考核报告

分子与纳米探针教育部重点实验室，经教育部批准于2007年7月立项建设，依托化学博士后流动站、物理化学和分析化学博士点，化学一级学科硕士点、应用化学硕士点，分析化学山东省重点学科和“分子与纳米探针”山东省泰山学者设岗学科进行建设。目前，实验室总面积达到13000 m²，仪器设备总值1.5亿余元，其中大型科研仪器设备80台。重点实验室中固定研究人员90余名，其中，973计划首席科学家1人、万人计划领军人才2人、国家杰出青年基金获得者2人、长江学者特聘教授1人、入选国家“百千万人才工程”3人、国家优秀青年基获得者1人、青年长江学者1人、泰山学者攀登计划入选者2人、泰山学者特聘教授3人、山东省杰出青年基金获得者5人、山东省突贡专家6人、山东省泰山学者青年专家5人、山东省优秀青年基金获得者12人，是一支多学科知识、优势互补、研究特色鲜明、具有强大创新研究能力的学术队伍。

江桂斌院士担任实验室学术委员会主任，唐波教授担任实验室主任。经过长期的科学研究和学科建设，以“分子与纳米探针”相关的基础与应用研究为核心，逐渐形成了三个主要的研究方向：（1）光学探针与生物成像；（2）单分子、单颗粒与单细胞分析；（3）微纳分离材料制备与质谱分析。

分子与纳米探针教育部重点实验室根据我国经济和社会发展需求，重点研究解决重大疾病诊疗领域中的重大关键性、基础性和共性技术难题，促进相关行业中的科技创新和技术进步，为提高我国和山东省在分子与纳米探针研究领域的研究水平及相关研究成果的转化与应用做出贡献。近五年来，实验室承担国家重点研发计划、国家自然科学基金科学仪器基础研究专项、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金重大研究计划、国家重大新药创制课题、山东省重大科技创新工程项目和山东省杰出青年基金等国家和省部级课题170余项，近五年科研经费达1.5亿元；发表SCI论文650余篇，获得国内外授权发明专利200余项，引起了国内外同行的广泛关注。

依托重点实验室建设了化学成像功能探针省部共建协同创新中心、功能化学品智能制造教育部工程研究中心、高等学校学科创新引智基地（111基地）、山东省基础科学研究中心、山东省高校“化学成像功能探针协同创新中心”、分子诊疗山东省高校实验室、分子与纳米探针中美合作研究中心、山东省光电磁功能材料工程技术研究中心、多效智能分子与纳米诊疗药物协同创新中心等多个教学科研平台。目前拥有山东省康达化工有限公司、金沂蒙集团有限公司、山东三塑集团有限公司、德州精细化学品清洁生产研发基地、济南市新材料产业基地6个科技成果产业化基地和高科技产业化公司。与迪沙药业集团有限公司、山东省肿瘤医院、山东省千佛山医院于济南新材料产业科技园联合设立多效智能分子与纳米诊疗药物协同创新中心，为多效智能分子与纳米诊疗药物的研发与转化构建了平台。近五年实验室授权发明专利200余项，高水平科研成果和项目的转化，实现了显著的经济和社会效益，为山东省乃至全国的经济和社会发展做出了重要贡献。实验室先后获国家自然科学二等奖1项，国家科技进步二等奖2项，国家科技进步三等奖1项、国家发明创业奖1项，山东省科技进步一等奖2项、山东省自然科学一等奖3项、山东省技术发明一等奖1项，山东省自然科学二等奖8项、山东省技术发明二等奖1项、山东省科技进步二等奖1项、山东省发明创业特等奖1项等国家和省部级奖励。实验室的创新团队被评为“山东省优秀创新团队”，并记山东省政府集体一等功。

实验室注重国内外学术交流，与国内外著名的大学与研究所如中国科学院上海应用物理研究所、中国科学院理化技术研究所、中国科学院兰州化学物理研究所、清华大学、北京大学、南开大学、山东大学、华东理工大学、湖南大学、西蒙弗雷泽大学、斯坦福大学、俄亥俄大学、新加坡国立大学、加州州立大学、美国南卡大学、美国阿克伦大学、加拿大温莎大学、加拿大滑铁卢大学和纽约州立大学石溪分校等保持着广泛的学术合作与协作关系。

实验室通过国家和省部级科研项目的支持，以及教育部工程研究中心及泰山学者岗位等项目的建设，已经成为在国内外有广泛学术和行业影响的分子与纳米探针科学研究平台和人才培养基地。目前已经先后培养硕士、博士及博士后300余人，其中1人获全国百篇优秀博士毕业论文提名奖，先后有25名研究生获得了山东省优秀博士、硕士研究生论文奖，13名研究生分获山东省研究生创新成果一、二等奖。先后入选教育部创新团队、科技部重点领域创新团队。2017年，唐波教授领衔的分析化学教学科研团队入选“全国高校黄大年式教师团队”荣誉称号。2018年，山东师范大学以唐波、董育斌、李平、王鹏、李娜等为核心人员的科研团队完成的“细胞稳态调控活性分子的荧光成像研究”项目获国家自然科学二等奖，成为首个以第一单位获得国家自然科学奖的山东省省属高校。

重点实验室2022年度工作及发展规划如下：

一、 创新能力与工作进展

1．2022年实验室建设成果

2022年，依托重点实验室新增建设了【分子诊疗山东省高校实验室】。2022年新增国家级项目11项，其中国家自然科学基金重大研究计划1项；省部级科研项目13项，其中2人获山东省优秀青年基金支持。2022年，在 Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nano Lett., Adv. Func. Mater., ACS Nano, Chem. Sci., Anal. Chem.等高水平国际学术刊物上发表SCI论文115篇，授权国家发明专利93项。

2．代表性研究成果水平及影响

2022年度实验室围绕疾病关键生物活性分子和微环境差异的荧光成像、活性分子对信号通路和发病机制的影响、生物标志物多组分同时成像检测、Au-Se生物检测平台的构建、肿瘤标志物高保真检测、重大疾病诊疗、单分子单细胞分析与仪器开发、晶态微纳材料的合成及应用等关键科学问题，结合有机合成技术和纳米生物技术，针对脑部疾病、肝脏疾病和恶性肿瘤等疾病中关键的、特异性的生物标志物，设计构建了一系列高灵敏、高特异性的新型靶向小分子及纳米荧光探针，实现了细胞及活体中活性分子本真浓度的原位、动态检测；同时开发了若干针对癌症等疾病相关活性分子的诊疗一体化功能纳米探针，并建立了一系列超灵敏单分子检测方法，取得了若干微纳分离材料制备及应用与质谱分析研究成果。在细胞及活体水平上为肝损伤、恶性肿瘤和抑郁症等疾病的发生发展机制研究和早诊早治提供分析方法、重要信息和治疗策略。

三个研究方向的代表性成果如下：

（1）光学探针与生物成像研究方向

发展了分子与纳米荧光探针的设计新策略，结合多通路、高时空分辨的荧光成像技术，发展从细胞到活体水平跨尺度、多组分、原位 高时空分辨成像方法，精准获取抑郁症、肝损伤及肝癌等常见疾病重要信号通路中ROS调控蛋白质和核酸实时原位时空信息，绘制信号通路图谱，揭示相关疾病的分子作用机制。

1.1 细胞内微环境和活性分子的成像

针对抑郁症、动脉粥样硬化、肝损伤及恶性肿瘤等重大疾病相关生物标志物，包括ROS、微环境、蛋白标志物等，创制了一批高选择性、高灵敏度新型荧光探针。根据电子传递、能量转移或氢键调控并结合理论化学计算、分子模拟技术，合理设计并优化探针的检测及光学性能，实现了对肝癌、抑郁症、药物肝损伤疾病进程的原位实时成像分析。

①肝脏缺血再灌注早期诊断及精确导航：肝脏缺血再灌注损伤（HIRI）是肝脏切除手术和肝脏移植手术中不可避免的并发症，是术后肝功能障碍和肝功能衰竭的主要原因。精准、快速导航HIRI病灶对早期预警并及时制定预处理计划和策略阻止HIRI进一步的进展具有重要意义。然而，现有的肝损伤检测方法仍然无法术中实时精准定位肝脏损伤部位。HIRI与肝脏氧化应激密切相关，氧化应激能够损伤溶酶体降解功能，最终导致溶酶体粘度的显著改变。因此，溶酶体粘度有希望作为精准定位HIRI的潜在生物标志物。基于以上背景，我们发展了一个粘度激活型近红外二区（NIR-II）荧光探针（NP-V）用于HIRI过程中肝细胞及小鼠溶酶体粘度的检测。首次揭示了在HIRI过程中ROS—MDA—组织蛋白酶B的信号通路，进一步使用探针NP-V对小鼠HIRI病灶进行高信噪比的NIR-II荧光成像，实现了对肝脏病灶组织轮廓与边界的清晰辨别，从而精准定位并切除炎症病灶。这一工作证实了NP-V作为双功能探针在阐明HIRI发病机制和在临床应用中引导HIRI病变部位的潜力。(J. Am. Chem. Soc., 2022, 144, 13586-13599)

动脉粥样硬化：动脉粥样硬化(AS)是一种由脂质驱动的慢性炎症性血管疾病，是一系列严重和致命心血管疾病的主要原因，包括心肌梗死和中风，在世界各地都具有高发病率和死亡。动脉粥样硬化早期无明显症状，一般先有脂质和复合糖类积聚，进而纤维组织增生及钙质沉着，导致动脉壁增厚变硬、血管腔狭窄，一旦发展到足以阻塞动脉腔，则该动脉所供应的组织或器官将缺血或坏死。因此对动脉粥样硬化实现早期病情的评估与判断，对于疾病的早期干预具有重要意义。目前，常用的AS诊断方法，除了常规的血液检测外，主要包括血管内超声(IVUS)、血管内磁共振成像(IVMRI)和光学相干断层扫描(OCT)技术，这些方法都是基于已经形成的斑块。用上述方法检测AS的早期斑块形成存在挑战。为了解决以上问题，我们设计并制备了一种基于MOF的纳米荧光传感器PCN-NP-HPZ，用于pH和磷酸化水平的同时检测与成像。该传感器通过NP-HPZ的氨基质子化及Zr与磷酸根的特异性配位作用，以评估小鼠早期动脉粥样硬化的进展。同时该传感器用于跟踪动脉粥样硬化斑块形成过程中不同时间阶段血液pH值和磷酸根水平的变化及血管内皮双光子荧光成像。该研究为早期动脉粥样硬化疾病的评估提供了一种新的分析方法。(Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e202215178)

