双光子荧光探针在生物传感中的应用

荧光探针由于其灵敏度高、选择性好等优势已经成为研究复杂生物系统的有力工具。和单光子荧光探针相比,双光子荧光探针由于其激发光源较大的穿透深度、低的组织自发荧光干扰以及较好的空间选择性在生物传感中发挥着不可替代的重要作用。在本篇综述中,我们从双光子荧光探针的设计原理出发,系统全面地介绍了双光子荧光探针在金属离子、细胞微环境、活性物质(包含活性氧、活性氮、活性硫)、酶和亚细胞器(线粒体、溶酶体)等检测中的应用研究。在此之后,展望了有机双光子荧光探针在开发和应用方面尚待科学界解决的关键机遇和挑战。     

金属有机框架-核酸复合材料的构建及其在荧光生物医学传感中的应用

金属有机框架材料(metal-organic frameworks, MOFs)是一类由无机金属节点和有机配体自组装而成的新型多孔材料,因其具有可定制的结构和功能、大的比表面积及多功能化位点等诸多优点,在生物医学、生物传感等领域应用广泛.此外,核酸分子以其特有的分子识别和灵活的可编辑性,近年来在靶标识别、分子检测领域取得了令人瞩目的成就. MOFs与核酸的有机整合能够有效扩展两种单体的功能及应用范围,目前已成为化学及生物医学等领域的研究热点.本文综述了近年来MOFs-核酸复合材料荧光生物传感器的构建及其在生物医学领域中的应用进展.首先介绍了MOFs-核酸复合材料传感器的构建方法;其次,根据MOFs所发挥功能的不同,分别从基于荧光淬灭、发光以及刺激响应三大方面对MOFs-核酸复合材料在荧光生物医学传感中的应用进行了分类概述;最后分析了该研究领域目前面临的挑战,并对其未来发展进行了展望.     

RNA荧光适配体在生物传感与成像中的应用研究进展

RNA荧光适配体是近年来发展起来的一种简单且有效的RNA分子荧光标记工具,可与不发光或发光微弱的小分子荧光团结合,显著增强其发光性能。RNA荧光适配体具有结构简单、易合成以及毒性低等优点,已成为生物传感和成像等研究领域的重要工具。本文介绍了目前已开发的RNA荧光适配体,包括Malachite Green(MG)、Spinach、Broccoli、Mango、Corn和Pepper家族等,概述了其对应的荧光团的特点,从细胞外检测和细胞成像两个方面对RNA荧光适配体的应用研究进展进行了总结和评述,分析了RNA荧光适配体研究中存在的问题及优化策略,展望了其发展前景,以期为临床标记小分子化合物、RNA、蛋白质和研究适配体与荧光小分子团之间的相互作用提供参考。     

基于核酸的纸基荧光生物传感器的设计及应用

纸基生物传感器由于其具有成本低、操作方便、生物可降解、识别元件用量低等优点,近年来受到了广泛的关注。其中,以功能核酸作为识别元件的纸基荧光生物传感器具有较高的灵敏度、瞬时响应以及实时检测等特性,在便携式传感设备方面展现出巨大的潜力。此外,将核酸作为识别元件的纸基无细胞蛋白合成平台,通过条件合成的报告荧光蛋白可实现对病毒、重金属等目标物的特异性检测,具有良好的应用前景。首先,本文介绍了基于核酸的纸基荧光生物传感器的设计,特别是基于核酸的识别元件与纸基材料的结合方式。其次,总结了基于核酸的纸基荧光生物传感器在临床诊断、食品安全检测、环境污染物检测等不同领域的最新研究进展,讨论了其优势与局限性。最后,探讨了基于核酸的纸基荧光生物传感器的发展方向与应用前景,以期为相关领域的研究提供参考。     

核酸适配体-荧光传感技术在重金属检测领域的应用

重金属污染环境后难以自然降解或无害化,进入有机体后有较强的生物蓄积性,会对环境安全和人类健康造成巨大威胁;此外,有些高毒重金属离子还可作为蓄意投毒、威胁恐吓的恐怖剂.因此,对环境中的重金属离子实现快速、现场检测尤为重要.传统仪器检测方法前处理复杂、成本高、操作需要专业人员,现场应用受限.近年来随着技术的发展和新材料的应...     

基于银纳米粒子构建荧光传感平台用于核酸检测

报道了基于银纳米粒子构建的荧光传感平台,并用于核酸检测.此荧光传感平台对核酸检测基于以下策略:首先,荧光团标记的单链DNA探针被吸附到银纳米粒子的表面,荧光团与银纳米粒子近距离接触,发生荧光猝灭;加入与探针DNA序列互补的目标DNA,两者杂交形成双链DNA,并从银纳米粒子的表面脱离,荧光得到恢复.这种银纳米粒子构建的荧...     

