聚集诱导发光分子在生物检测领域的应用

聚集诱导发光(AIE)是指一类荧光生色团在溶液状态下微弱发光甚至不发光,而在固态或聚集状态下荧光显著增强的一种光物理现象.具有AIE特性的分子作为荧光探针在生物检测领域有着传统荧光探针分子不能比拟的优点.一方面可以使更多的AIE探针分子结合到生物大分子上获得高亮度的荧光,而不必担心像传统的荧光分子那样发生聚集导致的荧光猝灭,这为荧光检测提供了便利.另一方面,在聚集后发生的荧光急剧变亮的特性可以作为荧光放大检测的定量依据.本文展示一些有代表性的具有AIE特性的分子,重点介绍其在蛋白质、DNA、G4、手性有机胺等生物分子检测中的应用,阐明AIE荧光探针的工作原理和特点,并对AIE荧光探针的设计与应用给予展望.     

复色量子点的制备与免疫分析应用

量子点一元激发、多元发射的特性能有效地应用到生化多通量检测领域. 首先制备高荧光效率的多色核/壳量子点, 制备出的油容性量子点经双亲性高分子自组装水溶性改性后连接两种不同的IgG抗体分子, 并对相应的IgG抗原以及抗原混合样品同时进行检测. 荧光共振能量转移(FRET)是多色量子点在多通量检测中应极力避免的. 光谱分析证实, 所制备的多色量子点在多通量检测中不会发生荧光共振能量转移. 免疫荧光体外检测结果表明, 多色量子点-抗体复合物对抗原样品具有特异的检测能力, 且非特异性吸附甚少. 本模型的建立为多色量子点在生化多通量检测方面提供了科学依据.     

基于磷光猝灭的比率式光学氧气探针

近几十年来,对氧气的有效检测和识别一直受到研究者的极大关注.传统的检测方法,如滴定法、电流分析法、热致发光法,存在着许多缺陷,如响应时间长、灵敏度差和检测过程中消耗氧气等,限制了其广泛应用.由于基态氧是三重态,能够猝灭三重态分子的发光,因此基于磷光强度变化的光学氧气探针克服了传统检测方法的不足,具有灵敏度高、选择性好、可逆性好、方便快捷以及无需消耗氧气等优点,逐渐成为研究热点.其中比率式的光学氧气探针同时引入对氧气不敏感的荧光分子作为内标和对氧气敏感的磷光分子作为指示剂分子,其输出信号依赖于内标分子和指示剂分子发光强度比例的变化,能够有效地避免环境和仪器的干扰,是检测氧气的理想模式.而且,大部分比率式氧气探针的溶液发光颜色会随氧气含量的变化而改变,从视觉上就可达到快速检测氧气的目的.本文从氧气检测机理、探针的构筑以及细胞成像等方面总结了近10年来比率式光学氧气探针的研究状况,并对其未来的发展做了一定的展望.     

二维过渡金属硫族化合物纳米异质结气体传感器研究进展

二维过渡金属硫族化合物(2D TMDs)在气体传感方向的应用中具有显著的"先天"优势,表现出如灵敏度高、响应速度快、能耗低以及能在室温下工作等诸多优点.相对单一的2D TMDs而言,基于2D TMDs纳米异质结的气体传感器展现出更加优越的气体传感性能.本文将系统总结2D TMDs纳米异质结气体传感器的研究进展,尤其是2D TMDs与金属氧化物、金属硫化物、碳基纳米材料以及量子点之间形成的纳米异质结设计、构效关系以及传感机理等关键科学问题.传感材料和传感机制上的创新对提升传感性能并拓展传感功能具有重要的科学意义.通过对纳米异质结气敏机理的深入探究,有望实现纳米异质结结构的人为设计和可控制备,提高室温下对目标气体的高灵敏选择性识别和检测.在纳米异质结的结构设计上,以TMDs材料为导电主体,在其表面生长各种纳米结构,通过对纳米异质结表面酸碱性、功函数、气体分子极性以及纳米异质结与气体分子之间的氧化还原反应性质进行调控,来构筑基于TMDs的纳米异质结.此外,控制负载在二维TMDs上纳米颗粒尺寸小于两倍电子耗尽层厚度,充分发挥纳米颗粒量子限域效应,以纳米颗粒充当传感的"天线分子"或"探针分子",实现对目标气体分子的高灵敏选择性识别和检测.     