蛋白质磷酸化是调节和控制蛋白质活性和功能的最基本、最普遍，也是最重要的机制。生物活性分子如H+对于维持人体的酸碱平衡、调节生命活动和维持生理健康具有重要作用，与疾病的发展发生密切相关，目前蛋白质磷酸化及pH变化与动脉粥样硬化发生机制的关系尚不明确，因此，研究疾病过程中蛋白质磷酸化水平和pH变化对了解疾病机制、诊断和药物筛选具有重要意义。基于此，我们制备了以卟啉分子和荧光纳米团簇Wool-Balls为荧光团，以PCN-224的锆金属离子为活性中心，通过Zr与磷酸根的特异性相互作用实现磷酸化位点的特异性识别，利用FRET原理，构建了对磷酸根特异性识别的比率纳米荧光探针，实现了对动脉粥样硬化大鼠体内动脉血管内壁蛋白质磷酸化水平的成像研究。本研究为进一步揭示磷酸化相关信号通路及疾病机理提供了良好的荧光工具。(Anal. Chim. Acta, 2022, 1208, 339825)

脑部疾病：近年来，许多研究表明氧化应激产生的过量ROS可能在抑郁症的发生发展过程中起着至关重要的作用。ROS在细胞内的分布具有细胞器差异性，在不同的细胞器中发挥着不同的作用。而线粒体和溶酶体的功能紊乱与精神疾病密切相关。H2O2作为细胞内含量最多的一种ROS，可转化为其他ROS，其浓度的高低直接决定了细胞内氧化应激的程度。因此，探究线粒体和溶酶体中H2O2协同变化及其作用有助于理解抑郁症的发病机制。为了解决这一问题，我们发展了两个新型细胞器定位的荧光探针，溶酶体探针（LY-H2O2）和线粒体探针（MI-H2O2）。LY-H2O2和MI-H2O2均选择苯硼酸酯作为探针的识别基团。LY-H2O2以香豆素作为荧光基团，在香豆素的羧基位置通过酰胺反应引入吗啉基团，实现对溶酶体的靶向；MI-H2O2以萘荧光素作为荧光基团，在萘荧光素的羧基位置通过酰胺反应引入亲脂阳离子三苯基膦，实现对线粒体的靶向。利用双光子荧光成像和蛋白质组学分析，我们发现在氧化应激状态下，线粒体中H2O2浓度的增加早于溶酶体，并且增加的溶酶体H2O2会对葡糖脑苷脂酶（GCase）的活性部位造成氧化损伤，最终诱发抑郁症。这项工作有助于全面了解抑郁症的分子机制，并为诊断和抗抑郁治疗提供一个重要的维度。(Chem. Commun., 2022, 58, 6320-6323)

脑内氧化应激，尤其是脑内的过氧亚硝酸根（ONOO−）与阿尔茨海默病（AD）的发生发展密切相关。然而，受光穿透深度及探针血脑屏障透过率的限制，现有探针难以实现活体动物脑内ONOO−的原位成像，严重阻碍了AD的机制研究及药物筛选。为此，项目组采用简单的环化反应构建了基于吲哚酮的萘酰亚胺双光子荧光探针。ONOO−能够引起探针的吲哚酮开环，进而生成邻氨基苯甲酸衍生物，并伴随着快速的高选择性荧光增强响应。采用该探针，我们观察到β淀粉样蛋白能够引起神经元产生大量ONOO−，并伴随谷胱甘肽过氧化物酶4的表达下调，进而诱发神经元发生铁死亡。此外，我们建立了基于荧光的高通量筛选平台来筛选具有神经保护作用的药物候选物，用于控制β淀粉样蛋白诱导的神经元氧化应激。更重要的是，该探针具有双光子性质和血脑屏障穿透性，能够原位成像活体小鼠脑内ONOO−水平。荧光成像结果显示，与健康小鼠相比，AD小鼠脑内存在严重的ONOO−应激。本项目提供了一种能够原位成像脑内ONOO−水平的荧光探针，有助于阐明AD进展过程中ONOO−相关的病理学效应。（Chem. Commun., 2022, 58, 6300-6303）

肿瘤成像：肿瘤相关的mRNA已被确定为癌症的典型生物标志物之一。生物样本中肿瘤相关mRNA的精确检测对于评估癌症的发展和进展具有很大的前景，并可能为疾病的早期诊断和治疗提供可能。然而，一些mRNA在正常细胞中的表达也很高，单一检测某种mRNA容易造成假阳性结果，因此，发展能够同时检测多种高灵敏度的mRNA的方法，可以避免单一识别对象引起的错误结果，提高检测的准确度。共价有机框架（COFs）的广谱吸收特性使其成为构建“off-on”探针的理想猝灭剂，在COF材料上加载多个识别序列制备多色COF-DNA探针是可行的。然而，这会导致识别序列的加载密度和猝灭效果都被降低，进一步降低成像灵敏度。为了解决以上问题，我们分别在室温和冷冻条件下将染料标记的Survivin mRNA和TK1 mRNA的识别DNA序列负载到卟啉COF NPs上，制备核酸特异性的“off-on”纳米荧光探针，并评估了它们在细胞内肿瘤相关mRNA同步成像中的性能。冷冻过程种产生的冰晶能有效强化DNA分子与COF NPs的相互作用，提高ssDNA的负载密度，增强荧光猝灭能力，提高探针的信噪比。值得注意的是，冷冻法制备的双色探针在mRNA过表达靶细胞中的信号强度高于室温法制备的探针，而在低表达靶细胞中的信号强度相似。因此，冷冻法制备的纳米探针是改善癌症诊断成像的一种有前途的工具，可以为探索用于多种生物标志物检测的高性能COF纳米探针提供新的见解。(Anal. Chem., 2022, 94, 13293-13299)

脂滴作为一类重要的细胞器，在脂类的存储、运输、蛋白降解、膜转运及信号的传递过程中起着重要作用，并且与疾病（如脂肪肝、心血管疾病及糖尿病）的发生发展密切相关。当细胞内脂滴功能异常，会出现脂肪代谢障碍，造成肥胖甚至引发癌症。脂滴（LDs）作为大多数真核细胞中普遍存在的中性脂质储存细胞器，不仅与能量稳态和脂质代谢有关，还与癌症发展相关，被认为是癌症诊断的潜在标志物，原位实时成像监测LDs变化，对于了解它们的生物学作用和癌症早期诊断至关重要。设计合成了系列近红外脂滴荧光探针LD-1至LD-4，可对活细胞内脂滴变化实时原位检测，并筛选出LD-1为优良的脂滴荧光探针。在非脂滴环境中（低粘度、高极性），探针发生分子自由旋转，激发态能量以非辐射跃迁释放，导致探针荧光较弱；在脂滴内环境中（高粘度、低极性），探针分子内旋转受阻，减少了非辐射能量的释放，探针荧光明显增强。模拟生理体系中实验结果表明，LD-1对不同粘度具有良好的线性响应，并且检测不受pH值变化影响和细胞内常见活性物种的干扰。细胞成像实验表明，LD-1细胞毒性低，光稳定性好，能高效准确地靶向脂滴。探针被成功应用于油酸刺激、药物刺激以及铁死亡过程中脂滴变化的实时成像，并用于区分癌细胞和正常细胞。（Anal. Chem., 2022, 94, 4881-4888）

②基于成像检测的纳米平台构建

纳米荧光探针可视化研究铁死亡的机制：铁死亡是一种由于细胞内铁离子代谢紊乱而导致的一种新型细胞死亡方式，与多种疾病的发生和发展密切相关。而GPX4则是细胞内一个重要的抗氧化酶，可以通过清除有害的过氧化脂质，保护细胞免受氧化损伤。本研究利用一种基于硒代半胱氨酸掺杂的纳米荧光探针，实时监测细胞内GPX4的活性和铁代谢状态。通过荧光信号的变化来检测细胞内GPX4的活性和铁死亡的状态。验证了硒代半胱氨酸可以显著提高GPX4的活性，从而保护细胞免受铁死亡的损伤。该研究的成果为铁死亡的研究提供了新的思路，并且为相关疾病的治疗提供了新的靶点。这种基于纳米荧光探针的可视化过程可以用于研究铁死亡的机制，也可以用于筛选和评估相关的药物。（Sci. China Chem., 2022, 65, 1286-1290）

基于COFs材料的比率荧光pH传感器：比率荧光传感器基于两个或多个荧光峰强度的比值，对目标检测物进行定性或定量分析，可有效地减小环境等外界因素的干扰，因而可以获得更准确的检测结果，其构筑一直是分析化学的热点和难点问题。pH在环境化学、医学诊断、合成化学等方面都具有重要意义，其精准检测与环境污染物检测和生化检测等过程息息相关，然而目前用于比率检测pH的荧光体系大多是由小分子探针合成的，其难以回收和多次使用，构筑具有可重复使用的实用比率pH传感器仍面临着挑战。因此我们构筑了三元共价有机框架（COFs）比率荧光pH传感器能很好的弥补了上述缺憾。以2-羟基苯-1,3 5-三甲醛（HTA），4,4'-二氨基-3,3'联苯二甲酸（DBA）和5,5'-二氨基-2,2'-联吡啶（BPY）为反应单体，通过调控DBA和BPY的摩尔比，基于席夫碱反应合成了一系列新型共价有机框架材料。其中三元的COF-COOHX（X = 33, 50 和 67）在酸性条件下显示出比率pH传感性能，能灵敏且高选择性的进行pH检测。这项工作构筑了新型比率荧光pH传感器，为基于COFs材料的比率荧光传感器的设计提供了新思路。（Anal. Chem,. 2022, 94, 11062-11069）

基于COF的过氧化物酶模拟平台对多巴胺的荧光/比色/智能手机三模式传感：多巴胺（DA）是一种在人体生理机制中起着重要作用的神经递质，其浓度异常可能会引起人体疾病，例如副神经节瘤（PPGL）。PPGL是神经内分泌肿瘤，其临床症状不明显且难以诊断，对PPGL的早期诊断意义重大。PPGL患者尿液中DA浓度通常较高，尿液中DA浓度是PPGL诊断的潜在标志物。如何简单、准确的检测尿液中DA浓度对于生物医学评估或排除PPGL至关重要。因此，构筑了腙键连接的Cu-BTA-COF作为过氧化物拟酶，用于尿多巴胺的荧光/比色/智能手机三模式检测。将铜离子（Cu2+）负载到腙键连接的BTA-COF上，合成了Cu-BTA-COF，其具有过氧化物酶的活性。加入H2O2和1,3-二羟基萘后，Cu-BTA-COF平台能够以荧光、比色和智能手机三种模式灵敏且专一的检测多巴胺的浓度，检测限分别为7.2、8.6和23 nM。Cu-BTA-COF平台能准确检验人体尿液中的多巴胺，而且荧光、比色和智能手机三种模式检测结果一致。这项工作为设计合成基于COFs的多模式传感器提供了范例（Anal. Chem., 2022, 94, 14419-14425）。

