文献报道，稀土离子可以和生物体内的一些酶系相互作用，影响它们的活性和生物体的代谢过程。稀土元素在生物学方面的效应及机理研究指出，稀土可促进种子萌发和根系生长，增进座花座果率，提高作物硝酸还原酶，固氮酶，淀粉酶，蛋白酶，脂肪酶，过氧化物酶和酯酶等活性及土壤酶的活性，促进作物新陈代谢。施用稀土能改善和增强光合器官的结构，功能和活性，大大加强了光合产物的产出和向结实器官的转运。稀土可使蛋白质，氨基酸， 维生素，油料作物的含油量，抗逆性和糖酸比增加。可使植物吸收波长更短的辐射能，为光合提供更多的能量。自由基和超氧化物歧化酶的平衡在生物代谢中具有重要的作用。微量铈离子可清除大量氧自由基；稀土氨基酸配合物和稀土其他形式的配合物均具有抑菌或杀菌的作用；稀土离子及其含氮大环配合物有催化断裂的作用，在医学和遗传工程上有重要意义；高浓度稀土和腺苷三磷酸配合物分子中原子的活性标度变化使得该配合物对激酶类有强的抑制作用而影响代谢过程。然而，在细胞内发生上述作用的前提是稀土离子能透过细胞质膜进入细胞，因此，关于稀土离子能否进入动植物细胞的研究必然成为稀土生物效应研究的重点。细胞信使物质一般认为包括胞内游离Ca²⁺、肌醇三磷酸、二酰甘油、环腺苷酸和环脲苷酸等。细胞在受到稀土离子作用时胞内信使物质必定会发生变化。钙调蛋白是广泛存在于真核细胞中的一种多功能的调节因子，它通过生物体内的钙离子介导参与许多的细胞代谢调控过程，在细胞代谢过程中发挥着重要的作用，调节着近三十余种酶的活性，调节更为广泛的生理功能及基因表达。存在于生物体内的钙调素与Ca²⁺的结合并不专一，许多二价与三价的金属离子如稀土离子由于离子半径/电荷性质及配位化学性质等方面与Ca²⁺有相似之处，能够在一定程度上取代Ca²⁺，在钙调素中与Ca²⁺产生竞争结合并发挥一定的作用。红细胞是人体中最简单也最有代表性的膜系统，稀土能否通过红细胞膜意义重大，但至今有关这方面的研究仍无定论。大多数的研究者认为稀土离子不能进入人红细胞，只是在膜表面起作用。倪嘉缵研究组利用ICP-MS及 NMR技术研究了稀土离子和兔红细胞的作用，得出稀土离子不能进入红细胞的结论；但王夔研究组应用激光扫描法研究指出，稀土离子能进入红细胞，其跨膜与稀土离子在膜上的打洞作用有关。荧光指示剂法对稀土离子跨红细胞膜的研究，能检测不同浓度稀土离子的跨膜行为，以及稀土离子对钙内流的作用。

活细胞成像技术是生命科学领域重要的研究手段，可以解释活细胞中的多种生命和生理现象。随着生命科学的发展，对细胞内的活性物种、细胞信号传导及细胞凋亡等方面的信息研究越来越深入。荧光成像分析是目前广泛应用于活细胞分析的一种高灵敏的可视化分析技术。目前用于活细胞成像分析的荧光探针多为有机小分子荧光染料，在实际应用中，这些有机荧光染料分子存在着荧光寿命较短、容易猝灭、生物相容性及稳定性差的缺点。实现长时间、实时、动态连续测定，提高可视化分析的选择性和精确度是迫切需要解决的问题。