基于纳米通道分析技术的电流检测系统

<正>纳米通道单分子检测技术受启发于Coulter计数法与单通道离子电流测量技术,自被提出以来得到了迅速的发展,受到了国内外广泛关注.作为一种研究单个分子行为的技术手段,纳米通道技术已经应用于研究DNA损伤、分析单个多肽结构及蛋白质构型、探测识别单个DNA与靶分子间相互作用、有机小分子化合物和水体中金属离子超灵敏检测等方面,通     

基于纳米分子影像探针的癌症微创介入诊疗导航技术

癌症微创介入治疗具有不开腹、创伤小、术后恢复快等诸多优势,是医学发展的趋势与研究热点.分子影像导航为癌症微创介入治疗的发展提供了契机;而肿瘤特异性分子探针是分子影像手术导航的核心.与小分子探针相比,纳米探针不仅具有更长的成像时间,而且具有优异的信号放大和载药功能.因此,高灵敏、高特异性的纳米探针是分子影像手术导航的发展方向.为实现癌症诊疗的"精确、高效、微创"的目标,围绕肿瘤边界识别和淋巴结转移判断这个关键科学问题,拟解决3个关键技术:(1)实现纳米探针在肿瘤部位的有效富集;(2)增加纳米探针对肿瘤细胞的敏感性;(3)发展与纳米探针匹配的高精度成像方法.纳米分子影像探针不仅可用于成像和诊断,而且在介入治疗方面可能有更大的潜在价值.尤其重要的是,纳米探针将促进高端荧光共聚焦内镜、分子影像导航系统和微创介入治疗系统的研制和推广应用,从而加速我国在重大医疗设备关键技术上的突破.     

表面增强拉曼光谱技术在肿瘤标志物检测中的研究进展

恶性肿瘤已严重威胁我国居民健康,而肿瘤标志物的灵敏、准确检测对于癌症的早期诊断、治疗及预后评价至关重要.因此,探究一种灵敏、准确、快速、无创的检测技术,具有十分重要的临床意义.表面增强拉曼光谱(SERS)是利用光与金、银等纳米结构材料相互作用产生很强的表面等离子激元共振效应,可显著增强吸附在纳米结构表面上分子的拉曼信号,以超灵敏获取样品自身或拉曼探针分子丰富的指纹图谱.该技术具有非侵入性和灵敏度高、选择性好、分析速度快、水干扰小等独特优势,使其在生命科学、临床检验等方面具有良好的应用前景,成为了一种极具潜力的生物检测技术.本文主要综述了近5年SERS技术在蛋白质类、酶类、核酸类、细胞类、组织类、气体类和其他类肿瘤标志物检测中的研究进展,分析了该技术在生物检测中亟待解决的问题与挑战,并对其未来的发展前景进行了展望.     

基质金属蛋白酶MMP-2/9分子探针对临床结肠癌组织的检测

研发基质金属蛋白酶MMP-2/9特异性识别的荧光分子探针并用于临床结肠癌组织的快速、准确性检测意义重大,但仍然具有一定的挑战性.本文基于基质金属蛋白酶MMP-2和MMP-9(MMP-2/9)特异性识别的多肽底物,利用一价铜离子催化的"点击"化学和酰胺化反应,分别将荧光素(FITC-N_3)和荧光淬灭基团Dabcyl-NHS偶联于多肽底物两端,制备得到MMP-2/9特异性识别的荧光能量共振转移(FRET)荧光分子探针Dab-GPLGVRGYFITC.通过将重组基质金属蛋白酶MMP-2/9与探针作用,跟踪检测溶液在520 nm处荧光信号变化的情况,对探针的特异性和检测灵敏度进行评估.此外,利用人源大肠癌细胞LoVo和30例临床结肠癌组织样本开展了结肠癌快速体外检测初步研究.体外重组酶检测实验表明,探针对MMP-2/9具有较强的特异性和选择性,对MMP-2的最低检测限可达14 ng/mL.共聚焦显微成像实验显示,相比于正常人胃黏膜上皮细胞GES-1,肠癌细胞LoVo表现出较强的绿色荧光信号,如预先加入抑制剂,细胞的荧光信号则很弱.另外,15例活性MMP-2高表达的临床结直肠癌组织裂解液与探针作用后荧光信号较胃炎组织增强5~9倍,而15例癌旁组织裂解液荧光则增强约0.9~3.0倍.值得注意的是,如果将探针喷洒到结肠癌组织和癌旁组织表面,相比于胃炎组织,荧光信号明显增强.总之,该探针对基质金属蛋白酶MMP-2/9过表达肠癌细胞和结肠癌组织表现出较好的特异性和检测灵敏度,具有应用于临床结肠癌早期诊断的极大潜力.     