Au-Se键纳米探针肺癌细胞中的凝血酶检测：凝血酶是一种血液凝块形成过程中的关键酶类蛋白，其在许多疾病中的异常表达与病理进程密切相关。本研究通过制备具有高度灵敏性和特异性Au-Se键合纳米探针，在肺癌细胞中高效特异性检测凝血酶。该探针能够在凝血酶存在的情况下，通过比色或者荧光信号等方式进行检测，具有较高的灵敏度和特异性，而且不会受到其他物质的干扰。此外，该纳米探针可以在细胞内进行检测，对于肺癌细胞中的凝血酶有很好的检测效果。该研究的成果为凝血酶检测提供了一种新的、高效的方法，并且可以在肺癌等恶性肿瘤的诊断和治疗中发挥重要作用。(Sensor Actuat. B-Chem., 2022, 130999)

1.2 活性分子对细胞功能的调控研究

氧化应激下，活性分子通过调控蛋白翻译后修饰，影响生理和病理过程。但是由于缺乏原位、准确检测蛋白修饰的研究方法，阻碍了人们进一步理解蛋白功能发挥和对疾病的影响机制。针对这一关键科学问题，我们综合分析高分辨成像实验结果，结合质谱等蛋白质分析手段，绘制出生物活性分子调控相关疾病发生发展的信号通路。

细胞内氧化还原状态动态变化的探索：病理条件下氧化还原稳态失调最终可导致氧化应激和相关疾病损伤。细胞内氧化还原状态的时空调控与阐明氧化应激相关分子机制的两个关键参数密切相关。然而，氧化还原状态的实时分析方法的缺乏是深入解释致病机制的一个障碍。鉴于活性氧（ROS）的过度生成和氧化还原敏感蛋白的易位是氧化应激的潜在生物标志物，我们开发了一种新的ROS-大分子蛋白质协同成像策略，通过小分子荧光探针（CPR-SK）特异性激活咖啡酸部分及生物标志物靶向肽（EWWW），实现氧化应激期间双分子事件的同步实时成像，即超氧化物（O2•−）波动和Keap1易位。通过PR-SK，我们发现了O2•−的水平升高，而且观察到Keap1从细胞质向细胞核的迁移，这是判断肝脏缺血-再灌注引起的轻微损伤的关键指标。结果表明，该时空成像方法是分析细胞内氧化还原状态动态变化和阐明氧化应激相关疾病分子机制的可靠工具。(Anal. Chem., 2022, 94, 12352-12359)

铁死亡机制全面探索：铁死亡是一种新型的程序性细胞死亡模式，是多种疾病发病机制的基础。近年来，研究人员对铁死亡的分子机制进行了广泛研究，但是对于线粒体活性氧（ROS）与铁死亡之间的功能相关性仍然存在疑问，部分原因在于人们对于铁死亡过程中线粒体内ROS的水平变化尚不明确。传统的线粒体靶向探针在进入线粒体前可能与细胞质中的ROS发生反应并表现出荧光变化，从而导致对线粒体内ROS的水平变化产生错误判断，进而对其生物功能产生误判。过氧亚硝酸根（ONOO−）是ROS家族的重要成员，具有较高的细胞毒性，是细胞铁死亡的重要执行者。为了解决上述问题，我们合理设计了一种光激活型线粒体靶向荧光探针，借助该探针，成功实现了铁死亡过程中线粒体内ONOO−的原位可视化。光激活探针对ONOO−具有高度特异性和敏感的荧光响应，且能够通过紫外光或双光子激光照射调节反应活性。这种光控荧光成像策略能够保证所有的探针分子都以惰性状态通过细胞质，到达线粒体后才被光激活，从而消除线粒体外ONOO−的干扰，因此有可能提高活细胞和动物模型中线粒体ONOO−生物成像的保真度。利用该探针，我们揭示了erastin诱导的铁死亡过程中线粒体内ONOO−的产生及其主要生物来源。上述实验结果表明，线粒体ONOO−及ROS与铁死亡进程密切相关，该发现将进一步促进研究人员对铁死亡机制的全面探索和过程的分子调控。（Anal. Chem., 2022, 94, 10213-10220）

不同镉基量子点诱导硫氧还蛋白1/过氧化还原酶1的肝毒性相关氧化修饰：含镉量子点（Cd-QDs）因其独特的光物理学性质而在生物医学中广泛应用，因此也增加了人体接触暴露的可能性。进入机体后主要通过引发的氧化应激和随之而来的氧化还原失衡造成细胞毒性，但其详细的作用机制还不明确。细胞内的抗氧化蛋白，如硫氧还蛋白1（Trx1）和过氧化还原酶1（Prx1），可以通过硫醇-二硫化物的交换调节氧化还原稳态。因此，我们推测Cd-QDs暴露产生的过量活性氧影响了Trx1或Prx1的功能，进而引发细胞异常凋亡和机体损伤效应。肝细胞暴露于Cd-QDs，在不同的刺激条件下（5%，0-24 h），H2O2水平以及细胞毒性随着刺激时间的延长而升高。质谱结果显示过量H2O2导致Trx1（Cys32和Cys35）和Prx1（Cys52和Cys173）的活性位点发生磺化修饰（-SO3H）。这种不可逆的氧化修饰破坏了它们与凋亡信号调节激酶1（ASK1）的交联，导致ASK1被释放。自由的ASK1磷酸化后激活下游的JNK/p38信号而促进细胞异常凋亡。上述结果/证明了氧化应激导致的Trx1和Prx1活性位点的不可逆氧化修饰在Cd-QDs诱导的机体损伤效应中的关键性作用，为解析Cd-QDs的毒性机制提供了重要依据。（Anal. Chem., 2022, 94, 3608-3616）

1.3 多模态、多靶标、多组分同时成像分析

针对生物标志物固有特点的需求，我们结合超高分辨率荧光成像技术开展细胞及活体的多组分同时和原位实时成像。通过高灵敏度和高时空分辨率分析，能够检出疾病相关标志物的痕量浮动和空间移位，实现多组分、实时动态的疾病影像分析。

高尔基体O2•−和高尔基体H2O2同时荧光成像：高血压导致的心血管病变严重威胁着人类的健康，在世界范围内仅有13%的高血压患者在服药后可以有效控制血压。解析高血压的发病机理有望为药物研发提供新的高效靶点。目前已知炎症是导致高血压的重要原因之一，患者各器官往往伴随炎症导致的高的氧化应激，同时，NOS3的功能异常或解偶联被普遍认为与高血压发生密切相关。但是在“炎症→高血压”的发展过程中，NOS3相关的氧化应激信号通路依然不清晰，这主要是由于NOS3位于高尔基体中，目前难以实现在高尔基体中原位、实时研究上下游ROS的变化。因此，亟需发展可以高灵敏度、高分辨率同时成像检测高尔基体中O2•−和H2O2的荧光成像材料。我们合成了第一个靶向高尔基体的近红外荧光成像探针GSO用于O2•−的原位检测。探针与O2•−反应后，分子内电荷转移（ICT）效应增强，荧光恢复。GSO与Np-Golgi均具有高尔基体定位能力，且荧光发射光谱互不干扰，因此可以高灵敏度、高选择性的实现O2•−与H2O2的同时成像检测。为了避免两种探针以不同比例进入高尔基体造成检测误差，我们利用BSA将GSO与Np-Golgi按1：2的比例包裹后运输进入细胞高尔基体，然后成像检测超氧与过氧化氢的变化。该荧光材料被成功应用于细胞及小鼠中，同时成像高尔基体O2•−和H2O2的变化，表明该材料有望实现NOS3相关的“炎症→高血压”信号通路的解析。(Biosens.Bioelectron., 2022, 213, 114480)

丙二醛和甲醛的Janus-Faced荧光成像剂：羰基应激（Carbonyl Stress）与多种脑部疾病的发生发展密切相关。丙二醛（MDA）作为羰基应激中的高丰度RCS，甲醛（FA）作为羰基应激中的高毒性RCS，都广泛参与蛋白损伤或者交联，在羰基应激中发挥着关键的作用。因此，在脑部疾病中探究这两种羰基应激的关键活性羰基物种——FA和MDA的协调变化及其关联性，对揭示脑部疾病的病理学机制至关重要。然而，目前还没有一种能够同时可视化脑部MDA与FA水平变化的方法。究其原因是因为在脑部同时、分别检测FA和MDA面临三个挑战：(1)FA和MDA反应性能相似，难以区分；(2)同时成像最好能实现同一激发下，发射光谱可区分；(3)成像材料需要穿越血脑屏障。为解决以上问题，我们采用了以下策略设计合成了一个用于同时、分别检测MDA和FA的双光子有机小分子荧光探针-TFCH：(1)TFCH利用肼基作为识别基团，肼基与MDA反应生成吡唑基团，与FA反应形成腙，实现了MDA与FA的区分；(2)在单光子365 nm或双光子800 nm激发下，TFCH与MDA反应后，在440 nm处发出蓝色荧光；与FA反应后在510 nm处发出绿色荧光，在同一激发下，利用TFCH与FA和MDA反应后的发射光谱可区分，实现了对FA和MDA的同时、分别检测；(3)同时，在探针结构中引入脂溶性三氟甲基基团（-CF3）有助于穿越血脑屏障（BBB），从而实现对脑部MDA与FA的同时、分别成像。利用TFCH，我们直观地发现了细胞及活体内过量产生的MDA会介导FA含量的上调，同时FA也会介导MDA含量的上调。值得注意的是，我们首次在抑郁表型活体小鼠的大脑中观察到MDA与FA含量的协同上升。总之，这一工作为揭示抑郁症过程中羰基应激参与的分子机制提供了新材料，这也为羰基应激相关脑部疾病中MDA与FA的水平监测以及开发药效评价新手段提供了新策略。(Anal. Chem., 2022, 94, 14965-14973)