囊泡型荧光纳米界面的构建及其对CD44蛋白的比例型传感

本文设计合成了两亲性Eu(Ⅲ)配合物(Eu L^3+)、两亲性香豆素衍生物(CA)以及荧光素修饰的透明质酸(HA-FA).Eu L^3+和CA可在水中共组装形成带正电荷的囊泡型荧光纳米界面(Eu L^3+/CA).HA-FA可通过静电引力络合在Eu L^3+/CA表面,促使CA与FA之间发生有效的荧光共振能量转移,体系的荧光发射以荧光素的绿色荧光为主.当肿瘤细胞标识物CD44蛋白与络合在囊泡表面上的透明质酸发生特异相互作用后,降低了CA与FA之间的能量转移效率,体系的荧光发射从绿色转变为蓝色.据此,实现了对CD44的高灵敏检测(DL=1.79×10^-7g/m L),而所测试的氨基酸、蛋白质等生物分子几乎不对荧光纳米界面的荧光性质产生影响.基于此,我们成功地将Eu L^3+/CA/HA-FA用于人乳腺癌细胞MCF-7和MDA-MB-231悬浮液中CD44蛋白的高效检测,该工作为构建新型CD44蛋白荧光探针提供了思路,为癌症早期诊断和治疗奠定了基础.     

一种基于钝顶螺旋藻藻蓝蛋白荧光猝灭法的汞离子传感新方法

采用反复冻融细胞破裂法、硫酸铵分级盐析以及羟基磷灰石柱层析,从钝顶螺旋藻中提取出高纯度的藻蓝蛋白样品,纯度(A62a/A280)达4.1.该蛋白的紫外-可见吸收光谱表明其特征吸收峰为280、360、620nm,荧光光谱表明其最大发射波长为650 nm.以该藻蓝蛋白为荧光探针,发展了一种基于荧光猝灭法的Hg2检测新方法.并考察了缓冲体系、缓冲液pH值、反应时间、温度以及藻蓝蛋白的浓度等因素对汞离子检测的影响,在0.05 mol/L、pH7.5的磷酸二氢钾-磷酸氢二钠缓冲液中,当藻蓝蛋白浓度为3 mg/L、反应时间为30 min、反应温度为30℃时,该方法的线性范围为0.1～10μmol/L,检出限为0.056 μmol/L.该方法表现出良好的汞离子传感选择性,而且当干扰离子与汞离子的浓度比为40∶1时,多种共存离子对汞离子的检测影响较小.该方法荧光探针提取容易,价格低且环境友好,具有较高的灵敏度和较好的重现性.     

具有红色荧光性质的掺硒碳点在生物传感和抗菌中的多功能应用

以易得的苯亚硒酸(BA)和邻苯二胺(o-PDA)作为前体，通过一步水热法成功设计并合成了掺杂硒的碳点(Se-CDs)。制备的Se-CDs发出红色波段的荧光，并被用于开发一种检测microRNA-21(miR-21)的灵敏荧光传感器。通过脱氧核糖核酸酶Ⅰ(DNase Ⅰ)介导的信号放大方法，将miR-21的检测限从78 nmol·L^-1改进到了6.8 nmol·L^-1。此外，Se-CDs对大肠杆菌等革兰氏阴性菌具有理想的抑制活性。     

硅锗分子筛的结构稳固、结构可控调变及催化应用

硅锗分子筛因其超大的孔道结构, 在大分子催化反应领域具有潜在的应用前景. 硅锗分子筛骨架的富锗双四元环结构单元的不稳定性虽然限制了它们的实际应用, 但却为结构后处理修饰以构建新晶体结构分子筛提供了可能. 本文介绍了硅锗分子筛结构稳固、 结构可控调变和催化应用3个方面的研究进展, 并展望了其未来的发展方向和挑战.     

II-VI族半导体荧光纳米微粒及复合荧光微球的制备及应用

本文简单介绍了半导体荧光纳米微粒（又称量子点）的基本概念和荧光性质，评述了II－VI族半导体荧光纳米微粒（NCs）的制备和性质研究进展，尤其对基于荧光纳米微粒的复合荧光微球的制备、性质及改进方法进行了详细的讨论，指出目前存在问题和发展方向。     

异元素掺杂碳点的制备及其在生物成像中的应用

荧光碳点具有良好的生物相容性和优良的抗光漂白能力,因此碳点在生物荧光成像方面的应用潜力受到广泛关注,但是碳点相对较低的荧光量子产率和缺乏近红外荧光发射的缺陷限制了碳点在荧光成像分析中的应用.随着异元素掺杂对碳点结构和荧光性质的改善,碳点被越来越广泛地用于生物成像.本文对近年来元素掺杂碳点的合成方法、异元素掺杂对碳点光学性质的影响和元素掺杂碳点在成像分析中的进展进行了综述,并对其应用前景进行了展望.     

