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量子點（QDs）具有尺寸可控、高發(fā)光效率和窄的發(fā)射光譜，并在2002年被發(fā)現(xiàn)是一種理想的ECL發(fā)光體（Science 2002, 296, 1293）。南京大學化學化工學院鞠熀先教授研究團隊用簡單方法解決量子點凝聚問題，首次在水相體系中實現(xiàn)了QDs的ECL，并將其用于共反應劑的化學傳感（Anal. Chem. 2004, 76, 6871），制得第一支量子點ECL生物傳感器（Chem. Commun. 2007, 404），構建了QDs ECL的能量轉移、電子轉移新機制，發(fā)現(xiàn)了新的ECL共反應劑，建立了小分子、DNA、蛋白質和糖基的ECL檢測方法（Anal. Chem. 2007, 79, 6690；2007, 79, 8055；2008, 80, 5377；Chem. Commun. 2010, 46, 5446), 并研制出低ECL電位的量子點（Anal. Chem. 2010, 82, 3359），發(fā)展了生物標志物的免疫分析新方法（Anal. Chem. 2010, 82, 7351；2011, 83, 5214；2013, 83, 5390）。

然而，QDs的毒性限制了其在細胞與活體傳感中的應用。近年來，該團隊聚焦于低毒性、高生物相容性的聚合物量子點（Pdots），不斷提高其ECL發(fā)光效率，拓展其生物應用。他們首先合成噻咯-咔唑偶聯(lián)的Pdots（Anal. Chem. 2016, 88, 845）和釕聯(lián)吡啶摻雜的Pdots，提出了雙ECL增強策略（Anal. Chem. 2017, 89, 7659），發(fā)展了電子受體-電子供體-聚集發(fā)光基團偶聯(lián)的高效ECL發(fā)光體（J. Phys. Chem. Lett. 2018, 9, 5296）和Pdots雙分子內共振能量轉移的ECL體系（Chem. Sci. 2019, 10, 6815），構建了金屬離子（Anal. Chem. 2018, 90, 1202）和多種疾病標志物（Anal. Chem. 2018, 90, 7708）高通量可視化成像檢測方法。

圖1.（A）共反應劑內嵌的Pdots的合成路線，（B）Pdots用于單細胞表面HER2檢測的ECL顯微成像原理圖

由于對高濃度共反應劑的需求及其中間體短壽命的限制和對細胞的損傷，ECL技術難以在細胞與活體檢測中得到應用。開發(fā)高發(fā)光效率、低細胞毒性和無外加共反應劑的ECL發(fā)光體系自然成為該領域的迫切需求。近期，鞠熀先教授研究團隊利用共軛結構中分子內雙電子轉移增強的機理，設計了一種共反應劑內嵌的Pdots，開發(fā)了無需外加共反應劑而ECL強度則是分子間電子轉移體系在等濃度時132倍的ECL發(fā)光體系，其ECL效率甚至高于經典的釕聯(lián)吡啶-共反應劑體系，從而實現(xiàn)了單個活細胞膜蛋白的無試劑ECL成像檢測。

該Pdots的制備首先將2,2-(9,9-雙(6-溴代己基)-9氫-芴-2,7-二基)雙(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼烷)與4,7-二溴苯并[c][1,2,5]噻二唑在100 oC聚合，生成聚4-(9,9-雙(6-溴己基)-9H-芴-2-基)苯并[c] [1,2,5]噻二唑；再與二乙胺反應，生成三乙胺偶聯(lián)的聚合物TEA-PFBT；進一步與苯乙烯-馬來酸酐共聚物（PSMA）通過納米共沉淀得到表面含三乙胺的聚合物點(TEA-Pdots)（圖1A）。Pdots表面有豐富的修飾位點，具有細胞毒性低、ECL發(fā)光強度高的特點。通過與鏈霉親和素（SA）偶聯(lián)，利用和生物素標記抗體與細胞表面相應待測分子及SA的雙識別作用，可將Pdots標記到細胞表面待測分子上，在無需外加共反應劑且無需額外的通透處理的條件下，實現(xiàn)對細胞膜表面特異性蛋白的原位成像檢測（圖1B）。通過對活細胞表面人表皮生長因子受體-2（HER2）的無試劑ECL成像檢測，該技術已成功地用于藥物對膜蛋白調控的評估。這一工作為ECL在單細胞分析和生命活動動態(tài)研究中的應用開辟了新的途徑。

上述相關成果已以“Dual Intramolecular Electron Transfer for In Situ Coreactant-Embedded Electrochemiluminescence Microimaging of Membrane Protein”為題于9月21日在Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/anie.202011176）在線發(fā)表。博士生王寧寧為該工作的第一作者，鞠熀先教授為通訊作者。