半胱氨酸和过氧亚硝酸盐的同时双光子荧光成像：特发性肺纤维化（IPF）是一种以纤维化和呼吸困难为特征的慢性疾病，可对肺功能造成不可逆的损害。肺炎是一种肺部感染引起的渗出液在肺实质内积聚，进而损害呼吸功能的疾病。现今还没有特定的IPF生物标志物用于区分IPF和肺炎，而研究表明，IPF中肺泡上皮细胞的内质网(ER)应激显著，因此ER中的某些氧化剂或抗氧化剂有望作为区分IPF和肺炎的有效生物标志物。在此，我们设计合成了两种双光子荧光探针TPER-ONOO和TPER-Cys，将其分别用于ER中氧化剂过氧化亚硝酰（ONOO−）和抗氧化剂半胱氨酸（Cys）的检测。TPER-ONOO和TPER-Cys均使用对甲基苯磺酰胺作为内质网的靶向基团，TPER-ONOO以碳碳双键作为ONOO−的识别基团，TPER-Cys结构中Cys的检测部分为丙烯酸酯。利用双光子荧光成像，我们发现ONOO−的浓度在IPF及肺炎小鼠的肺组织中均升高，Cys的浓度在IPF小鼠肺组织中也明显升高，而在肺炎小鼠的肺组织中没有明显的变化，因此，Cys有望作为区分IPF及肺炎的有效生物标志物。此外，我们还发现IPF中GSH缺乏的机制，是由于ONOO−诱导的谷氨酸半胱氨酸连接酶（GCL）和谷胱甘肽合成酶（GSS）的转录后修饰，导致酶的活性受损。因此，该工作有可望为IPF早期诊断和药效评价提供新的方法。(Anal. Chem., 2022, 94, 11272-11281)

双色荧光探针检测Cl−和HClO：肝癌是最常见的癌症之一，具有极高的致死率。大量研究已证实铁过载引起的肝细胞氧化应激损伤，在肝癌的致病机理中起着关键作用。并且，肝癌细胞中高铁现象可能与细胞增殖相关。同时，细胞内氯离子通道蛋白1（CLIC1）受氧化应激调节，在肝癌细胞中明显升高。并且Cl−被认为与细胞增殖有关，其下游产物HClO在过度生成时可诱发细胞癌。然而，铁超负荷是否能介导细胞内Cl−和HClO的波动仍不得而知。因此，急需发展有效的成像工具，同时原位、实时成像追踪活体中的氯离子和次氯酸。为解决上述问题，我们设计合成了一种双色响应的双光子荧光探针MQFL-NH2，用于精确地报告铁过载引起的Cl−/HClO的动态变化。我们选择6-甲氧基喹啉（MQ）为氯离子的反应位点及荧光报告基团。同时，酰肼作为HClO的响应基团。通过酰胺键将这两部分共价连接后得到单一双功能分子MQFL-NH2。利用Cl−处理MQFL-NH2得到MQ-Cl-FL-NH2，由于MQ与Cl−之间的动态猝灭作用，导致435 nm处的荧光显著降低。当与HClO发生亲和反应后，荧光素部分被快速释放，生成MQFL，并在435 nm和545 nm处同时发出明亮的荧光。同时存在Cl−和HClO时，生成产物MQ-Cl-FL，此时，我们观察到蓝色通道信号明显降低，而绿色通道产生耀眼的荧光。因此，单一分子MQFL-NH2可以高选择性、高灵敏度地响应Cl−/HClO，从而能够同时准确监测细胞内同一位置Cl−和HClO的浮动。使用双光子共聚焦显微镜，基于MQFL-NH2的蓝/绿色双荧光信号，我们观察到铁过载引起肝细胞中的Cl−和HClO同时上升，另一方面，肝癌细胞清除铁后两者同时降低。进一步揭示铁过载可通过上调CLIC1和髓过氧化物酶（MPO）活性来提高Cl−/HClO的浓度，继而影响肿瘤的生长。总之，该工作的结果为铁介导肝癌发生发展提供了一种可能的分子机制。(Anal. Chem., 2022, 94, 10659-10668)

粘度和ONOO-的双通道探针：细胞内粘度是微环境的关键参数，显著影响反应性代谢物的扩散以及物质在细胞内的转运和信号传导。多种研究表明，细胞粘度的异常变化伴随着细胞内活性氮(RNS)水平的变化，ONOO-是一种重要的活性氮物种，具有极高的氧化硝化活性，通过氧化细胞内的脂类、蛋白质、硫醇、DNA等生物分子来影响粘度。因此，要进一步了解其变化引起的相关疾病的发生发展，同时准确检测活细胞内粘度和ONOO-的变化至关重要。基于以上考虑，我们设计合成了一种近红外荧光探针MC-V-P，用于粘度和ONOO-的双重检测。MC-V-P是一种典型的分子转子。它不会在低粘度介质中产生荧光信号，因为探针的几何形状使其在低粘度条件下自由旋转。分子旋转在高粘性介质中受到限制，探针在640 nm激发波长下在740 nm处产生强烈的荧光信号。同时MC-V-P可以通过硼酸基团特异性响应ONOO-，在485 nm激发波长下产生580 nm荧光信号。从而实现了单分子探针在不同荧光通道下对粘度和ONOO-的双重识别。MC-V-P具有良好的生物相容性和低细胞毒性，pH和光稳定性好等优点。结合激光共聚焦成像技术，利用该探针，实现了饥饿或制霉菌素刺激下HepG2细胞内粘度变化的实时成像检测，也实现了脂多糖（LPS）和干扰素（IFN-γ）刺激下HepG2细胞内源性ONOO-的浓度变化的实时成像监测。MC-V-P可以作为一种潜在的工具来促进黏度和ONOO-相关的基础和临床研究。(Chem. Commun., 2021, 57, 9554-5979)

通过MOF传感器的磷酸盐和pH荧光成像：糖尿病酮症酸中毒是糖尿病患者最常见的急性并发症之一。因此，发展一种可以快速便捷评估糖尿病并发症-酮症酸中毒的方法具有重要意义。糖尿病酮症酸中毒是由于体内胰岛素严重缺乏导致的代谢性酸中毒，血液pH降低，同时血磷降低作为糖尿病酮症酸中毒的继发结果，使得酮症酸中毒与血磷水平密切相关。因此，发展一种能同时检测血清和肾脏等器官中pH和磷酸根的变化来评估糖尿病酮症酸中毒的方法，对于临床医学研究很有必要。基于此，我们制备了一种新型的复合金属-有机骨架探针，将Al-MOF包裹在PCN-224中，对磷酸根和pH的荧光检测表现出优异性能。通过Zr（IV）与磷酸根的特异性作用和有机配体上氨基的质子化，分别实现了磷酸根和pH的高灵敏度荧光检测。我们将探针应用于诱发性I型糖尿病模型小鼠中，实现了对小鼠血清和肝脏、肾脏器官的磷酸根和pH的同时荧光检测和成像，发现糖尿病小鼠血清中pH和磷酸根均低于正常水平，而肾脏中pH低于正常水平，磷酸根高于正常水平。所以，该结果为临床早期有效评估糖尿病并发症-酮症酸中毒提供了一条新的途径。(Chem. Commun., 2022, 58, 3023-3026)

1.4 重大疾病诊疗一体化平台的搭建

癌症、抑郁症等重大疾病严重威胁人民的生命健康，他们的发病率和死亡率逐年攀升，给经济社会的发展带来了沉重的负担。一方面，许多重大疾病的早期诊断困难，当确诊时，往往已经发展到中晚期，从而使疾病的治疗难度大大增加；另一方面，部分传统的治疗方法存在靶向性差、毒副作用大等缺点，很难达到预期的治疗效果。因此，发展重大疾病的早期精准诊断以及高效治疗的方法，对于提高患者的生存率具有重要的意义。基于此，在重大疾病原位、实时成像诊断的基础上，我们进一步集成药物治疗元件，设计合成了一系列基于有机框架材料（包括共价有机框架材料和金属有机框架材料）的纳米治疗探针和有机小分子材料，实现了对癌症、抑郁症等疾病的光热治疗、高效光动力治疗、响应型气体治疗、免疫治疗以及联合治疗等。

用于抑郁症治疗和抗抑郁药疗效评价的次氯酸激活多功能荧光平台：抑郁症是一种常见的精神疾病，其症状表现为情绪低落、注意力难集中、食欲和睡眠异常等，其低诊断率和低治愈率对人们生命健康与生活质量造成了严重危害。目前对于抑郁症的诊断只能依靠主观化测评表，治疗方式也存在见效慢，副作用大等问题。因此，亟需发展有效的抑郁症诊断和药物治疗新策略与新方法。先前的研究发现提高抑郁患者脑内多巴胺（DA）和5-HT等神经递质的水平可有效改善抑郁程度。此外，大量研究发现抑郁症患者的脑部有明显炎症反应，炎症因子、ROS和相关的酶活性明显升高。由此可见，神经递质水平的下调，高含量的ROS与神经炎症的发生为发展新型抗抑郁诊疗策略，开发抗抑郁药物提供了可靠的靶点和可行的策略。结合小分子荧光材料良好的化学和光稳定性、易于透过血脑屏障、操作相对简便、生物相容性好等优势，我们发展了一种集释放神经递质、抗抑郁药物—消炎—抗氧化等多重作用于一体的抗抑郁诊疗新策略。基于该策略，我们合成了一系列基于次氯酸调控的抗抑郁诊疗试剂（MB-Rs）。MB-Rs以具有良好抗炎作用和优异光学性能的亚甲基蓝（MB）为荧光母体，以次氯酸的特异性识别基团——脲键——作为linker将亚甲基蓝分别与神经递质（DA、5-HT）和抗抑郁药物（氟西汀）相连（图12）。MB-Rs与抑郁小鼠脑部高浓度的HClO发生去甲酰胺化反应后，MB-Rs中的连接基团被打断，MB荧光恢复。MB-Rs通过消耗HClO降低ROS，释放出MB和神经递质或抗抑郁药物，同时起到抗炎和抗抑郁的效果，利用反应前后MB-Rs荧光性质的变化实现对抑郁症的脑部成像和初步诊断。这种集释放神经递质、抗抑郁药物—消炎—抗氧化等多重作用于一体的诊疗新策略有望为抑郁症的诊断和治疗提供新的思路。(Anal. Chem., 2022, 94, 9811-9818)

谷胱甘肽触发NO释放的纳米平台用于“1+1>2”的癌症协同治疗：以一氧化氮（NO）为基础的气体疗法是一种新的抗肿瘤治疗方法，但NO作为治疗试剂的能力受限于其气体的状态和极短的半衰期，因此，迫切需要开发刺激响应型NO供体，以控制和靶向释放NO，用于按需的癌症治疗。除了产生的NO水平外，NO释放速率也是NO是否能诱导细胞死亡的关键因素，利用NO递送系统实现NO在肿瘤组织中的快速、彻底释放同样具有重要意义。基于此，我们构建了一个含卟啉的共价有机框架作为GSH响应型NO供体苯并氧化呋咱（BFX）的纳米递送平台，然后包覆上透明质酸（hyaluronic acid，HA），以提高其生物相容性，实现肿瘤靶向。通过BFX和共价有机框架骨架的相互作用，BFX被封装在共价有机框架中，保证在血液运输过程中没有药物泄漏。共价有机框架的多孔结构和无金属特性保证了BFX快速、彻底地释放NO，实现了高效的NO治疗。激光照射后，共价有机框架中的卟啉单元可以有效地产生ROS，杀死癌细胞进行PDT。更重要的是，GSH触发NO释放过程会降低GSH水平，减少ROS的清除，进一步增强PDT。我们设计的纳米平台通过增强PDT效应和有效的NO治疗，实现“1+1＞2”的协同癌症治疗。(Chem.Commun., 2022, 58, 11803-11806)