荧光三维共价有机框架的研究进展

共价有机框架(covalent organic frameworks, COFs)是一种由有机分子构筑单元通过共价组装形成的二维或三维晶态有机多孔材料,是当前化学和材料科学领域的前沿研究方向.其中,荧光COF因其具有较高结晶性、固有的开放多孔结构及稳定性等特点,在荧光传感领域中的应用受到广泛关注.目前,荧光COF的研究主要集中于层状堆积的荧光二维COF,荧光三维COF的报道则较少.事实上,三维COF中分子构筑单元通过共价键连接在三维空间延伸扩展,可有效抑制荧光基团因堆积引起的荧光猝灭过程,是一种构筑发光材料的理想平台,引起研究者的关注.本文首先综述了近年来荧光三维COF的合成方法,包括直接合成法及后合成修饰法.其次,总结了荧光三维COF在爆炸物检测、挥发性有机物检测及金属离子检测方面的传感应用.此外,简要介绍了荧光三维COF在发光器件和成像方面的研究进展.最后,还对荧光三维COF所面临的挑战及未来的发展前景进行了讨论,旨在为荧光三维COF的设计、合成和应用提供参考.     

6-氯嘌呤与人血清白蛋白的相互作用及分析应用

在模拟生理条件下,运用荧光光谱和分子对接方法研究了核苷衍生物6-氯嘌呤(6-CP)与人血清白蛋白(HSA)的相互作用.结果表明,6-CP对HSA内源荧光的猝灭类型为形成复合物的静态猝灭,通过热力学参数确定6-CP与HSA之间存在氢键和范德华力,分子对接结果也证明了氢键和疏水作用力的存在.三维荧光光谱研究了6-CP对HSA构象的影响,并以华法令和布洛芬为分子探针进行竞争实验.在此基础上,以6-CP为分子探针,运用固定波长同步荧光光谱法测定了生物样品中的蛋白质含量.在最佳实验条件下,对11份空白溶液进行平行测定,检测限达到0.511 mg/L,相对标准偏差为0.324%.运用此方法对血清、唾液进行了加标回收实验.     

羧基化碳点—铝(Ⅲ)复合荧光探针定量检测氟离子

制备了羧基化碳点(CDs)并利用其羧基与金属离子的配位特性构建了三价铝离子(Al3+)-CDs复合荧光探针,进一步利用氟离子与羧基对金属铝离子的竞争特性建立了环境中氟离子的定量检测方法.结果表明,Al3+使表面羧基化荧光CDs簇集而发生显著的荧光猝灭.当F-存在时,由于F-能与Al3+发生强烈相互作用,CDs分散,荧光恢复.据此建立荧光增强定量检测F-的方法,其线性范围为4.0×10-5~6.0×10-3mol/L.该法用于玻璃厂排放的废水中F-的检测,回收率在93%~106%之间,相对标准偏差RSD小于7.6%,简单快速.     

不同环境介质中溴化乙锭的三维荧光光谱研究

溴化乙锭(EB)是一种应用于DNA研究最常用及较理想的荧光探针.由于仅双链DNA能使EB的荧光明显增强,EB常用来作为双链DNA的结构探针.在一定意义上,生物大分子可以认为是一种有序化介质,在不同类型有序介质中EB的三维荧光光谱特征将可以更好地帮助理解EB与DNA的作用机理.因此系统研究EB的荧光特性具有一定的意义.本文研究了不同环境介质中EB的三维荧光光谱特性,这是文献未见报道的.实验发现EB在阴离子胶束十二烷基硫酸钠(SDS)、非离子胶束聚氧化乙烯(9,5)对-特辛苯酚(Triton     

一种检测脂双层交插结构的有效方法——荧光偏振测量

脂双层的交插结构即呈双层排列的磷脂分子其脂酰链相互交错对插到对面分子层.交插结构只存在于脂的凝胶态,近年来它引起了广泛的注意,我们曾率先研究了交插结构脂双层对跨膜蛋白构象及功能的影响,故如何简易而有效地检测脂双层的交插结构是急待解决的问题.不少实验室对此进行了探索并发展了不少方法,如X射线衍射、顺磁共振、富里埃变换红外光谱及差示扫描量热法等.但这些方法有的操作复杂而难度大,有的不灵敏、不直观.如差示扫描量热法就只能反映宏观结构,并不能提供足够证据.最近,日本Masahito等又发展了一种灵敏的方法,即利用荧光探针来检测,但只能检测磷脂酰胆碱形成的交插结构.     

