单细胞核酸编码扩增成像分析

单细胞成像可在单细胞水平观测目标物位置、 确定目标物含量, 在生命科学与临床医学研究领域应用广泛. 核酸编码扩增技术利用特定分子反应将待测目标识别转化为核酸条码的扩增, 具有探针种类多、 易编程、 反应条件温和及信号放大效率高等特点, 在单细胞低丰度、 高灵敏、 多目标物成像中优势显著, 为理解细胞状态、 探索生命过程提供了新思路. 本文综合评述了核酸编码扩增在单细胞荧光成像领域的研究进展, 以目标物的编码方式为分类依据, 系统阐述了固定细胞原位成像和活细胞成像中不同目标物编码与扩增成像方式的区别, 并对活细胞成像中多重检测面临的问题以及未来发展前景进行了展望.     

核酸探针及其在生物分析中的应用

核酸探针由于具有结构可变,合成简单和易于修饰等特点,被广泛应用于酶、蛋白质、生物小分子、金属离子、核酸以及细胞等生物分析物的检测,成为生物分析领域中不可或缺的一种研究工具。基于核酸探针发展起来的核酸信号放大策略为检测低丰度的物质提供了重要平台,提高了核酸探针检测的灵敏度,对于生物医学研究,分子诊断和药物基因组学至关重要。对核酸探针的类型、核酸信号放大方法以及核酸探针在生物分析领域的应用进行了介绍,对核酸探针的发展进行了总结与展望。     

细胞内活性小分子近红外荧光成像探针

近年来,随着生命科学的不断发展,人们对细胞内活性小分子在病理、生理等方面的功能研究越来越深入。荧光成像作为一种直观、原位的可视化观测技术在小分子检测方面得到了广泛应用,其中基于近红外分子与纳米探针的荧光成像技术因具有背景干扰低、对细胞损伤小、样品穿透性强、检测灵敏度高等优点,显示了较好的应用前景。本文评述了近年来近红外荧光探针用于细胞内活性小分子成像检测的应用及进展,主要讨论该类方法在活性氧物质、金属离子、H+、阴离子及巯基化合物的分析应用,并对该方法的应用前景进行了展望。     

发光金属Salen配合物作为检测细胞内微黏度的荧光成像探针

细胞内微黏度是描述细胞状态的重要物理参数,与物质转运和信号转导等一系列扩散控制的生理过程密切相关.构筑对细胞内微黏度响应灵敏的荧光探针是原位实时检测细胞状态的重要手段之一.我们设计含有D-π-A推拉电子结构N,N'-双水杨醛缩乙二胺类配体(N,N'-thiophene-3,4-bis-4'-(diethylamino)-salicylimine,Salen)的Zn~(2+)和Al~(3+)配合物,考察了其光物理性质,发现该类配合物具有对溶液黏度依赖的荧光增强性质.同时,相比于配合物ZnSalen,[AlSalen]~+Cl~-具有检测灵敏度高、荧光成像信号增强倍数高等优点.利用激光扫描共聚焦荧光成像和荧光寿命成像,[AlSalen]~+Cl~-同样表现出在培养温度降低或细胞自噬下的荧光增强和发光寿命延长等变化,显示其作为检测细胞内微黏度荧光探针的潜在应用价值.     

核酸功能化金纳米探针在活细胞荧光成像方面的应用

荧光标记的核酸功能化金纳米探针结合了纳米材料与核酸技术的优势,具有增强的稳定性、良好的生物相容性、独特的光学性质及精确的可编程性,开辟了活细胞传感的新纪元.信号放大型的核酸功能化金纳米探针在原位检测含量较低但功能强大的RNA、蛋白质等生物标志物方面尤其表现出明显的优势.本文从活细胞成像分析的角度,重点介绍了荧光标记的核酸功能化金纳米探针的性质、设计原理及应用进展.     

细胞器靶向型气体信号分子荧光探针的研究进展

NO、CO和H2S是细胞内重要的内源性气体信号分子,他们不仅在血管舒张、神经传递和免疫应答等生理过程中发挥重要作用,还与肿瘤、高血压、糖尿病和阿尔茨海默症等多种疾病密切相关.基于有机小分子荧光探针的荧光成像分析法具有灵敏度高、选择性好、操作简便、时空分辨率强和原位实时等特点,是细胞内气体信号分子检测的重要方法,而细胞器...     