酶纳米保护器在酸性环境中保护过氧化氢酶的活性用于乏氧癌症治疗：共价有机框架（Covalent organic frameworks, COFs）是碳、氮、氧等轻原子通过强共价键形成的化学键，在气体吸附与分离、催化、光电子学、储能等领域有着广泛的应用。近年来，COFs在癌症的治疗与检测中的应用也越来越广泛，其中COFs作为光敏剂产生活性氧可实现对癌症的光动力学治疗。然而肿瘤微环境的缺氧特性极大地限制了光动力学治疗的效果。利用过氧化氢酶（Catalase, CAT）在肿瘤组织中原位催化生成氧气能够显著改善肿瘤缺氧，但酸性肿瘤微环境会使CAT明显丧失活性，减弱其改善缺氧的作用。在此，我们报道了一种基于卟啉的三维COFs作为酶纳米保护器，在酸性条件下固载CAT并提供pH保护以保持其酶活性。该三维COFs结晶于Pmc21空间群，双重穿插pts拓扑结构，具有较高的表面积，可负载CAT。在激光照射下，纳米保护器能高效产生活性氧，实现癌症的光动力治疗。即使在酸性肿瘤微环境下，CAT也能催化分解肿瘤组织中过量的过氧化氢生成用于光动力学治疗的氧气，大大提高了光动力学治疗的疗效。(Mater. Today Nano, 2022, 19, 100236)

含内过氧化物的共价有机框架作为单线态氧储存器用于癌症治疗：作为典型的活性氧（ROS）之一，单线态氧（1O2）由于其对细胞的高毒性，在癌症治疗中发挥着重要作用。然而，1O2在水溶液中的短寿命（约3.5 s）严重障碍了1O2向靶组织的有效输送。光动力疗法（PDT）涉及从激发的光敏剂到基态分子氧的能量转移，为原位生成1O2提供了一种有前景的方法。然而，由于光对组织的无效穿透以及肿瘤部位的氧气浓度不足，PDT的应用前景一直受到限制。共价有机骨架（COFs）作为一种具有大孔隙率、高比表面积、优异的热稳定性和良好的生物相容性的有机多孔材料，在生物医学应用中显示出巨大的潜力。内过氧化物（EPO）是在激发的光敏剂和氧气存在下，通过分子内Diels-Alder反应捕获1O2形成含过氧化物键的化合物。在EPO产生后，1O2可以通过具有O-O裂解的逆向Diels-Alder反应释放，该裂解由EPO的固有结构和温度控制，在体外形成EPO后，可以在不依赖光和氧浓度的情况下实现1O2的随后体内释放。基于此，设计了一种新型甲基丙烯酸酯改性的1，4-二烷基萘衍生物（DN），通过1O2捕获和释放在DN和EPO状态之间进行可逆转化。将DN单体封装在纳米卟啉基COF中，并进一步聚合以构建负载二烷基萘聚合物的COF(COF@polyDN)。因为二烷基萘和卟啉之间的距离很短，在635nm激光照射下，基于卟啉的COF可以产生1O2，随后被聚DN捕获，形成含有EPO的COF(COF@polyEPO)。在上述体外1O2预加载程序之后，COF@polyEPO可以在注射到肿瘤部位时在体内体温下释放1O2，实现氧和光独立的1O2释放，从而产生用于癌症治疗的氧化损伤。(Chem.Commun., 2022, 58, 11013-11016)

Cu2+嵌入的三维COF用于多种基于ROS的癌症免疫治疗：近年来，基于活性氧(ROS)的癌症治疗受到了广泛关注。然而，在这些治疗过程中，大多数患者对单一的ROS反应较差。因此，发展了一种基于多种ROS的癌症免疫治疗协同策略，以增强癌症的治疗效果。我们制备了三维共价有机框架(3D COF-TATB)，并将铜离子(Cu2+)嵌入骨架中，获得多功能纳米材料(3D Cu@COF-TATB)。在该体系中，3D COF-TATB中的卟啉不仅通过光动力学过程中产生单线态氧，而且作为与Cu2+配合物的结合位点。Cu2+可被GSH还原生成Cu+，通过类芬顿反应生成羟基自由基(•OH)。此外，产生的多种类型的ROS诱导癌细胞的免疫原性细胞死亡(ICD)来提高免疫原性，进一步激活免疫反应来攻击肿瘤。(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 27, 30618-30625)

用于肿瘤靶向协同治疗的自噬抑制MOF纳米反应器：随着肿瘤生物学研究的深入，自噬和肿瘤微环境被认为是癌细胞的重要防御系统。防御系统显著地限制了各种治疗的疗效，如化疗、光动力/光热疗法、放疗和免疫疗法。自噬可以很容易地降解细胞内受损的蛋白质/细胞器，不仅可以减轻细胞压力，还可以为细胞生存提供额外的能量和蛋白质。此外，肿瘤微环境中存在着大量的重构免疫细胞，这些细胞在肿瘤的发生和发展中起着至关重要的作用。因此，探索同时阻断细胞内和细胞外防御系统的替代方法可有效改善肿瘤的治疗效果。MOFs材料被广泛用于药物传递和癌症治疗，其中，仿生细胞膜伪装的MOFs材料表现出较高的生物安全性和良好的肿瘤靶向效果，正成为肿瘤纳米医学的新一代纳米平台。在此，我们报道了一种用于同型肿瘤靶向的可协同治疗的自噬抑制仿生MOF纳米反应器。自噬抑制剂氯喹(CQ)和葡萄糖氧化酶(GOx)与纳米级MOF共负载形成纳米反应器(CQ@ZIF-GOx)，MOF材料被癌细胞膜进一步伪装(CQ@ZIF-GOx@C)。在活细胞中，GOx可消耗葡萄糖进行饥饿治疗，其治疗活性可因CQ对自噬的抑制而增强。高浓度H2O2诱导细胞内氧化应激，导致免疫原性细胞死亡(ICD)。此外，生成的H2O2可以进一步将M2巨噬细胞极化为M1表型，以对抗癌细胞，实现对细胞内和细胞外防御系统的同时阻断，提高治疗效果。(Biomater. Sci., 2022, 10, 3088-3091)

一种类似树突细胞的仿生纳米颗粒增强T细胞活化用于乳腺癌的免疫治疗：癌症免疫治疗是一种革命性的癌症治疗方法，它将人们的思维方式从直接摧毁癌细胞转变为通过激活宿主的抗肿瘤免疫反应来识别和攻击癌细胞。T细胞是免疫系统中最关键的免疫细胞之一，是机体对抗肿瘤的“战士”，其活化后能有效杀伤肿瘤细胞。通过免疫检查点阻断疗法逆转T细胞的衰竭，在临床上显著改善了黑色素瘤和非小细胞肺癌的治疗效果。然而，这些方法引发的抗肿瘤免疫反应通常不足以控制免疫抑制型肿瘤的发展。免疫抑制型肿瘤的免疫治疗效果差的最本质的原因之一是在其肿瘤微环境中缺乏侵袭性的T细胞。因此，研究如何提高肿瘤部位有效T细胞的免疫应答，从而控制免疫抑制肿瘤的生长是很有必要的。为此，我们设计了一种类似树突细胞的仿生纳米颗粒，它可以同时激活T细胞，打破T细胞在肿瘤部位的免疫“刹车”，从而提高T细胞的免疫应答，进而控制免疫抑制肿瘤的生长。树枝状介孔二氧化硅纳米颗粒(DMSN)具有良好的生物相容性、大的比表面积、易修饰和具有类似免疫佐剂的功能，是制备仿生纳米颗粒的理想材料。首先合成了羧基化的DMSNs，然后将功能性抗体(激活T细胞的抗CD3、抗CD28，和破坏T细胞免疫“刹车”的抗PD-1)通过氨基和羧基的反应修饰在羧基化的DMSNs上(得到DMSNs3)。然后在DMSNs3表面修饰透明质酸(HA)以获得靶向肿瘤组织的能力，从而制备了完整的类似树突细胞的仿生纳米颗粒(DMSNs3@HA)。经静脉注射后，DMSNs3@HA通过与癌细胞细胞膜上过表达的CD44结合而富集到肿瘤部位。而抗CD3和抗CD28作为协同刺激分子，通过作用于T细胞膜上的CD28来激活T细胞。此外，抗PD-1可以通过阻断免疫检查点PD-1/PD-L1来打破免疫“刹车”。活化后的T细胞可显著提高免疫抑制型肿瘤的免疫治疗效果。(Chem. Sci., 2022, 13, 105-110)

一种线粒体靶向、蛋白结合的光敏剂用于增强肿瘤光动力治疗：光动力治疗（PDT）作为一种新兴的癌症光疗方法，由光激活的光敏剂（PS）驱动产生活性氧（ROS）来治疗癌症。由于产生的ROS扩散半径有限，寿命较短，PDT治疗效果受到严重限制。发展细胞器靶向的PS是提高治疗效率的有效方法。线粒体是ROS产生的主要来源，并介导多种凋亡途径。许多带有正电荷基团的小分子PS已经被开发出来，通过静电相互作用选择性地进入线粒体。然而，当线粒体在PDT过程中被光损伤时，线粒体膜电位降低，导致有机小分子PS容易外排。基于此，我们设计合成了一种可结合线粒体内蛋白的光敏剂（Mito-Pro-PS）用于增强肿瘤PDT。Mito-Pro-PS是通过将三苯基磷（TPP）和氯乙酰氯基团引入吲哚花菁染料而制备的。TPP基团使Mito-Pro-PS主动靶向线粒体，氯乙酰氯基团与蛋白上的巯基基团共价连接将Mito-Pro-PS锚定在线粒体内蛋白上，有效避免光敏剂分子的外排。在短时间（30s）的近红外激光照射下，Mito-Pro-PS产生的ROS能直接破坏线粒体内的巯基蛋白，导致线粒体氧化还原失衡。此外，光激活产生的ROS能够诱发线粒体内自身ROS爆发，进而引发线粒体介导的细胞凋亡通路，膜电位下降导致细胞色素C从线粒体膜间隙释放到细胞质中，并激活Caspase-3，最终诱发肿瘤细胞的不可逆死亡。(Chem. Commun., 2022, 58, 11729-11732)

