鑽石舞台

氧化還原穩態在控制生命體新陳代謝、細胞信號傳導和免疫反應等方面發揮着重要的作用。研究表明，氧化還原穩態的失調與神經退行性疾病、糖尿病、炎症和癌症等疾病密切相關。其中，羥基自由基(•OH)和硫化氫（H2S）分別作為生物體內高反應活性的活性氧物種和強還原性的氣體信號分子，參與了生物體內許多關鍵的氧化還原過程，在完整生命體中實時、動態監測•OH和H2S的含量變化有助於早期診斷由氧化還原狀態失調引起的疾病，從而為疾病的及時治療和預後提供重要幫助。

近日，南京大學葉德舉教授與日本北海道大學的Takanori Suzuki教授合作，基於課題組前期發展的含有有機π電子的電致變色材料在電氧化還原過程中發生顏色的快速、可逆變化特徵，構建了一例能快速、可逆響應•OH和H2S的比率型光聲成像探針(1-PAIN)，用於小鼠體內急性肝炎的動態、實時成像分析 (圖 1)。1-PAIN可以被•OH快速氧化為2-PAIN，產生690 nm和825 nm之間顯著增加的光聲比率信號(PA690/PA825)，氧化產生的2-PAIN可以被H2S快速還原回1-PAIN，使得其比率光聲信號PA690/PA825顯著下降，恢復到初始值。溶液實驗數據顯示，1-PAIN的PA690/PA825光聲比率信號可以多次、可逆響應•OH和H2S。當1-PAIN經尾靜脈被注射於小鼠體內後，一方面可以藉助其在825 nm處「常亮的」光聲信號，實時示蹤其在體內的遞送及分布；另一方面，藉助1-PAIN響應•OH/H2S所產生的PA690/PA825信號變化及比率信號的自校準效應，靈敏、動態監測脂多糖(LPS)誘導急性炎症過程中小鼠肝臟中•OH濃度的上調和抗炎藥N-乙酰半胱氨酸(NAC)在治療肝臟炎症過程中肝臟中H2S的水平恢復 (圖 2)，從而揭示了NAC在體內可以經肝臟代謝轉變為H2S而發揮抗炎效果。1-PAIN具有的快速、可逆響應•OH/H2S的性質，將有望進一步應用於其它氧化還原狀態失衡相關疾病過程的可視化。

過渡金屬-配體配位作用因具有多樣的幾何配位模式和較強的鍵能，而被廣泛地應用於機械互鎖分子（mechanically interlocked molecules）的模板法合成中。其中，具有四面體配位模式的銅(I)-雙鄰菲囉啉配合物模板，已被成功用於高效合成各類具有刺激響應（stimuli-responsive）活性的機械互鎖分子，包括各式擁有豐富光物理性質或催化活性的索烴（catenane），輪烷（rotaxane）和分子結（molecular knot）。要調控這類機械互鎖分子的協同構象（co-conformation）和物理/化學性質，人們往往通過移除或者引入具有不同配位模式或強度的金屬離子來得以實現。因此，若要充分發揮以銅(I)-雙鄰菲囉啉模板合成的機械互鎖分子的刺激響應功能，則必須預先脫除結構中留存的模板銅(I)離子。然而，由於機械鍵（mechanical bond）的存在，機械互鎖分子配位中心的構象轉變往往受阻，與其配位的銅(I)離子因此難以完全解離。為解決銅(I)離子的脫除難題，人們通常使用過量的氰化物（如氰化鈉和氰化鉀等）作為競爭單齒配體來進行銅(I)的攫取。但氰化物不僅具有高毒性和較強的親核性，其抗衡陽離子（counter cation）還可能被引入到分子的配位中心而形成副產物。這些弊端使得人們尋求開發其他能高效脫除銅(I)離子的方法。