近日，菠菜导航材料科学与工程学院李永生教授团队在高性能荧光诊断探针的设计合成方面取得新进展，该成果以“Leap-Type Response of Redox/Photo-Active Lanthanide-Based Metal-Organic Frameworks for Early and Accurate Screening of Prostate Cancer”为题在线发表在Angewandte Chemie International Edition上。
肿瘤标志物的精准检测是实现癌症早筛早诊最有效的方法之一，但其浓度在正常和病理状态之间通常波动很小，从而对癌症阴阳性的精准诊断构成重大挑战。例如，临床上，酸性磷酸酶（ACP）常被当作前列腺癌（PCa）早期筛查的一种标志物，其在血清中的浓度大于9 U·L-1即预警患癌可能。然而，目前ACP的分析主要依赖于检测信号的“逐渐”降低或增加，这种“渐变式”的检测模式难以精准区分ACP在PCa阴阳性之间的微小浓度差异，易造成假阳或假阴性的诊断结果。
针对这一问题，研究团队通过将混合价态Ce金属中心、电荷/能量供体均苯四甲酸和发光活性中心Tb3+共组装到MOF中，利用ACP与混合价态Ce节点间的级联反应，巧妙地调控体系中荧光猝灭（配体'Ce4+的电荷转移）和荧光增强（配体'Tb3+、Ce3+'Tb3+的能量转移）过程的此消彼长，设计合成了一种“突跃”响应型镧系MOFs荧光探针（Tb-CeMOF-X）。探针中Tb3+的发光在ACP阈值浓度（9 U·L-1）时表现出从“无”到“有”的荧光“突变”响应（即ACP浓度< 9 U·L-1时表现为荧光静默，≥ 9 U·L-1时荧光打开）。该过程就像酸碱滴定，即在滴定终点附近仅仅微量滴定剂就会引起指示剂颜色的突变。值得一提的是，探针“突跃”响应的灵敏度还可进一步通过适当增加MOF的结构缺陷得到提高。与“渐变”型探针相比，这一缺陷放大的“突跃”响应探针可以使血清中ACP浓度在PCa阴阳性之间的信号差异最大化，从而显著提高PCa早期筛查的准确性。该研究为设计高精准荧光探针用于癌症早期诊断提供了新方法和新思路。
菠菜导航材料科学与工程学院2020级博士研究生葛凯明为论文第一作者，菠菜导航郝继娜副教授和李永生教授为共同通讯作者，研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、郑州领军人才等项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202411956