基于超小HfO2嵌入的多孔碳纳米平台用于光热治疗协同克服乳腺癌的放疗抗性：放射治疗（RT）是乳腺癌治疗中一项重要的治疗手段。由于含有高Z元素的纳米颗粒（NPs）可以促进辐射能量的沉积和ROS的产生，从而杀死癌细胞，因此科研人员报道了许多将其用于放疗增敏的研究。临床前研究表明，NBTXR3的瘤内给药可在细胞内产生局部高能量沉积，并促进细胞凋亡，但NBTXR3的治疗效果仍然有限，因此仍然需要发展能够解决放疗中其他限制因素的新型放射增敏剂。相比于单一疗法，协同疗法是更好的肿瘤治疗策略，可以有效克服放疗的各种限制。光热治疗（PTT）具有良好的可控性和较高的生物安全性，是一种有潜力的治疗方法。PTT可提高瘤内血流量和氧含量，克服缺氧，改善放疗，局部热疗有助于阻断细胞内各种修复系统，进一步使癌细胞对放疗敏感。因此，PTT协同RT可显著增强癌症治疗效果。基于此，我们以铪基MOF（Hf-MOF）为前驱体，制备了超小HfO2嵌入的多孔碳纳米材料（HPCN）作为多功能纳米敏化剂，用于PTT协同放射治疗。碳质框架使HPCN具有良好的类过氧化物酶活性，可催化瘤内H2O2转化为•OH，诱导肿瘤细胞氧化应激。同时，制备的HPCN具有NIR-II吸收和光热转换效应。HPCN产生的热疗作用也能增强血管通透性，改善肿瘤氧合，增强放疗的疗效。在X射线照射下，HPCN中均匀分散的超小HfO2 NPs通过剂量增强效应产生大量高能电子，一部分直接诱导DNA损伤，一部分将H2O/O2转化为ROS进行细胞杀伤。最后在HPCN表面进一步用DSPE-PEG修饰以增强体内肿瘤归巢能力。体外和体内实验表明，Hf-MOF衍生的HPCN提供了一种多功能的纳米平台，通过肿瘤催化治疗和光热治疗联合抑制放疗抗性，从而增强放疗疗效。(Mater. Today Nano, 2022, 20, 100253)

放射敏感性纳米调节剂重建肿瘤-免疫细胞间通讯增强免疫治疗：肿瘤免疫治疗通过激活机体免疫系统在临床上显示出巨大的应用潜力。目前的治疗策略主要包括基于小分子抑制剂/诱导治疗或免疫细胞介导的治疗。其中，免疫细胞介导的治疗，由于其低免疫原性和固有的肿瘤靶性，可以实现更有效的肿瘤识别和抑制作用。但因为免疫效应细胞在到达肿瘤之前，不受控制的激活会消耗被激活的免疫细胞的免疫力，导致接受治疗的癌症患者通常反应率低，治疗效果差。同时，这种不受控制的激活的免疫细胞不可避免地在正常组织中积聚，并在全身持续分泌促炎细胞因子，这可能导致严重的细胞因子释放综合征（CRS）和神经毒性。因此，为了解决上述问题，可控和可激活的策略对于提高治疗效果和扩大免疫治疗的应用是非常理想的，我们开发了一种双功能纳米调节剂（AuDAP），用于重建细胞间通讯，以激活肿瘤组织中的抗肿瘤免疫反应。纳米调节剂以金纳米颗粒（AuNPs）为核心，两种细胞识别配体为外壳（AS1411适配体，特异性靶向癌细胞，M2靶向肽（M2pep），特异性靶向M2型巨噬细胞）。经静脉注射后，纳米调节剂可首先积聚到肿瘤组织中，然后在巨噬细胞和肿瘤细胞之间建立紧密的通讯。在低剂量医用 X 射线照射下，AuNPs 吸收 X 射线并产生ROS，进一步激活NF-κB信号通路，使巨噬细胞从促瘤M2型向抗肿瘤M1型复极。因此，AuDAP可以作为一种强大的纳米制剂，以可控的方式特异性地激活肿瘤组织中强大的抗肿瘤免疫反应。(Sci. China Mater., 2023, 66, 352-362)

基于共轭聚合物的光敏化剂：鉴于无机纳米材料在肿瘤治疗过程中所面临的一些问题，如确切的治疗机制不明确、临床研究的复杂性、有限的可降解性带来的生物安全性上的风险等，基于有机分子的声敏剂的治疗机制更为明确，更易于从体内清除，从而最大限度的避免生物安全性方面的隐患。因此，我们合成了一系列以不同结构的氰基取代二苯乙烯为受体的D-A型共轭聚合物，并制备了相应的有机纳米粒子，系统对比研究了不同结构的氰基取代二苯乙烯衍生物以及TPE的引入对共轭聚合物NPs光物理性质的影响。结合相应的理论计算，我们发现可以通过调整氰基的数量与在重复单元中的分布位置，改变共轭聚合物单线态与三线态的能级差，进而调控共轭聚合物NPs的光物理性质，TPE的引入可以显著地改善这些光物理性质。随后我们用CP NPs开展了其在化学生物学方面的应用，结果表明CP1/3 NPs是良好的细胞成像制剂，CP6 NPs可以作为高效的敏化剂杀伤HeLa细胞。我们期待通过这种构效关系的建立，给未来先进光功能材料的开发提供新的视角与启发，为光学成像与治疗提供更多的选择与参考。（Biomaterials, 2022, 291: 121885）

阳离子COF的siRNA递送和代谢治疗应用：小干扰RNA（siRNA）是特异性抑制靶基因表达的强大工具。然而，siRNA的体内治疗应用受其高负电荷、高分子量、易降解、低跨膜转运效率、溶酶体逃逸困难等因素的限制。为了克服该局限，我们基于室温下的三组分一锅反应合成了阳离子COF，并将其用作新型基因转染载体。其中，阳离子框架通过静电相互作用高效地吸附siRNA，负载量愈1 nmol/mg；而平衡阴离子能被己糖激酶2（KH2）抑制剂3-溴丙酮酸盐交换，从而实现代谢治疗。最终，SLC7A11 siRNA@ABMBP-COF可以在HT1080肿瘤细胞中沉默SLC7A11并抑制HK2，从而通过铁死亡和凋亡在体外和体内实现抗肿瘤治疗，展示出强大的协同作用。这项研究丰富了COF的温和合成方法，促进了下一代转染试剂的开发，还强调了阳离子COF是强大的联合肿瘤治疗平台。（Chem. Sci., 2022, 13, 7846-7854）

1.5 成像诊疗试剂的绿色合成

镍催化炔烃绿色串联反应合成布洛芬等手性丙酸药物：手性羧酸及其衍生物是药物分子中常见的重要结构骨架。过渡金属催化的α, β-不饱和羧酸的不对称氢化反应是合成手性羧酸最直接有效的方法。从早期的贵金属体系发展到近些年的廉价金属如铁、钴催化体系均获得了出色的效果，但是已经工业化的反应仍以稀有贵金属催化为主，同时使用高压易燃易爆的氢气也是亟待解决的问题。随着社会对化工生产安全性和绿色性的要求不断提高，发展条件更加温和、原子利用率更高效的合成方法，是合成化学工作者们持续不断探索的目标。基于此，我们发展了一种新的串联不对称催化合成方法，利用廉价金属镍催化炔烃连续发生氢羧基化和不对称转移氢化反应，从简单炔烃一步法合成手性羧酸。该方法的巧妙之处在于甲酸既是羧基化的碳源也是氢化反应的氢源，适用于大多数芳基和烷基炔烃，ee值高达98%以上。该串联反应成功地应用于布洛芬、萘普生和氟比洛芬三种重要的丙酸类非甾体抗炎药（>90% ees）和手性AZD2716片段的不对称合成，是目前报道的最简洁最绿色的合成方法（Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202111778.）。

（2）单分子、单颗粒与单细胞分析研究方向

2.1 单分子水平的多级信号扩增用于同时检测多种miRNA

一种快速的qPCR检测方法，用于评估血液样品中外泌体介导的PD-L1对T细胞耗竭程度的严重性：PD-L1是一种免疫抑制分子，能够通过与T细胞表面的PD-1受体结合，抑制T细胞的活性，从而导致T细胞的免疫耐受和耗竭。本工作提出了一种简单、快速、低成本的实时荧光定量PCR(qPCR)检测方法，用于评估血液样品中外泌体介导的程序性死亡配体-1（PD-L1）引起的T细胞耗竭程度。该检测方法基于qPCR技术，使用PD-L1和内参基因的特异性引物和荧光探针，可同时检测PD-L1和内参基因的表达水平，从而计算出它们之间的相对表达量。通过与其他定量方法的比较，证明该方法具有较高的灵敏度和特异性，并且能够准确地检测出血液样品中PD-L1的表达水平。该方法在临床上具有广泛的应用前景，特别是在免疫治疗中，可以用来监测PD-L1介导的T细胞免疫耐受和耗竭的程度，以指导治疗方案的制定和调整。（Chem. Common., 2022, 58, 831-834）

基于AND逻辑门的CRISPR-Cas12a生物传感平台用于灵敏比色检测两种miRNA：微小RNA（miRNA）是一类重要的疾病相关核酸标志物。疾病的发生发展过程中经常伴随不同种类miRNA的异常表达，同一种miRNA在不同疾病中也会存在异常表达。因此，对多种miRNA进行同时检测，有利于提高疾病诊断的精准性。基于灵敏度高、特异性强以及反应条件温和的优势，CRISPR-Cas系统已经被广泛应用于疾病核酸标志物的检测。然而，在已发展的检测策略中，特定的crRNA只能够对靶标核酸进行专一性识别。对于多种靶标核酸的检测，需要设计不同的crRNA与Cas12a进行结合，用于对相应的靶标核酸进行识别，这增加了检测的成本和复杂性。在一次分析中实现多种核酸标志物的同时检测仍然存在挑战。为了解决上述问题，我们开发了一种基于AND逻辑门的CRISPR-Cas12a生物传感平台，用于实现两种miRNAs的灵敏比色检测。在该策略中，DNA探针用于识别miRNAs的输入并输出引发DNA，引发DNA可激活CRISPR-Cas12a用于切割单链DNA。磁珠上的单链DNA被CRISPR-Cas12a切割后，会导致葡萄糖氧化酶从磁珠上释放，用于引发显色反应。1 pM的靶标miRNAs所引起的颜色变化可通过肉眼直接区分，仪器检测限可达36.4 fM。人血清中过表达的miR-205和miR-944可以通过该方法进行成功检测，从而实现了肺癌患者和健康人血清样本的区分。此外，该策略避免了繁琐的核酸扩增步骤以及大型仪器设备的使用，拓展了CRISPR-Cas系统在生物标志物检测以及疾病精准诊断方面的应用。(Anal. Chem., 2022, 94, 15839−15846)

2.2 单分子水平活性氧时空动态分布监测

利用单分子荧光成像技术探究光催化反应过程中活性氧异质性的产生过程：在水体有机污染物降解过程中，活性氧（ROS）作为一种重要的反应活性中间体，其在催化剂表面产生的种类与分布等和有机污染物的降解效率密切相关。因此，解析光催化剂表面ROS的产生途径对于阐明光催化机理，提高光化学反应效率与污染治理至关重要。然而，目前诸多ROS的监测方法，如荧光光谱技术，化学发光光谱技术，以及电子自旋共振（ESR）等均不能用于揭示参与反应的ROS与光催化剂表面结构之间的相关性。因此，迫切需要一种原位的方法来表征ROS在催化剂表面的时空信息。为了解决此问题，我们利用单分子荧光显微成像技术（SMFM），原位监测溶液反应体系中催化剂（TiO2-MWCNTs）表面ROS的生成动力学和空间异质性分布。首先，我们使用羟基自由基（•OH）探针（3′-(p-hydroxyphenyl) fluorescein，HPF）标记了光催化反应过程中原位生成的•OH，并对采集到的单分子荧光信号利用高分辨算法进行定位。单分子荧光图像揭示了TiO2-MWCNTs上•OH生成的时空分布与催化剂的组成和异质结构密切相关。为了进一步了解光催化过程中•OH的生成路线，通过电子捕获实验，我们也发现了该光催化反应过程中•OH主要是通过O2的电子还原途径生成的。上述研究所获得催化剂表面ROS生成的微观机理对深入研究光催化反应机理，指导设计高效的光催化剂提供了科学依据。(J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 8635−8640.)

