生物标志物可以高效标记生命系统、器官、组织、细胞及亚细胞结构或功能变化，在疾病诊断、判断疾病分期、评价新药或新疗法在目标人群中的安全性与有效性等领域，具有非常广泛的应用。临床上对疾病早期诊断的需求和国家精准医疗行业的快速发展，使生物标志物从单一标志物向多标志物组发展，以期获得更加准确可靠的疾病风险、预后与治疗反应情况。多组分同步检测技术可以同时获得多种生物标志物的含量信息，加速获得检测结果，具有极其重要的临床应用价值。荧光、化学发光、生物发光和电化学探针被广泛地用于蛋白和核酸等生物标志物的检测，而荧光因其丰富的光谱学特征（发射光谱，荧光寿命和各向异性等），非常适合开展多组分分析。近日，海洋药物教育部重点实验室邱雪课题组在化学领域顶尖期刊《Accounts of Chemical Research》上以封面的形式（图1）发表综述文章Multiplexed Biosensing and Bioimaging Using Lanthanide-Based Time-Gated Förster Resonance Energy Transfer (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.1c00691)，系统论述了近年来团队与合作研究人员基于稀土配合物的时间分辨荧光共振能量转移技术（Time-Resolved Förster Resonance Energy Transfer, TR-FRET），在多组分生物传感和生物成像领域获得的一系列创新性研究成果。
图1. 封面文章形式发表在《Accounts of Chemical Research》杂志
以铽配合物为能量供体的TR-FRET体系具有多个优势：1）铽配合物超长的荧光寿命（~ms）可以实现时间分辨荧光检测，检测基底中的生物自发荧光背景信号可以通过选择特定的时间窗口被抑制，因而极大的降低体系的检出限；2）铽配合物在470-700 nm的可见光谱范围内具有多个发射谱带，与多种荧光材料的吸收光谱有很好的光谱重叠，可用来构建FRET体系；3）铽配合物的发射峰窄，可与多个FRET受体的发射峰进行很好的光谱区分。以铽配合物为FRET供体，利用不同发射波长的量子点或小分子荧光染料为FRET受体，实现了多种生物标志物的均相同步检测（基于光谱分辨的多组分分析）。首次将时间维度运用到多组分分析中（基于时间分辨的多组分分析），拓宽了之前在光谱定量检测中只能通过不同的光谱来进行多分子事件分析的局限，使得光谱重叠对于多组分分析检测能力的限制被打破；通过将光谱分辨和时间分辨多组分检测偶联，进一步提高了多组分检测的能力（图2）。
图2. 铽配合物、小分子荧光染料和量子点的吸收（A）和发射光谱图（B）；FRET效率和距离的关系（C）；不同距离下的荧光衰减曲线（D）
基于上述TR-FRET技术，邱雪课题组为分子诊断中占重要地位的DNA，非编码的微小RNA和蛋白等生物标志物建立了多种模式化的分析测试平台；在生物成像领域，基于TR-FRET原理构建的新型荧光纳米材料可用于细胞光学编码、细胞单分子成像和生物活体成像（图3）。相关的研究性论文发表在Nano Lett.，ACS Nano，Angew. Chem., Int. Ed.，Chem. Sci.，Small，Anal. Chem.，ACS Sensors等国际权威期刊上，伴随着生物医学的深入发展，在生理状态和复杂情况下阐释分子间相互作用的FRET技术，必将获得更大的发展空间。
图3. TR-FRET技术在多组分生物传感和生物成像的应用
中国海洋大学医药学院为本文的第一通讯单位。邱雪教授为第一和共同通讯作者，法国诺曼底鲁昂大学/巴黎萨克雷大学Niko Hildebrandt教授为共同通讯作者，诺曼底鲁昂大学许景月博士和巴黎萨克雷大学Marcelina Cardoso Dos Santos博士为合作作者。本工作得到了中国国家自然科学基金、韩国国家研究基金和欧洲区域发展基金等项目资助。