近日，美国化学会分析化学权威刊物Analytical Chemistry 在线刊登了我院章维华教授团队题为“AIE nanoassemblies for discrimination of glycosaminoglycans and heparin quality control”的研究论文。理学院硕士研究生杨智宇为第一作者，丁煜宾副教授和章维华教授为共同通讯作者。
肝素、透明质酸、硫酸软骨素等糖胺聚糖具有多样的生物活性，在临床上极具药用价值。例如，肝素作为抗凝血剂被广泛用于外科手术和透析仪器防凝血，还可用于预防和治疗心肌梗塞、静脉血栓等病症。这些线性多糖具有类似的二糖重复单元，其生物合成过程没有蛋白质合成那样的“中心法则”可以遵循，因此各自在化学结构上有一定的异质性，具体结构非常复杂，其表征和鉴别依赖核磁、液相色谱等贵重仪器，并且要求专业的谱图解析能力。尤其是某种多糖中存在少量其他糖胺聚糖杂质的情况难以快速准确鉴定，这对此类药物的临床安全使用造成了严重的潜在威胁。
四苯乙烯分子具有典型的聚集诱导发光 (AIE) 性质，其在溶液状态下不发光，而在聚集状态下能够发出明亮的青色荧光。在本工作中，我们将聚二烯丙基二甲基氯化铵 (PDDA) 作为超分子主体，四苯乙烯甲酸 (TPE) 作为客体，通过微妙地控制 TPE 在 PDDA 上的聚集状态实现了对肝素等六种糖胺聚糖的准确鉴别。研究发现，向PDDA-TPE的组装体中加入肝素等多糖可以微妙地影响TPE分子在PDDA上的聚集状态，从而使荧光增强或淬灭。荧光信号的强弱响应不但与所加入多糖的种类相关，也取决于PDDA上TPE分子的载入量。例如，当TPE为饱和载入量时，加入的肝素等多糖通过竞争性取代TPE与PDDA结合，释放出自由的TPE导致荧光减弱乃至消失。但是当TPE没有达到饱和载入量时，加入的肝素等多糖首先直接与PDDA结合，导致TPE分子间的聚集更加紧密，AIE荧光增强直至最大值。此时若继续加入多糖则会竞争性取代TPE而淬灭AIE荧光。由此，我们构建了基于不同TPE载入量的 PDDA-TPE 荧光阵列传感器，该阵列传感器对肝素、透明质酸、硫酸软骨素、壳聚糖、硫酸葡聚糖和过硫酸软骨素表现出特异性的指纹响应图谱。通过对响应数据进行线性判别分析发现，PDDA-TPE 荧光阵列传感器可以通过模式识别的方式准确区分上述多糖。更重要的是，该阵列传感器还可以灵敏地鉴定出肝素中微量的过硫酸软骨素污染物，识别未知的多糖样品，并可用于血清样品中不同多糖的准确区分鉴定。
本工作发展的方法具有方便快捷、灵敏度高、准确性好等优点，对于进一步发展用于肝素药物的临床质量安全监控具有重要的实际意义。
此前，本课题组报道了一种通用的香豆素染料结构设计方法，发展了高效的荧光传感体系用于有机溶剂和食品等体系中水份的定量检测 (Analytical Chemistry, 2019, 91, 5817-5823.，第一作者程文静，通讯作者丁煜宾副教授、章维华教授)。
该工作是本科研团队在有机功能分子 (荧光染料) 的结构设计与生物传感应用研究领域取得的又一重要进展。
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https://doi.org/10.1021/acs.analchem.9b02516