（3）微纳分离材料制备与质谱分析研究方向

3.1共价有机框架材料在催化领域的应用：

手性共价有机框架用于可见光介导的水中对映选择性光氧化反应：迄今为止，大多数报道的CCOFs是由可逆的亚胺连接的，这使它们具有适度的化学稳定性和疏水性。这些特点会阻碍它们在水中的应用，因此设计和合成具有两亲功能的化学稳定的光活性CCOF催化剂对可持续发展社会非常重要。原则上，这种CCOF光催化剂应该包含光敏剂、手性控制器、相转移官能团和牢固的连接键。苯甲醛、4-(10,15,20-三苯基卟啉-5-基)苯胺和N,N-二乙基-N-(4-乙炔基苄基)溴化乙胺(PA-QA)之间的相关不对称分子模型反应充分证明了这种可能性。在此基础上，2,5-二甲氧基对苯二甲醛（DMTP）、5,10,15,20-四（4-氨基苯基）卟啉（TAPP）和季铵溴化物修饰的苯乙炔（PA-QA），在室温条件下，在手性CuOTf-pybox催化剂的存在下，通过不对称的A3耦合聚合，设计并合成了CCOF（图1）。并且在可见光照射下，所获得的无金属(R)-DTP-COF-QA在水中将硫化物光氧化成亚砜的对映选择性中显示出优异的催化活性和对映选择性。特别值得注意的是，(R)-DTP-COF-QA的效用还通过催化合成(R)-modafinil得到了展现，modafinil是一种治疗与嗜睡症、阻塞性睡眠呼吸暂停/窒息综合症和轮班工作睡眠障碍有关的觉醒促进剂药物。（J. Am. Chem. Soc., 2022, 144, 15, 6681–6686）

杂原子掺杂策略调控COFs光催化Cr(VI)还原性能：六价铬(Cr(VI))是一种有毒的重金属离子，被广泛应用于电镀、金属抛光、印刷、皮革鞣制等工业。Cr(VI)在水中的溶解度高，对大多数生物具有高致癌性和急性毒性，工业废水中残留和泄漏的Cr(VI)进入地表水和地下水后对人类健康和生态系统平衡构成极大威胁。与Cr(VI)相比，三价铬(Cr(III))的氧化性和生物利用度有限，因而毒性更小。如何有效且经济地将高毒性Cr(VI)还原为低毒性的Cr(III)有利于人类健康、环境保护和可持续发展。共价有机框架（COF）是共价键连接的多孔有机材料，具有结晶性、结构多样性、长程有序的π-共轭骨架和半导体特性。因此，我们将单原子取代策略（Se，S）与给体-受体COFs相结合，合成了Se掺杂的PYE-COF和S掺杂的PYS-COF，研究其结构与光催化活性的关系。Se掺杂的PYE-COF表现出更窄的光学带隙和更高的光生电荷分离和转移效率，从而提高了PYE-COF的光催化性能。在可见光照射下，PYE-COF能更有效地将Cr(VI)还原为Cr(III)。在60 min内，Cr(VI)的还原效率达到100%。连续5次光催化循环后，PYE-COF对Cr(VI)的还原效率仍在95%以上。这项工作通过调节受体中的取代单原子，在原子水平上调控了COF的光催化活性（Mater. Chem. Front., 2022, 6, 3748-3754）。

通过不对称有机催化合成CCOFs用于多相不对称催化：与非手性共价有机框架（COFs）相比，手性共价有机框架（CCOFs）受到的关注要少得多。在现有的CCOFs合成方法中，包括直接合成（手性有机单体的直接聚合），合成后修饰（用手性物种修饰已构建的非手性COFs），手性诱导（手性添加剂参与的聚合）以及催化不对称聚合法（手性单体在手性催化剂存在下的聚合）。然而，用于合成CCOFs的催化不对称方法刚刚开始出现，尽管它已被认为是实现手性化合物最普遍和最有吸引力的方法之一。以廉价易得的非手性二胺和1,3,5-三甲酰基-2,4,6-间苯三酚为原料、手性吡咯烷作为催化剂，构筑了四对具有Δ-和Λ-型螺旋桨结构的超分子手性共价有机框架材料，该合成方法简单高效，手性胺兼具手性模板和催化剂的作用，对框架材料组装过程中的手性产生和放大具有很好的调控作用。本工作探索了手性共价有机框架合成新方法，并证实了以不对称催化聚合法直接构建超分子手性框架材料的可能性。获得的β-酮烯胺-CCOFs可以通过固态配位的方法进一步金属化，所产生的Cu(II)@CCOFs可以高度促进不对称的A3-偶联反应（Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e20211504.）。

太阳光催化合成具有光催化活性的共价有机框架材料：目前所报道的COFs合成方法主要有溶剂热法、离子热法、机械研磨法、微波合成法以及大气溶液合成法等。近年来，光催化作为一种新型的催化模式，已被广泛应用于合成化学领域，该方法具有条件温和、环境友好以及原子经济等特点。然而截至目前，光催化合成COFs的研究却鲜有报道。值得注意的是，目前光催化所使用的光源大多为高功率氙灯、汞灯或发光二极管（LED）等人工光反应装置，不能满足节能降耗的绿色合成要求。因此，发展太阳光驱动的COFs合成具有重要的意义，同时也具有极大的挑战性。我们首次利用太阳光作为光源，通过窗台反应实现了COFs的克级合成。合成的苯并恶唑环桥联的COF可进一步作为可重复利用的光催化剂，高效地催化硫醚的光氧化反应。该工作不仅提出了太阳光驱动的光催化聚合的COFs合成新方法，而且为节能降耗的COFs的绿色合成提供了新策略。（J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 18750-18755）

3.2共价有机框架材料在环境消杀中的应用：

通过Kabachnik-Fields反应合成COFs用于水处理：全球水质问题日益突出，已成为人们生活中“安全隐患”。其中，重金属离子和病原微生物是造成水污染的两个主要因素。然而，传统的水处理方法往往存在高能耗和高资源消耗的缺陷，因此开发节能降耗的具有高效重金属离子去除和抗菌活性的多功能水处理材料具有重要意义。本研究首次通过三组分原位一锅KF-3CR反应在室温条件下合成了α-氨基膦酸酯连接的COFs材料。由于具有生物活性的α-氨基膦酸酯和光敏卟啉的共存，获得的APCOF-1对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌具有高效的太阳能驱动的杀灭能力；同时，负载的α-氨基膦酸酯的螯合功能实现了对多种重金属离子（Cd(II)/ Pb(II)/Cu(II) /Hg(II)/Ni(II)/Mn(II)）高容量吸附（56.4 ~ 124.3 mg∙g-1），使其成为一种潜在的绿色COFs基多功能水净化材料。在此基础上，将APCOF-1（高达50 wt %）与环保低成本的壳聚糖通过冰模板法复合加工成型，构建了APCOF-1@chitosan螺旋状的流经式污水净化装置模型，通过自然光驱动的杀菌与重金属离子捕获的协同作用，实现了连续的规模化水处理。本研究不仅丰富了COFs的合成方法，而且推动了COFs基功能材料实用化进程。（J. Hazard. Mater., 2022, 433, 128831.）

基于共价有机框架材料的多功能自消毒型防护口罩：急性皮肤损伤感染肆虐以及COVID-19病毒蔓延的形势下，开发高效安全的防护治疗一体化、可对抗耐药细菌及可循环利用型医用材料具有重要的研究意义。共价有机框架(Covalent Organic Framework, 简称COF)，作为一种新兴的晶态有机多孔材料，在光治疗、药物输送和联合治疗等生物医学等领域显示出诱人的应用前景，其固有的多孔性质协同主客体作用使得联合抗菌和抗病毒治疗有望在COF平台上合理集成，以达到单一治疗无法达到的效果。基于此，我们采用三组分Doebner反应协同后合成修饰策略，构建了以喹啉-4-羧酸基团为循环节点、负载银纳米离子的卟啉基COF杂化材料（Ag@DhaTph-COOH，图1），基于化学/PDT/PTT协同作用机制，该材料在可见光及自然光下对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌及Virus-GFP病毒均展现出优异的消杀性能。进一步将上述材料与端基为异氰酸酯基聚氨酯共价复合，作为COFs基自消毒型防护口罩的功能涂层，在阳光照射下，可以将S. aureus和H1N1病毒分别在35 min和60 min内被灭活，对空气中传播的细菌与病毒具有良好的杀灭作用（图2）。本工作首次报道多功能COFs基自消毒型防护口罩，实现了功能性晶态多孔材料的成型加工与装置化，并为其在皮肤损伤、呼吸道感染等生命科学领域的高效应用打下前期基础。(J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 3346-3358)

3.3 多重信号扩增联合常压敞开式离子源质谱检测miRNA

通过多重扩增立足点介导的DNA链置换纸喷雾质谱法(TSD-PS MS)对血液中的miRNA进行灵敏定量：由于人体中miRNA含量极少，且miRNA存在的体液环境又极其复杂，因此miRNA在血清中的富集以及循环miRNA的分离和定量仍是近年来研究的重点难点。基于此我们将改进的纸喷雾技术与链置换反应（Toehold-mediated strand displacement reaction, TSD）结合,采用纳米粒子信号放大和链置换信号放大的方式，实现了对血清和全血miRNA-141的定量检测。即利用链置换反应实现信号放大和特异性，使用双层纸基用于转移信号链，从而有效地去除血样中的背景信号，同时利用经UV光照断裂后的光敏质谱信号分子进行纸喷雾质谱检测。实验数据显示，该方法显著提高了质谱检测miRNA的信号灵敏度和降低了检测限，且其结果与qRT-PCR一致（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202113051）

