荧光共振能量转移（FRET）是一种基于荧光的技术，能够适用于研究生物分子的结构和动力学，以及开发新型的传感和成像方法。FRET是一种非辐射的能量转移过程，发生在一个荧光供体和一个荧光受体之间，当它们的发射和吸收光谱有足够的重叠，并且它们之间的距离在纳米范围内时。FRET的效率取决于供体和受体之间的距离的六次方，因此FRET可当作一种分子尺度，用于测量生物分子之间的相互作用和构象变化。

  为了实现多重检测，需要用多个荧光基团或多个FRET效率，以区分不同的目标或事件。多路复用技术是一种利用FRET实现多重检测的有效方法，能大大的提升检测的灵敏度和特异性，以及降低试剂的消耗和成本。多路复用技术的关键是选择正真适合的荧光基团，以实现光谱的分辨和信号的增强。

  近年来，镧系元素配合物已成为传感和其他应用中前景广阔的荧光材料。镧系元素配合物是一类由镧系元素（如铽（Tb）或铕（Eu））作为中心原子的有机金属化合物，具有独特的光学性质，如高荧光量子产率，窄的发射光谱，长的荧光寿命和大的斯托克斯位移。这些性质使得镧系元素配合物可当作FRET系统中的优异供体，与多种有机染料或量子点作为受体，以此来实现多路复用检测。此外，利用时间门控荧光检测，可以消除来自其他荧光源的干扰，来提升信噪比。

  在本文中，我们将介绍镧系元素配合物在多路复用FRET系统中的应用，着重关注Tb配合物，因为它们具有更高的荧光强度和更好的光谱分辨。我们将讨论Tb配合物与不一样的受体（如有机染料，量子点或两者的组合）的组合，以及它们在多重检测和成像方面的优势和挑战。

  有机染料是一类大范围的使用在荧光标记和传感的荧光基团，具有高的荧光量子产率，多样的颜色选择，低的成本和易于合成。有机染料可以与Tb配合物形成FRET，以此来实现多重检测。为实现多重检测，常常要使用多种不同的染料，以产生不同的FRET效率或不同的发射光谱。例如，Geiβler等人开发了一种基于Tb配合物和染料标记抗体的夹心型免疫测定，可以同时检测多达五个肿瘤标志物。他们使用了五种不同的染料（Cy3，Cy3.5，Cy5，Cy5.5和Cy7），与Tb配合物形成不同的FRET效率，从而实现对不同的抗原的区分。他们还利用了Tb配合物的长荧光寿命，通过时间门控荧光检测，消除了来自直接激发和短寿命染料的背景荧光，从而提高了检测的灵敏度和特异性。

  除了使用多种染料外，还可以通过调整Tb配合物和染料之间的距离，来实现不同的FRET效率，从而实现多重检测。这种方法的优点是，可以使用单一的激发波长和单一的染料，从而简化了实验的设计和操作。例如，Qiu等人将这种方法与滚圆扩增（RCA）相结合，实现了对核酸的高灵敏度检测。他们使用了两种不同长度的DNA探针，分别用Tb配合物和染料（Cy5.5或Cy3.5）标记，以形成不同的FRET效率。当靶标DNA与DNA探针杂交后，触发了RCA反应，产生了大量的单链DNA，与Tb配合物和染料形成复合物，从而产生FRET信号。通过测量两种染料的荧光信号，可以实现对两种不同靶标DNA的同时检测。

  量子点是一类半导体纳米颗粒，具有高的荧光量子产率，宽的激发光谱，窄的发射光谱，可调的发射波长和高的光稳定性。量子点可以与Tb配合物形成FRET，从而实现多重检测。为了实现多重检测，通常需要用不同大小的量子点，以产生不同的发射光谱，以此来实现对不同的目标或事件的区分。例如，Geiβler等人展示了如何利用量子点的尺寸可调发射来轻松多路复用Tb-QD FRET系统。他们使用了五种不同大小的生物素包被量子点，与Tb配合物标记的链霉亲和素形成复合物，从而产生不同的FRET发射。当靶标抗原与生物素标记的抗体结合后，抗体-抗原复合物与Tb-QD复合物结合，从而增强了FRET信号。通过测量五种量子点的荧光信号，可以实现对五种不同抗原的同时检测。

  除了使用不同大小的量子点外，还可以通过调整Tb配合物和量子点之间的距离，来实现不同的FRET效率，从而实现多重检测。这种方法的优点是，可以使用单一的激发波长和单一的量子点，从而简化了实验的设计和操作。例如，Qiu等人利用这种方法，实现了对三种不同的microRNA的同时检测。他们使用了三种不同大小的量子点，分别与Tb配合物标记的DNA探针形成复合物，从而产生不同的FRET效率。当靶标microRNA与DNA探针杂交后，稳定了Tb-QD复合物，从而增强了FRET信号。通过测量三种量子点的荧光信号，可以实现对三种不同microRNA的同时检测。

  除了单独使用量子点或有机染料作为受体外，还可以将它们与Tb配合物结合，形成更复杂的FRET系统，从而实现更高级的多重检测和成像。这种方法的优点是，可以利用量子点和有机染料的不同光学性质，如发射波长的可调性，荧光寿命的差异，以及对环境因素的敏感性，从而实现更多的FRET参数和更高的信号灵敏度。例如，Chen等人利用了具有QD核心和Tb的核壳纳米颗粒3+（或欧盟3+）加载不同厚度的外壳以产生多路复用时间门控FRET条形码。他们还在外壳中引入了有机染料（Cy5.5），以产生不同的RGB比率，从而实现更多的条形码组合。他们制备了三种不同的条形码，其中一种仅包含Tb3+壳层复合物，另外两种包含Tb3+复合物或Cy5.5的多杂化颗粒。这些粒子产生了FRET级联反应，其中直接激发Tb3+导致能量转移到量子点核，量子点核进一步将能量转移到Cy5.5。他们通过将不同浓度的有机染料引入外壳中来进一步优化该系统，从而产生不同的RGB比率。他们证明了这些条形码可以用于细胞成像，通过其RGB比率来区分不同类型的细胞。

  镧系元素配合物是一类具有独特光学性质的荧光材料，可以用于基于FRET的多路复用系统中的供体，与多种受体（如有机染料，量子点或两者的组合）形成FRET，从而实现多重检测和成像。通过使用不同的荧光基团或不同的FRET效率，可以实现对多个目标或事件的同时检测，来提升检测的灵敏度和特异性，以及降低试剂的消耗和成本。多路复用技术的关键是选择合适的荧光基团，以实现光谱的分辨和信号的增强。此外，通过使用时间门控荧光检测，可以消除来自其他荧光源的干扰，从而提高信噪比。镧系元素配合物在多路复用FRET系统中的应用，为生物分子的研究和临床诊断提供了新的工具和方法。返回搜狐，查看更加多