2015年7月20-24日，“第十七屆國際生物無機化學會議”在北京國家會議中心盛大召開。本次會議由中國化學會和國家自然科學基金委員會主辦，北京航空航天大學承辦，會議以“生物無機化學：交叉和合作”為主題，設立5個分會場和若干衛(wèi)星會，5個分會場又分別包含二到四個主題。會議規(guī)模大，參會人員來自世界不同國家的高等院校、化學或生物及相關領域的科研院所，具有很強的代表性和前瞻性。而面對無機生物化學領域如此眾多的前沿研究方向，筆者更關注的是與疾病相關的金屬離子的熒光成像技術。

　　實際上，金屬離子對于機體的很多生命活動都是十分重要和必要的，細胞內金屬離子動態(tài)平衡一旦失調就可能導致許多疾病，比如神經退行性疾病、癌癥和糖尿病等。已經有研究發(fā)現(xiàn)，在神經退行性疾病患者的腦組織中有過渡金屬離子的過多累積，比如銅、鋅和鐵離子。因此，如何獲取這些金屬離子在組織、細胞，甚至是細胞器中的分布和含量信息，對于理解某些疾病以及新的診斷方法的開發(fā)就顯得尤為重要。

　　而熒光成像可通過一種非接觸和無損傷的方式，為我們提供一種檢測細胞內金屬離子的獨特方法，這種方法有很高的空間和時間準確性。在細胞生物學領域內，該方法在進一步理解金屬離子的生理和病理功能方面具有廣闊的應用前景。具體到熒光成像中的一個重要元素——熒光探針而言，它應具備以下幾個功能：對于目標金屬離子的高選擇性、對金屬離子濃度原位定量分析的寬的動態(tài)范圍，以及描述金屬離子在細胞內分布的細胞器靶向能力。

　　當前對于熒光探針的研究也主要集中在如何提高探針的靈敏度和選擇性，擴展可檢測金屬離子的范圍，發(fā)展新的檢測機理等方面。以上這些趨勢從本次會議的相關報告中也可略見端倪。

　　加利福尼亞大學伯克利分校的Christopher J. Chang博士當前正在開發(fā)一種新的分子成像方法，以用于研究調控大腦活動背后的化學原因。他的報告向聽眾展示了過渡金屬和活性氧、硫、碳等作為新的化學信號來源方面的研究發(fā)現(xiàn)，以及它們對于神經回路的影響。此外，據(jù)筆者會下了解，該課題組還開發(fā)出一種新型銅離子探針—CF3，這種探針在敏感性和親水性方面均有提高，可以分別用于單光子和雙光子成像。據(jù)悉，他們已經將這種新探針用于共聚焦或雙光子成像掃描，以檢測大鼠海馬組織和視網膜組織中的銅離子。

Christopher J. Chang

　　光活性分子的光解對于追蹤細胞功能的復雜性和其動力學過程很有幫助，但目前大多數(shù)光解系統(tǒng)依賴于高強度紫外線或可見光來激發(fā)光活化過程。但是，短波長的光照射不可避免地會導致細胞損傷，并且組織穿透性較低，這些都限制了短波長光源在體內和體外生物系統(tǒng)研究中的應用。南洋理工大學的邢本剛博士為我們帶來了一種解決上述問題的方法，該研究小組將多功能的生物活性官能團與鑭系摻雜的納米粒子結合形成顆粒共軛物。在近紅外光(NIR)照射下，經由這些顆粒共軛物轉化得到的銳利短發(fā)射光波能夠有效地活化成像探針或相關載荷分子，因此產生明顯的原位成像信號，或是得到針對體外和體內處理活化的有效功能。這種新平臺有利于生物醫(yī)學應用中前藥活化的靶向控制，更重要的是可以在疾病早期治療干預中做到實時成像。 

邢本剛

　　當前，不穩(wěn)定Zn²⁺和硫化氫已被作為可產生光致信號的無機家族新成員。南京大學何衛(wèi)江博士在報告中介紹了采用不同的策略來開發(fā)比例計量型熒光探針，以用于Zn²⁺和硫化氫的定量成像。這種比例計量成像顯示出了對于Zn²⁺和硫化氫的誘人的選擇性，從而可提供關于上述兩種物質的更準確信息，對滿足不同研究和促進它們在生物無機化學的發(fā)展方面具有十分重要的意義。

何衛(wèi)江

　　印度塔塔基礎研究所化學科學系的Ankona Datta博士的報告主要圍繞Mn²⁺熒光探針。由于Mn²⁺與已知配體的親和力比較低，并且Mn²⁺可以順磁淬滅熒光染料，所以設計選擇性Mn²⁺熒光探針依然是一個挑戰(zhàn)。該研究小組將五氮大雜環(huán)配體（該五氮大雜環(huán)配體包含含氧的“手臂”）與一個BODIPY類熒光標簽結合，這樣一來，熒光染料初始時被淬滅，而一旦與Mn²⁺鍵合，則可以得到相當不錯的熒光信號強度的增強。

Ankona Datta

　　北京大學的張俊龍博士課題組研究興趣集中在開發(fā)發(fā)光金屬—Salen(螯合席夫堿)配合物，來用作熒光成像試劑。他們的探針選擇鋅作為金屬發(fā)光配合物的中心金屬，用于活細胞內質網的單分子成像。同時，該課題組也深入細致地研究了金屬種類和細胞攝取以及亞細胞分布之間的關系。

張俊龍

　　為了避免采用時間選通成像技術而導致的自體熒光，來自韓國梨花女子大學Youngmin You博士的研究小組開發(fā)了基于環(huán)金屬銥(Ⅲ)配合物的磷光探針。譬如，他們將金屬-螯合-二（2-吡啶甲基）氨基類受體引入到Ir(Ⅲ))復合物來制備Zn(Ⅱ)探針。此外，該研究小組還開發(fā)出針對具有氧化還原活性的Cu(Ⅱ)離子和 Cr(Ⅲ)離子的比例計量型磷光探針，以及可用于氧的光敏化過程和細胞器熒光染色的多功能磷光標簽。

Youngmin You

　　為了考察不穩(wěn)定銅離子池在一個生物環(huán)境中的性質，佐治亞理工學院Christoph J. Fahrni博士的研究小組開發(fā)了一套Cu(Ⅰ)選擇性熒光探針和親和標物。通過對配體結構和熒光標簽性質系統(tǒng)的優(yōu)化（關鍵步驟），得到了一個具有180倍熒光對比度的Cu(Ⅰ)選擇性熒光探針，相應地，其檢出限可低至亞ppt范圍。

Christoph J. Fahrni

　    編者按：

　　可以預見，金屬離子探針未來的發(fā)展趨勢是更多學科將參與進來，同時也需要生物醫(yī)學應用的驅動，這就要求化學家和生物學家之間能夠更加密切的合作。雖然存在挑戰(zhàn)，但是為了能完全理解金屬離子的功能，獲得一個完整生物體內金屬離子動態(tài)平衡的成像是很有意義的，也是很有趣的。目前，對于精準的細胞器定位，標準的熒光顯微鏡可達到的空間分辨率仍然是比較低的。然而，近期的超分辨率熒光顯微技術的發(fā)展，為熒光探針創(chuàng)造了前所未有的新的發(fā)展可能?？梢灶A計，在未來數(shù)年內，金屬離子熒光探針的研究將得到更加快速的發(fā)展。