3.4 蛋白质组学分析Au(I)类配合物靶标蛋白

基于竞争活性的蛋白质谱对Au (I)配合物靶标的定量化学蛋白质组学研究：化学蛋白质组学不仅能够对靶标蛋白的功能活性进行全面的揭示与干预，而且能够对与蛋白相互作用的抑制剂或药物进行筛选与开发。目前，蛋白活性表达谱（ABPP）策略已经成为化学蛋白质组研究领域内的标准性方法。Au(I)配合物具有广泛抗增殖潜力，为了研究它们潜在的靶蛋白和相关生物信息，本工作利用竞争性ABPP方法对四种Au(I)配合物的靶标蛋白进行全蛋白质组学分析。我们量化了四种Au(I)配合物的靶标蛋白并发现大部分蛋白质与癌症有关。此外，新型Au(I)结合蛋白以及Au-蛋白质作用途径以及不同Au(I)配合物作用癌症类型也一并被分析报道。为金属配合物应用于癌症的临床治疗提供生理机制、毒害信息、特异性靶点以及最佳键合位点等重要信息（Bioconjugate Chem. 2022, 33, 1131−1137）

3．对学科建设的贡献

重点实验室的研究工作与各项学术活动进一步加强了山东师范大学分析化学学科在全国的学术影响，有力地推动了分析化学、有机化学以及交叉学科的发展，对学科建设起到了重要的支撑作用，对学术创新、人才培养等产生了重要影响。化学学科连续第十年进入ESI全球大学和科研机构前1%。化学学科ESI高被引论文30篇，比上期增加11篇。英国自然出版集团更新的2022年的自然指数(统计时间范围为2021.11.01-2022.10.31)，我校化学学科位列全球高校第43位，内地高校第30位，国内师范大学第1位，山东省属高校第1位。

4. 成果转化

在2022年，完成了荧光检测仪详细方案设计和原理样机搭建与测试，主要工作内容包括：光场调控模块研发、电子学控制系统研发、图像重建与分析软件开发、系统集成以及开展光催化荧光成像检测实验研究。使用研制的荧光成像仪原理样机，在单颗粒、单分子水平上对多种纳米颗粒活性物种进行成像，采集的单分子荧光信号经自主开发的超分辨算法处理，可实时检测分析催化剂表面活性氧自由基等中间体的空间分布，为揭示光催化活性位点分布、反应动力学过程以及深入理解反应机理提供了坚实基础，成像分析结果发表在ACS Catal., 2021, 11, 6872；J. Phys. Chem. Lett., 2022, 13, 8635。相关研究已申请发明专利6项、授权4项。

此外，2022年重点实验室积极推进分子与纳米探针产品化，取得了一定的经济和社会效益，为山东省乃至全国的经济和社会发展做出了重要贡献。首先发展了一种体液检测肺癌的便携式检验试剂盒，只需取人体的唾液或尿液样本，加入到试剂盒中反应，最后观察试纸条带颜色变化即可诊断肺癌。传统方法需要对外泌体miRNA进行提取并利用RT-PCR进行扩增检测，与之相比，该方法简单快速并且不需要复杂的操作，成功实现了肺癌的有效无创诊断，具有非常好的应用前景。

还发展了一种链置换放大辅助的CRISPR-Cas12a酶催化策略，该策略可以对乙肝病毒核酸进行信号转导和放大，最终产生肉眼可见的颜色信号。该方法的检测灵敏度高，特异性好，可实现乙肝病毒核酸的可视化便携分析。这些是在目前工作基础的进一步深化与拓展，其临床转化有望有效提高癌症诊疗的精准性。

与青岛海纳光电环保有限公司和山东省计量科学研究院合作研发用于VOCs、NOx等现场自动监测的便携式紫外差分吸收光谱仪。目前已进入研发后期阶段，仪器常规技术指标和功能已基本满足设计要求，正在进行紫外光谱法VOCs、NOx应急智能监测平台、手机APP应用程序开发。受山东省环境监测中心委托，对山东环境保护标准“固定污染源废气挥发性有机物的测定”、“真空瓶采样-热脱附/气相色谱-质谱法”进行制定并修订，负责标准制定研究和验证的组织实施工作。

与山东新华普阳生物技术有限公司建立合作，将研制的荧光材料成功用于双光子超分辨荧光免疫分析仪呼吸道九联检的研发，依托该公司获批中央引导地方科技发展资金1项。

二、 国内外学术奖励

2022年度重点实验室荣获山东省自然科学奖二等奖2项，山东省科学技术青年奖1项。

2022年度实验室获奖项目

序号 获奖人 获奖成果名称 奖励名称 奖励等级 获奖日期

1 张春阳;马飞;王黎娟;胡娟 疾病分子标志物的生化分析及临床应用 山东省自然科学奖 二等奖 2022年

2 王栩;解希雷;李勇;焦晓云 细胞内氧化还原活性小分子的荧光探针设计及原位成像研究 山东省自然科学奖 二等奖 2022年

3 李娜 山东省科学技术青年奖 2022年

三、 学术活动、队伍建设及人才培养

（1）学术活动

2022年，重点实验室先后邀请包括清华大学李景虹院士、南京大学丁霖教授、韩国高丽大学Jong Seung Kim教授等国内外知名学者30余人通过学术报告或视频学术讲座进行学术交流。

（2）队伍建设

实验室目前有固定人员90人，其中高级职称67人；45岁以下青年研究人员占85%。2022年，重点实验室新引进3名优秀博士；2人获得山东省优秀青年基金，5人晋升教授，6人晋升副教授。重点实验室科研队伍包括973计划首席科学家1人、万人计划领军人才2人、国家杰出青年基金获得者2人、长江学者特聘教授1人、入选国家“百千万人才工程”3人、国家优秀青年基获得者1人、青年长江学者1人、泰山学者攀登计划入选者2人、泰山学者特聘教授3人、山东省杰出青年基金获得者5人、山东省突贡专家6人、山东省泰山学者青年专家5人、山东省优秀青年基金获得者12人，人才队伍具有化学、生物学、医学等多学科领域的交叉融合学术背景，学术水平高、创新能力强。

（3）人才培养

2022年，重点实验室新增硕士生114人，博士研究生16人，毕业硕士生87人，博士生11人，其中2人获山东省优秀博士学位论文，3人获省优秀硕士学位论文。3个学生团队获得山东省研究生创新成果奖；第八届山东省“互联网+”大学生创新创业大赛中2个研究生团队获银奖，2个研究生团队获铜奖；2名博士、9名硕士研究生获得国家奖学金；10名博士研究生和20硕士研究生获得“博科创新奖学金”。

（4）实验室对外开放

重点实验室与国内外知名大学与研究所如中国科学院上海应用物理研究所、中国科学院理化技术研究所、中国科学院兰州化学物理研究所、清华大学、北京大学、南开大学、山东大学、华东理工大学、湖南大学、西蒙弗雷泽大学、斯坦福大学、俄亥俄大学、新加坡国立大学、加州州立大学、美国南卡大学、美国阿克伦大学、加拿大温莎大学、加拿大滑铁卢大学、纽约州立大学石溪分校、瑞典哥德堡大学和美国南佛罗里达大学等，建立了广泛的学术合作与协作关系。

四、社会服务

成功获批李平化学与健康科普工作室，积极开展各项科普活动，邀请了知名专家彭伟教授开展抑郁症防治的科普讲座，进入山东师范大学附属中小学等学校举办启蒙化学元素知识讲坛。

五、面临困难与机遇挑战

教育部重点实验室面临主要困难如下：

（1）缺乏高水平学科带头人：虽然目前重点实验室有部分国家杰出青年基金获得者、长江学者等高层次领军人才，但是数量仍略有不足，导致实验室的研究队伍缺乏核心骨干，影响研究实力。更为关键的是缺乏后备人才，如青年千人、优青、泰山学者、省杰青等。

（2）标志性的成果与项目略有不足：重点实验室成员目前主持有国家重大/重点等科研项目的比例偏少，同时原创性高、有国际影响力的高水平论文的数量相对较少。

（3）成果转化较少：实验室研发了大量分子与纳米荧光探针，虽然有部分进行了成果转化，但是缺乏临床应用渠道，临床检测样本较难获得，导致研究成果的落地难度较大，成果实际应用推进缓慢。

（4）研究经费来源不足：重点实验室的运行需要大量资金支持，用于大型仪器、材料和人员薪酬等方面，但是目前实验室经费主要来源于国家和省市的科研基金，经费有限，不能有力支撑软件与硬件建设。

六、发展规划与具体举措

为了进一步提高重点实验室的人才建设、科研水平及综合实力，做好以下三方面的发展规划：

（1）结合“双一流”建设工作，整合队伍与资源形成合力，在分析化学这一优势学科领域形成鲜明特色、多学科交叉融合的探针分析特色学科群。进一步推进探针在重大疾病早期预警、精准治疗方面的临床应用；研制特异性试剂盒和手术导航成像材料，对成像新材料进行应用推广及产业化；加快单颗粒原位成像荧光检测仪等高端仪器的研制与应用推广，争创国内一流，建成国际一流的探针科学研究与技术创新和转化基地。

（2）实施人才战略，扩大实验室人才规模，构建各研究方向的人才梯队，培养与引进1-2名国家杰青、长江学者等国家级人才。重点实验室把人才资源作为实验室建设核心资源，坚持引进与培养相结合，力争建成一支结构合理、层次分明、具有国际化视野的高水平创新团队。

（3）实施开放、联合的发展战略，加强与国内外高校研发机构的交流与合作，通过共同承担科研攻关项目、合作发表论文、学术互访交流等方式，建立长期稳定的合作伙伴关系。同时，重点实验室借助“111引智计划”，与国外科研机构学术互访、合作发表论文等方式开展深入合作。通过学习国内外科研机构的先进经验，提升我方研发水平，实现分子与纳米探针研究及应用的“跟跑到领跑”。

分子与纳米探针教育部重点实验室的建设与发展，离不开学术委员会各位专家学者的帮助和支持。重点实验室以人才队伍建设为中心，通过强化“一流学科”与“一流队伍”，争取在“杰出学者”的培养与引进、标志性成果与项目、良好的科研环境与资金保障三方面实现新的突破，提升实验室的综合竞争力。

附录：

附录1：2022年度新增国家级、省级项目