谷胱甘肽(Glutathione, GSH)是生物和真核细胞中的一种内源性抗氧化剂，异常的谷胱甘肽水平与癌症、心脏或白细胞损失密切相关。迄今为止，已经发展了一系列检测谷胱甘肽的方法，其中，荧光法具有灵敏度高、操作简单、分析实时等优点。基于发光共振能量转移（LRET）的谷胱甘肽传感检测技术虽然克服了传统方法的诸多缺点，但距离实际临床应用仍有一定距离，主要存在以下两个难以克服的问题，这也是基于LRET的免疫分析技术普遍存在的问题:（1）对供体有限的上转换发光利用不足。（2）供体-受体复合物稳定性差。因此迫切需要探索新的设计思路和方法来构建具有高能量传递效率和良好稳定性的LRET免疫分析技术。
近日，我课题组在构建新型的上转换纳米复合材料来进行谷胱甘肽检测方面取得新进展。我们利用上转换纳米粒子作为能量供体，MnO2纳米粒子作为能量受体，构建了LiErF4@ZIF-MnO2复合纳米探针，在材料的构建中，ZIF-8作为供体-受体连接的桥梁，将上转换纳米粒子与MnO2纳米粒子紧密结合在一起，由于MnO2是在ZIF-8原位生长，所以大大提高了供体-受体对的牢固程度，提高复合材料在复杂生理环境中的稳定度。同时LiErF4作为一种较新颖的自敏化上转换纳米结构，其固有的能级强关联特性可以使上转换发光被充分利用，进而提高LRET效率。为了验证复合材料在传感中的优势，我们用谷胱甘肽作为检测对象进行了水溶液中的谷胱甘肽检测。由于MnO2能够猝灭上转换发光，而谷胱甘肽又可以刻蚀掉MnO2使上转换发光恢复，所以在检测过程中，随着谷胱甘肽浓度的增加，上转换的发光强度不断恢复，检测限经计算为0.14 μM，与其他谷胱甘肽检测工作的检测限相当甚至更低，同时在不同模拟生理环境的溶液中测试复合材料的发光稳定度，结果表明复合材料在复杂的生理环境中依然可以保持稳定的发光。最终，作为一种应用展示，我们分别在癌细胞（Hela/HepG2）以及正常细胞（HT22）的培养液中加入制备的复合材料进行孵育，然后进行共聚焦成像，由于癌细胞中谷胱甘肽水平要远高于正常细胞，所以成像结果显示仅在癌细胞中能够观察到上转换发光，而在正常细胞中几乎无法观察到上转换发光，证明了复合材料在细胞水平上能够区分癌细胞与正常细胞。
图1. LiErF4 @ZIF-MnO2复合纳米探针的制备流程及其在细胞内谷胱甘肽监测中的应用
相关研究结果以“Highly selective and sensitive optosensing of glutathione based on energy level strongly correlated upconversion nanoprobe”为题发表在《Sensors and Actuators B: Chemical》期刊上。该论文的第一作者为博士研究生卢扬，通讯作者为卢革宇教授和刘晓敏教授。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.132355
