基于AIEgens的混合镧系MOF构建高灵敏度比率型纳米温度计用于细胞内温度可视化成像

本文报道了一种基于聚集诱导发光配体(AIEgen)和混合镧系金属(Tb3+/Eu3+)的金属有机框架(MOF)温度传感器Tb1-xEuxTPDB，其在生理温度范围(291-321 K)展现出创纪录的7.32% K-1相对灵敏度。通过纳米化处理和DSPE-PEG2000表面修饰，该材料成功实现L929和HeLa细胞的温度可视化检测，为研究细胞代谢、炎症反应等生理过程提供新工具。

　　

温度作为生命活动的基础物理参数，在细胞代谢、基因表达和疾病发生发展中起关键调控作用。传统荧光温度计易受探针浓度、分布不均等因素干扰，而基于双发射特性的比率型温度计通过两个发射峰强度比的变化实现更精准测量。镧系金属有机框架(LnMOF)因其结构可调、发光性能优异等特点，成为理想的温度传感平台。

材料设计与表征

研究团队设计合成具有聚集诱导发光(AIE)特性的配体H₂TPDB，其未取代的苯环可自由旋转振动。通过将Tb³⁺和Eu³⁺按不同比例与配体配位，构建系列Tb_1-xEu_xTPDB材料。单晶衍射显示该MOF具有一维菱形孔道，相邻配体苯环间距5.42 ?，为温度响应提供理想空间环境。PXRD和ICP证实材料纯度和组成可控，热重分析显示其在生理温度范围保持稳定。

发光机制与温度响应

在291-321 K范围内，Tb_0.98Eu_0.02TPDB展现出独特的双发射响应：Tb³⁺的542 nm发射强度随温度升高单调下降，而Eu³⁺的615 nm发射先增强后减弱。这种差异源于：(1)苯环振动加剧导致配体非辐射跃迁增加；(2)Tb³⁺→Eu³⁺能量转移效率从59.5%提升至73.8%。原位红外证实苯环振动随温度显著增强，寿命测试验证能量转移过程。材料最大相对灵敏度达7.32% K^-1，优于已报道MOF温度计。

纳米化与生物应用

采用热注射法制备150 nm尺寸的Tb_0.98Eu_0.02TPDB NPs，经DSPE-PEG2000修饰后水合粒径184 nm，zeta电位-10 mV。MTT实验显示修饰后材料细胞存活率>80%。在LPS刺激的L929细胞中，该纳米温度计通过发射颜色从绿到红的转变，直观反映细胞内温度升高过程，HeLa细胞实验也观察到类似现象。这是首例实现活细胞温度成像的MOF比率型温度计。

该研究通过AIE配体与混合镧系的巧妙组合，开发出具有临床应用潜力的纳米温度传感平台，为研究细胞热生物学、炎症反应等过程提供新工具。材料设计策略也为开发其他高灵敏度生物传感器提供借鉴。