基于表面修饰聚丙烯酸合成超顺磁/荧光纳米复合粒子

在聚丙烯酸修饰的Fe₃O₄纳米粒子表面共价结合罗丹明B, 获得分散性和荧光信号均得到改善的超顺磁/荧光复合纳米材料. 分别用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪、荧光光谱仪、X射线衍射仪(XRD) 和振动样品磁强计(VSM) 对合成的粒子进行了表征. 结果表明, 羧基化的Fe₃O₄纳米粒子和Fe₃O₄-荧光纳米复合材料的粒径基本相同, 为6～10 nm. Fe₃O₄-荧光纳米复合材料的饱和磁化强度为39.2 A•m²/kg, 室温下呈现超顺磁性, 具有较强的荧光信号.     

黄酮类化合物结构修饰及抗肿瘤活性研究进展

我国天然药物和中药资源丰富,种类繁多,可作为先导化合物进行修饰以提高可成药性。其中,黄酮类化合物是自然界中一种常见的天然多酚类化合物,在抗肿瘤方面具有其独特的生物活性;对其进行结构修饰与改造,可提高黄酮类化合物的生物利用度和抗肿瘤活性。本文通过查阅并整理近几年国内外的黄酮类化合物的相关文献,对黄酮类化合物的母核位点进行结构修饰与改造所得的101个黄酮类衍生物及其抗肿瘤活性及作用机制进行综述,同时讨论了构效关系,以期为黄酮类衍生物的结构修饰和抗肿瘤研究提供参考和帮助。     

基于生物素的荧光有机小分子及其应用

生物素是一种水溶性维生素,在人体中作为一种重要的羧酸酶辅酶起作用,近年来受到化学家和生物学家的广泛青睐。此外,其在各种生理和病理过程中表现出低毒性,可以被设计成具有靶向选择性的药物载体,能将抗癌药物有效地传递给肿瘤细胞。如今含生物素的小分子已发展成一类具有显著应用价值的生物功能分子。该类化合物具有合成简便、易功能化和特异性强等优点。本文综述了生物素及其衍生物在生物传感、药物释放和其他领域的研究进展,并对其发展趋势做出了展望。     

Fast and Cysteine-Specific Modification of Peptides,Proteins and Bacteriophage Using Chlorooximes

This work reports a novel chlorooxime mediated modification of native peptides and proteins under physiologic conditions. This method features fast reaction kinetics (apparent k₂=306±4 M⁻¹s⁻¹ for GSH) and exquisite selectivity for cysteine residues. This cysteine conjugation reaction can be carried out with just single-digit micromolar concentrations of the labeling reagent. The conjugates show high stability towards acid, base, and external thiol nucleophiles. A nitrile oxide species generated in situ is likely involved as the key intermediate. Furthermore, a bis-chlorooxime reagent is synthesized to enable facile Cys-Cys stapling in native peptides and proteins. This highly efficient cysteine conjugation and stapling was further implemented on bacteriophage to construct chemically modified phage libraries.     

表面抗菌功能涂层的构建及在生物医用材料中的应用研究

近年来,生物医用材料在使用过程中产生的医源性感染问题层出不穷,对人们健康和生命造成严重威胁.表面抗菌涂层构建是解决该类医源性感染问题最有效的策略之一.目前,按照作用机制和功能不同将表面抗菌涂层分为接触式抗菌涂层、抗黏附抑菌涂层、抗黏附杀菌涂层以及智能抗菌涂层.表面抗菌涂层的构建不仅赋予了生物医用材料抗菌性能,有效解决了上述医源性感染问题,还可以提高材料的生物相容性,赋予其抗黏附、抗氧化、生物识别、传感等功能.本文旨在对目前表面抗菌涂层的种类、构建方法以及其在生物医用材料领域中的应用做一全面论述,为进一步开发高性能表面抗菌涂层并扩展其应用提供新思路.     

基于硅杂蒽类染料的荧光探针及其应用

近年来,荧光成像技术为人们研究活体细胞及组织内的化学生物学过程提供了有效的研究工具,可以无损、实时、原位地以高时空分辨率实现对目标物进行生物荧光成像与分析。荧光成像技术在生物学、环境监测、临床诊断和药物发现等诸多研究领域发挥着越来越重要的作用。生物荧光成像技术的最新进展对发展新型小分子荧光染料及探针提出了更高的要求。激发和发射波长位于近红外光区（600~900 nm）的荧光染料及探针由于具有光毒性低、生物分子自发荧光干扰小、光散射低、组织穿透能力强等优点,非常适合用于生物荧光成像领域。通过将罗丹明分子中O桥原子用Si代替,得到了一类新型的探针分子--硅杂蒽类荧光探针。这类染料分子在保留了氧杂蒽荧光染料优越的光学性质的同时,光谱发生明显红移,满足了近红外荧光检测的要求,具有良好的生物相容性。本文综述了近年来基于硅杂蒽及其衍生物荧光探针的合成及在金属离子、pH值、小分子、生物酶等检测方面的研究进展,并且简要阐述了基于硅杂蒽类探针分子的识别检测机理以及其在生物成像等方面的应用。