基于核酸适配体信号置换结合循环扩增的液相色谱法检测4种生物胺

生物胺的含量是衡量食品卫生状况和药物纯度的重要标志之一,建立食品药品中生物胺的精准、灵敏检测具有重要的实际意义。该文基于核酸适配体置换生物胺信号源并结合荧光信号循环扩增的策略,建立了一种新型的同时检测鱼肉、猪肉和抗生素中4种生物胺的高效液相色谱法(HPLC)。首先通过两步信号置换,将无荧光信号的目标物转换为有荧光信号的核酸探针;再结合双链特异性核酸酶辅助信号扩增策略,获取大量不同长度和碱基序列的核酸探针;最后借助HPLC平台实现实际样品中多种生物胺信号的精确识别。文章研究了核酸探针的碱基序列和长度对出峰时间和前后顺序的影响,以提高荧光信号的区分度。通过正交实验探讨了柱温、流速和梯度洗脱过程、反应温度、孵化时间等对信号分离的影响,确定最优条件,提高信号的分离效率。该方法对目标物酪胺、组胺、精胺和色胺的检出限分别为0.25、0.21、0.27和0.19 pmol/L,线性范围为1 pmol/L~1 μmol/L。通过对硫酸大庆霉素、鱼肉和猪肉样品中生物胺含量进行检测,研究了该方法检测实际样品的可行性。该方法可精准识别、捕获和分离复杂基质样品中的生物胺组分,能有效提高对目标分析物的选择性,并降低实际样品中的基质干扰,有望为食品药品分析领域提供一种新的思路。     

DNA发夹结构自组装信号放大策略应用的研究进展

DNA发夹结构自组装因具有无酶参与、等温以及识别序列能力强等优点,在生物分子和金属离子检测方面展现了良好的发展前景。该文梳理了DNA发夹结构自组装信号放大策略的类型,综述了近年来该策略在致病菌、核酸肿瘤标记物、蛋白质、无机金属离子,以及生物小分子检测中应用的研究进展,并对其未来发展趋势进行了展望,旨在为基于DNA发夹结构自组装检测生物分子提供一定的参考。     

核酸荧光探针在单细胞成像中的应用研究

单细胞成像研究技术具有观测定位精准、独特的时间和空间分辨率高等特点,成为分子水平上准确、实时、原位监测细胞内生物活性物质信号变化及观测细胞形态的重要手段。在进行单细胞成像研究时,细胞内大多数生物活性物质自身无法产生易被仪器或肉眼所捕获的信号,通常需要使用生物探针进入细胞内特异性识别生物活性物质。生物探针与特定的生物活性物质结合,形成稳定的复合物,产生相应信号变化。通过监测生物探针信号变化,实现对细胞内生物活性物质准确、实时、原位监测。生物探针的响应信号有多种,其中荧光信号不仅具有直观、操作简单、选择性好、灵敏度高、无需参比、不受电磁场的影响、可远程实时在线自动监测等特性,还具备对细胞进行静态观察、对细胞内分子动力学进行动态监测、对亚细胞结构进行定位和对蛋白质分子的相互作用进行研究等优点,在细胞成像技术研究中具有重要地位。本文综述了近五年来核酸荧光探针在单细胞成像中的应用研究进展,讨论了存在的问题,对发展方向进行了展望。     

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。     

Target-triggered hairpin-free chain-branching growth of DNA dendrimers for contrast-enhanced imaging in living cells by avoiding signal dispersion

The development of amplification strategies is one of the central challenges for detection of lowabundance targets. One-to-many(1:M) amplification strategies in which one target lights many signal probes, has improved the detection sensitivity in bulk solution, but with discounted contrast in cell imaging, because the lighted probes are dissociative and dispersible. In this work, a one-to-large(1:L) signaling mechanism, in which the lighted probes were orderly connected to each other, was concep...     

核酸介导信号放大光学生物传感器在食品污染物检测中的应用EI北大核心CSCD

信号放大是新型生物传感分析过程中重要的环节。核酸介导的信号放大技术凭借核酸材料灵活的结构设计、低成本和易于制备等特点,在生物传感快速检测技术的开发上逐渐发展成为一项重要的分支,广泛应用于食品、环境和医药等新型检测方法开发。介绍了传统和新型核酸扩增技术、生物条形码和DNA walker等信号放大机理和应用,同时进一步综述核酸信号放大技术结合光学生物传感在食品污染物中检测的应用,如化学污染物、毒素类污染物、和重金属污染物等,并对核酸介导的信号放大技术在食品污染物检测中的问题和前景进行讨论。     

Signal Amplification Technologies for the Detection of Nucleic Acids: from Cell-Free Analysis to Live-Cell Imaging

Due to their unique properties, such as programmability, ligand-binding capability, and flexibility, nucleic acids can serve as analytes and/or recognition elements for biosensing. To improve the sensitivity of nucleic acid-based biosensing and hence the detection of a few copies of target molecule, different modern amplification methodologies, namely target-and-signal-based amplification strategies, have already been developed. These recent signal amplification technologies, which are capable of amplifying the signal intensity without changing the targets’ copy number, have resulted in fast, reliable, and sensitive methods for nucleic acid detection. Working in cell-free settings, researchers have been able to optimize a variety of complex and quantitative methods suitable for deploying in live-cell conditions. In this study, a comprehensive review of the signal amplification technologies for the detection of nucleic acids is provided. We classify the signal amplification methodologies into enzymatic and non-enzymatic strategies with a primary focus on the methods that enable us to shift away from in vitro detecting to in vivo imaging. Finally, the future challenges and limitations of detection for cellular conditions are discussed.     