纳米结构对稀土离子及分子类发光中心荧光性质的调控

无论是对有机荧光分子还是稀土离子掺杂的纳米发光体系,其荧光调控和探测灵敏度的不断提高是基础和应用研究者一直关注的焦点.在发展传统的调控理论和技术的同时,以金属纳米结构为载体的表面等离激元和"热点"增强区域的形成,为荧光调控和增强研究提供了新的机遇.本文针对稀土离子掺杂纳米材料和有机分子发光体系,阐述常见的荧光调控途径,并就金属纳米结构相关的表面增强荧光效应及其现状进行讨论,开拓实现高效荧光调控的思路.通过探索荧光调控的机理和技术路线,以期引发对光谱增强和荧光调控基本理论和技术发展的深入思考和探索.     

利用共振纳米腔等离子体激元产生分子热电子荧光

对功能分子接近金属时的发射特性进行控制是纳米光学研究的核心问题,对于纳米尺度的能量转移和光操纵以及等离子体激元装置研发等领域尤为重要.虽然多种电子振动跃迁(S1(v′)→S0(v))可以用于荧光的频率调谐,但目前为止已知的接近金属时的分子发射遵从Kasha定则,其辐射衰变来自最低激发态的放射衰变(S1(0))。     

基于接近效应聚合反应与核酸适体的蛋白质检测新方法

以核酸适体作为识别分子, 建立了一种简单、灵敏特异的蛋白质检测新方法. 该方法以凝血酶为目标蛋白, 针对其两个结合位点, 分别设计了两条具有3′末端互补碱基序列的核酸适体探针. 当两条探针同时与凝血酶结合时, 末端借助接近效应形成稳定的杂交并在聚合酶的作用下发生聚合反应, 双链DNA产物的量通过Sybr GreenⅠ的荧光信号指示出来. 实验结果表明, 聚合反应初速度与凝血酶的浓度正相关. 本方法中核酸适体探针设计简单灵活, 对目标蛋白选择性和灵敏度高, 检测下限可达到6.9 pmol/L.     

掺Cr~(3+)无机玻璃激光激发的荧光光谱

掺杂过渡金属离子的无机玻璃作为一种有希望的可调谐激光材料,已日益引起人们的重视。但是到目前为止,对这种材料发光的微观机理尚缺乏深入的了解。随着激光光谱学的发展,近来对掺杂稀土离子的晶体和玻璃的研究,有关激活中心发光动力学及能量转移的理论有了长足进展。特别是选择激发的荧光线变窄(FLN)方法,已逐步揭示了发光的微观本质与宏观光谱特性的内在联系。对晶体中过渡金属离子的研究,应用这种方法也已积累了丰富的数据资料。然而由于玻璃态物质结构的无序性,对掺杂过渡离子的发光微观机理的研究十分     

中子技术与磁学

研究物质和材料的宏观性质同微观结构之间的联系,探讨其规律性,并利用这些规律性实现“分子设计”,即依指定性能设计新材料,这是当代材料科学和固体物理学的一项带有战略性的课题.中子技术是研究物质微观结构的一种有力手段.中子不带电荷而有磁矩(-1.91核磁子),热中子的波长约为1～10埃,能量约为1～100毫电子伏(或10～1000K),正好与固态物质中分子或原子的间距以及运动能量相近,因此研究固体,尤其是磁性物质的结构以及各种运动状态,用中子作灵敏的微探针是极适宜的.中子技术在现代磁学的研究中有其重要的独特的作用.     

脱氧核酶在生物检测及基因治疗中的研究进展

脱氧核酶(DNA zyme)是通过体外筛选技术获得的有酶活性的单链DNA分子.随着越来越多的脱氧核酶被筛选出来,科学家对其功能性质的研究也逐渐深入.其中,RNA切割作用作为脱氧核酶最重要的一种特性,是目前研究热点.而脱氧核酶发挥RNA切割作用需要辅因子(金属离子、中性分子、细菌等),因此,基于此特性,DNAzyme不仅被广泛用于金属离子和生物分子检测,而且被应用于特异性切割mRNA阻断蛋白的翻译,从而用于多类临床疾病的治疗.本文系统总结了DNAzyme在金属离子和生物分子检测以及在基因治疗方面的研究进展,并对其在动物体内对目标分子的高灵敏度、低浓度特异性检测及发挥切割活性进而达到疾病治疗做出了展望.     

青霉素-金属络合物的合成、结构及其抗耐药金葡菌的活性研究

金属离子可以影响许多药物分子的稳定性、体内分布和代谢途径,以至影响到药物的活性。青霉素是一类重要而有发展前途的β-内酰胺类药物,具有高效低毒的优点。一些金属离子如Zn(Ⅱ)和Cn(Ⅱ)能显著催化青霉素分子的水解,这不仅涉及到药物的稳定性,而且涉及到青霉素的作用机理。研究青毒素与金属离子的配位、结构及抗菌活性不仅可以探索