[发明专利]一种双光子脱氧核酶金属有机框架探针的制备方法及其应用

说明书

本方法涉及一种双光子脱氧核酶金属有机框架探针的制备方法及其应用。该方法首先将锌离子脱氧核酶的底物链上标记双光子荧光团，酶链上标记猝灭基团，得到双光子脱氧核酶探针TP‑Zn‑ES，再利用溶剂热法，以四氯化锆和对苯二甲酸为原料合成了载体‑金属有机框架（Zr‑MOF）。将双光子脱氧核酶探针TP‑Zn‑ES负载到Zr‑MOF载体上，得到了TP‑Zn‑ES‑MOF探针。该方法操作简单、绿色环保，开创了一种制备双光子脱氧核酶金属有机框架探针的新策略。本发明以锌离子为实例所制备的TP‑Zn‑ES‑MOF探针可用于活细胞、凋亡细胞中锌离子的成像，在医学诊断和治疗领域展示出巨大的应用价值。

技术领域

本发明属于纳米材料制造领域，涉及一种利用脱氧核酶的特异性识别能力、双光子荧光成像技术以及金属有机框架载体的制备和应用，具体涉及一种双光子脱氧核酶金属有机框架探针的制备方法及其应用。

背景技术

脱氧核酶是一类通过体外筛选得到的具有特异性识别功能的催化核酸，具备生物相容性，水溶性，低毒性以及易于合成和功能化等多种优点。其中，RNA裂解DNA酶作为目前最广泛使用的DNA酶，在生物分析和生物医学技术中具有重要意义。(Juewen Liu, ZehuiCao, and Yi Lu, Chem. Rev.2009, 109, 5, 1948-1998) 然而RNA裂解的脱氧核酶在细胞应用中存在缺陷：一方面由于带负电的脱氧核酶与细胞膜的亲和力差，脱氧核酶进入细胞的效率低。另一方面是脱氧核酶在进入细胞的过程中容易被核酸酶降解，这极大地降低了脱氧核酶在细胞内生物分析中的应用。(C. Yang, X. Yin, S. Y. Huan, L. Chen, X.X. Hu, M. Y. Xiong, K. Chen, X. B. Zhang, Anal. Chem. 20189053118-3123)。

荧光传感器作为在体外和体内监测生物分析物的强大工具。基于RNA裂解的DNA酶是一种有用的荧光探针，已用于检测活细胞中的生物分子并对其成像。但是，当前大多数基于RNA裂解的DNA酶都被单光子荧光团修饰，导致生物成像差，光漂白和自发荧光，极大地限制了其在细胞内的应用。相对而言，双光子（TP）荧光成像技术具有多种优势，例如深层组织穿透，低自发荧光背景和对生物样品的小损伤。

金属有机框架（MOF）作为一种新型纳米材料，在药物运输和生物成像等方面的应用备受关注。MOF具有很好的穿过细胞膜和保护核酸酶降解的优良性质。(W. M. W. E.Briley, E. Auyeung, M. D. Cabezas, C. A. Mirkin, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136,7261-7264)基于以上研究现状，构建出成像效果佳、穿透深度大、膜穿透能力强、生物稳定性高的双光子脱氧核酶金属有机框架纳米探针是非常有必要的。

锌作为生物体内重要的过渡金属之一，在各种生理过程中起着非常重要的作用，包括调节酶活性，凋亡，神经传递和基因表达(A. S. Nakashima, R. H. Dyck, BrainRes. Rev. 2009, 59, 347-373)。Zn²⁺的脱氧核酶对锌离子具有很强的特异性识别功能。将Zn²⁺脱氧核酶的特异性识别能力，双光子荧光成像技术所具有的光损伤小、光漂白效应弱、背景荧光干扰小、样本穿透深度大等优点与纳米MOF所具有的膜穿透能力强且能保护脱氧核酶免受核酶降解等优点相结合，构建出Zn²⁺的双光子脱氧核酶金属有机框架纳米探针（TP-Zn-ES-MOF）对细胞内Zn²⁺具有很强的特异性识别功能，实现对细胞内锌离子成像的作用。

发明内容

本发明为解决现有锌离子脱氧核酶成像效果及穿透深度不理想、膜穿透能力弱、生物稳定性差而难以用于复杂生物体系等问题，提出一种双光子脱氧核酶金属有机框架探针的制备方法及其应用，既可以应用于活细胞和凋亡细胞成像，该应用操作简单，对样本光损伤小，背景干扰小，灵敏度高，进入细胞效率高。