可充电池的磁共振研究

快速增长的对安全能源的需求,促使科研工作者不断探索高能量密度的可充锂离子电池(LIBs)。发展原位表征技术能更好地研究电池工作中的锂离子镶嵌机制和电池失效因素。固体核磁共振(NMR)能有效的测试短程化学环境:通过对~1H、~(6,7)Li、~(11)B、~(13)C、~(17)O、~(19)F、~(23)Na和~(31)P等同位素来探测电池材料的微观结构。除了魔角旋转(MAS)高分辨NMR谱图研究电池材料的精细结构之外,核磁共振还能无损地捕获、研究电池材料在充放电循环中的演化。因此,原位核磁共振NMR及成像(MRI)可拓展到电池充放电循环中的锂离子的动态演化以及锂离子浓度的时空分布信息。互为补充地,电子顺磁共振(EPR)及成像(EPRI)能有效地跟踪和捕获电极过渡金属、阴氧离子(O_2~(n-))的氧化还原过程。这些实时捕获的动态信息能更好地指导电极材料的构效、微观设计和电池组装的改进,最终获得优异的电化学性能。     

基于原位聚合技术构建细胞内微环境响应型DNA递送系统北大核心CSCD

传统的非病毒载体基于分子间静电自组装作用与核酸结合,组装的复合物在体内复杂的环境中容易发生结构解离,共价结合的交联聚合物载体有望成为解决传统非病毒载体结构稳定性差的有效方案。选择N-(3-氨丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐、1-乙烯基咪唑、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱与N,N′-双(丙稀酰)胱胺作为多功能性单体,采用原位聚合方法制备包载质粒DNA(pDNA)的交联聚合物-pDNA复合物。其中,共价键为载体提供优异的结构稳定性;1-乙烯基咪唑能够响应胞内溶酶体酸性微环境,触发质子海绵效应便于复合物的溶酶体逃逸;N,N′-双(丙稀酰)胱胺的二硫键可以响应胞内高水平的谷胱甘肽(GSH),实现复合物在细胞内部选择性解聚,释放内含pDNA。研究表明,该复合物平均水合半径约135 nm,ζ电势约−6.5 mV,形貌近似球形。该复合物可在10 mg/mL肝素环境中保持结构稳定性,具有响应细胞内GSH,触发释放包载核酸分子的功能。细胞实验证明该复合物细胞毒性低。细胞摄取、转染能力强。综上所述,基于原位聚合技术制备交联聚合物载体在基因递送领域具有重要应用前景,本研究为新型基因递送载体的开发提供了新思路。     

多策略可控合成原子精度合金纳米团簇

合金纳米团簇作为一类新兴的多功能纳米材料已被广泛用于催化、光学传感以及生物医学成像等研究领域,而纳米团簇的可控合成和结构特征是调节纳米团簇性质并对其进一步利用的基础。尽管当前有关金属纳米团簇可控合成和结构特征的研究主要集中在单金属纳米团簇中,但有关合金纳米团簇原子精度的可控合成也取得了显著的进展。本文综述了配体保护的合金金属纳米团簇原子精度可控合成策略,包括一步合成法、金属交换、配体交换、化学刻蚀、簇间反应、原位两相配体交换以及最新的表面模体交换反应,并对相关合成策略的优缺点进行了详细的讨论和阐述。     

Imaging Endogenous Metal Ions in Living Cells Using a DNAzyme–Catalytic Hairpin Assembly Probe

DNAzymes are a promising platform for metal ion detection, and a few DNAzyme-based sensors have been reported to detect metal ions inside cells. However, these methods required an influx of metal ions to increase their concentrations for detection. To address this major issue, the design of a catalytic hairpin assembly (CHA) reaction to amplify the signal from photocaged Na⁺-specific DNAzyme to detect endogenous Na⁺ inside cells is reported. Upon light activation and in the presence of Na⁺, the NaA43 DNAzyme cleaves its substrate strand and releases a product strand, which becomes an initiator that trigger the subsequent CHA amplification reaction. This strategy allows detection of endogenous Na⁺ inside cells, which has been demonstrated by both fluorescent imaging of individual cells and flow cytometry of the whole cell population. This method can be generally applied to detect other endogenous metal ions and thus contribute to deeper understanding of the role of metal ions in biological systems.     

In situ Activatable Peptide-based Nanoprobes for Tumor Imaging

Owing to its excellent biological properties, peptide has been widely used in the design of nanoprobes capable of enhancing tumor imaging signals. In recent years, a number of peptide-based nanoprobes with strong loading capacity and great biocompatibility have been developed for precision tumor imaging by coupling peptide motifs with different imaging agents. It is worth noting that, compared with "always on" mode, the use of stimulus-mediated in situ activatable mode to design and control the self-assembly or nanostructure transformation of peptide-based nanoprobes in vivo can achieve the significant improvement of imaging efficiency. Herein, we summarize the recent progress of in situ activatable peptide-based nanoprobes for tumor imaging in diverse imaging modes, including magnetic resonance imaging(MRI), fluorescence imaging(FI), photoacoustic imaging(PAI), radionuclide imaging(RI) and multimodal imaging. Finally, we briefly prospect the challenges and potential development directions of this field.