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设计一系列能够响应生物环境内源性刺激发光并阐明其作用机制的生物活性功能分子具有重要的科学意义。昆明理工大学杨靖副教授团队合理设计并合成了一系列含不同吸电子与给电子取代基平面配体且具有生物活性的多功能环金属铂（Ⅱ）配合物分子。平面配体上的取代基能显著影响配合物对阴离子的发光识别行为及其与蛋白质的相互作用。通过研究发现，带有甲基取代C^N配体的配合物Pt3a对ClO₄^–、I^–和Br^–的传感响应依次表现出最高的红色磷光发光增强效果。此外，该类配合物可与特异种类的阴离子动态自组装形成不同形貌的红色磷光纳米材料，如纳米网和纳米线。配合物Pt3b可与牛血清白蛋白（BSA）发生相互作用，且能区分BSA和人血清白蛋白（HSA），并可通过开启绿色磷光发射实现对人体尿蛋白样品的发光检测。另一方面，配合物Pt3c几乎不受阴离子或蛋白质干扰，表现出最强的细胞毒性，可通过上调关键蛋白的表达有效诱导HeLa细胞发生坏死性凋亡。这些配合物在开发高效诊疗一体化药物方向上显示出良好的临床应用潜力。

（来源：Chem. Eng. J.）

顺铂及其衍生物作为传统的化疗药物，其临床应用中有严重的副作用和耐药性。而具有易于化学结构修饰的环金属化铂（II）配合物在各领域展现出较大的潜力，在不久的将来被认为是有前景的顺铂类药物代替试剂。由于环金属化铂（II）配合物具有平面四齿配位的d⁸电子构型，使它们容易通过亲金属Pt-Pt作用、π-π作用、疏水相互作用等多种分子间相互作用自组装成高度有序的纳米结构，该过程可通过改变溶剂极性、离子强度或分子配体进行动态调整，具有在不同环境中响应发光的能力。此外，该类配合物可以通过多种非凋亡机制有效地诱导肿瘤细胞死亡，这可能是解决肿瘤治疗药物耐药性的关键。

图1. 配合物的化学结构、光学响应与蛋白尿检测示意图（来源：Chem. Eng. J.）

该团队合理设计和合成了一系列多功能环境响应发射环金属化铂（II）配合物，随着外界环境的变化，这些配合物表现出有效的特定阴离子诱导的动态自组装行为，并自组装形成具有橙色、红色或深红色发光线性纳米结构。在C^N平面配体中引入给电子基团（如甲基）可使配合物整体的发射波长红移，而引入吸电子基团（卤素基团）则导致配合物发光蓝移，且同时影响磷光增强的程度。其次具有较大位阻的配体基团会减弱Pt-Pt相互作用，从而导致配合物分子间Pt-Pt相互作用的下降伴随磷光减弱或消失。该研究首次总结了配合物结构与阴离子响应性能之间的关系，通过合理设计与引入配体上的取代基，可以有效调控配合物的发光颜色、强度及其对特定离子的磷光开关响应能力。其中Pt3a表现出最强的离子响应能力，在其制备的简易试纸实验中取得了良好的检测效果。

图2. (a) 配合物Pt1a-3c在不同阴离子水溶液中的磷光发射光谱以及在紫外光下拍摄的照片；(b) 磷光发射强度柱状图；(c) Pt3a在水溶液中ClO₄^–浓度增加的情况下的磷光发光光谱；(d) Pt3b在水溶液中BSA浓度增加时的磷光发射光谱；(e) Pt3b与BSA分子对接研究；(f) 不同尿液样本中Pt3b的磷光发射光谱强度柱状图；(g) 自然光和紫外光下不同浓度ClO₄^–离子/BSA滴加在负载了Pt3a/3b的试纸的颜色变化（来源：Chem. Eng. J.）

该类配合物在胎牛血清（FBS）或牛血清白蛋白（BSA）溶液中会触发强烈的绿色磷光开启现象，较其在纯水中的发光强度可提升1150倍，且其紫外与荧光光谱特征数据表明蛋白质与配合物的结合模式完全不同于阴离子。通过比较不同配体的配合物与蛋白的响应强度，发现含甲基的配合物结合最强，而含大位阻基团的N^N配体则会削弱结合作用。进一步使用分子对接实验模拟可能的结合方式，显示配合物通过其C^N配体上的取代基与蛋白残基形成氢键及疏水相互作用，增强了配合物的MLCT而出现磷光开启行为。Pt3b表现出最强的蛋白质结合亲和力，能成功应用于糖尿病患者蛋白尿的检测。

Pt3c在阴离子或蛋白质诱导磷光发光增强程度最低，但表现出最高的细胞毒性。该配合物可诱导线粒体膜电位显著降低并产生活性氧，随着用药浓度的升高，HeLa细胞发生早期与晚期凋亡的比率均明显增加；通过抑制剂实验发现，仅坏死性凋亡抑制剂Nec-1能显著提升细胞存活率，共聚焦显微镜下亦观察到细胞肿胀等坏死性凋亡典型形态特征。进一步的Western blotting分析表明，经Pt3c处理的细胞中RIPK1、PARP-1和MLKL等坏死性凋亡关键蛋白表达均显著上调，证实了Pt3c主要通过激活坏死性凋亡途径诱导HeLa细胞死亡。

图3. (a) Pt3b与HeLa细胞共孵育后与商业亚细胞器染料共定位细胞成像；比例尺：4、20μm；(b) 不同浓度的Pt3c诱导HeLa细胞凋亡的流式细胞术数据分析；(c) 在不同细胞死亡通路抑制剂存在下Pt3c与HeLa细胞共孵育48小时后的细胞存活率；(d) 用Pt3c处理HeLa细胞24小时后 RIPK1、MLKL、PARP-1和GADPH的蛋白条带（来源：Chem. Eng. J.）

在此，该项工作中开发的环金属化铂（II）配合物在阴离子传感、蛋白质识别、细胞成像和抗癌治疗方面具有广阔的应用前景。研究中揭示的发光响应功能分子的设计原理和结构-性能关系，对未来用于生物医学应用的金属基配合物提供有效策略。该研究成果发表在生物传感器领域国际著名化工领域期刊Chemical Engineering Journal，题为“Dynamic self-assemble of highly turn-on responsive phosphorescent cyclometalated platinum(II) complexes induced by external biological environment variation as novel theranostic agents”。昆明理工大学2022级硕士吴海平和24级硕士吕林文为论文的共同第一作者，杨靖副教授为通讯作者。

上述研究工作得到了国家自然科学基金，云南省振兴人才计划项目，云南省基础研究项目，昆明理工大学人才引进高水平科研基金的资助。

Dynamic self-assemble of highly turn-on responsive phosphorescent cyclometalated platinum(II) complexes induced by external biological environment variation as novel theranostic agents

Haiping Wu, Linwen Lv, Xiali Liao, Bo Yang, Chuanzhu Gao, Jing Yang

Chem. Eng. J. 2025, DOI: 10.1016/j.cej.2025.170402