突破浓度限制的单分子FRET成像新方法

注:文末有研究团队简介 及科研思路分析近年来,单分子荧光技术得到了快速发展,广泛应用于生命科学、化学和材料科学领域。然而传统的基于全内反射荧光显微镜(TIRF)的单分子荧光技术只能在溶液中浓度不超过50 nM荧光标记物种的条件下进行测量。该浓度限制远低于许多生物大分子的生理浓度和许多生化过程的结合常数,制约了单分子荧光技术的应用。近日,清华大学生命科学学院的陈春来(点击查看介绍)研究组利用光激活的荧光团代替传统荧光团,发展了突破全内反射荧光显微技术中荧光浓度屏障的通用方法,将标记物种的最高浓度限值提高了2-3个数量级,从而可以在接近生理条件的μM浓度下进行单分子FRET测量。单分子荧光技术可以在复杂体系内实时观测生物分子的动态过程,并揭示隐藏在传统系综平均测量中的重要信息,包括生物分子之间的差异性以及反应过程中的瞬时中间态等。基于全内反射荧光显微镜的单分子荧光共振能量转移技术(FRET)已广泛应用于研究生物大分子的自身构型变化和分子间的相互作用等动态过程。然而,基于全内反射荧光显微镜的单分子FRET技术仍然存在着缺陷和不足。全内反射荧光显微镜中最高可使用的荧光标记样品浓度,即荧光浓度屏障在50 nM左右,远低于许多生化反应的结合常数,也远低于许多生物分子在生理条件下的浓度(μM量级)。清华大学的研究团队基于光激活染料开发了光激活单分子FRET(sm-PAFRET)的新方法,有效突破了单分子FRET技术中的荧光浓度屏障(图1)。他们利用激活光源(紫色)将玻片表面附近的光激活荧光团(黑色)都转变为可发射荧光的激活态(绿色)。待激活光源关闭后,在溶液中自由扩散的激活态荧光团会快速扩散离开玻片表面,而只有固定或与表面生物大分子反应的激活态荧光团标记分子才会被随后照明的激发光源(绿色)激发产生荧光。通过激活和激发光源的交替照明,他们可以不断地激活实验观测过程中结合到表面的荧光团,并测量其单分子FRET,实现在高浓度荧光标记物种的条件下进行基于全内反射荧光显微镜的单分子FRET实验。该方法简单易行,商业化可光激活的荧光团可通过购买获得,而显微镜的硬件和控制方面也只需在全内反射荧光显微镜(TIRF)上装配激活光源和激发光源,并可对其进行控制和快速切换。图1. 光激活单分子FRET(sm-PAFRET)的原理示意图这一新方法可广泛应用于生物大分子的动态研究,例如原核核糖体的翻译延伸过程中,延伸因子G (EF-G)可以催化转运RNA (tRNA)和信使RNA (mRNA)在核糖体上移动。利用sm-PAFRET,他们首次发现当延伸因子G (EF-G)的浓度从14 nM增加至接近生理浓度1.4 μM时,核糖体会采取不同的翻译延伸途径。因此,在低浓度下捕捉到生物大分子的动态变化有可能无法代表生理条件下生物大分子实际的状态。因此,在接近生理浓度的条件下的单分子实验有望揭示更多未知的分子机制。这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上,文章的第一作者是清华大学生命科学学院的博士研究生彭思佳。该论文作者为:Sijia Peng, Ruirui Sun, Wenjuan Wang, Chunlai Chen原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Single-Molecule Photoactivation FRET: A General and Easy-To-Implement Approach To Break the Concentration BarrierAngew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201702731研究团队简介陈春来,博士,研究员,博士生导师;2003年本科毕业于北京大学化学与分子工程学院,2008年获得北京大学化学生物学博士学位;2008年7月至2015年2月在美国宾夕法尼亚大学医学院生理系从事博士后研究,2015年3月起任清华大学生命科学学院研究员。教育和工作经历1999-2003,学士,北京大学化学与分子工程学院2003-2008,博士,北京大学化学与分子工程学院2008-2015,博士后/研究员,University of Pennsylvania2015至今,研究员,清华大学生命科学学院、清华大学-北京大学生命科学联合中心(CLS)主要研究方向1)发展单分子荧光方法和技术;2)核糖体在蛋白质合成过程中翻译和调控机制的研究;3)CRISPR系列蛋白靶向和剪切机制的研究。http://www.x-mol.com/university/faculty/45877 科研思路分析Q:该研究的想法是怎么产生的?A:我们一直致力于发展单分子荧光的新方法和技术,并利用单分子荧光技术研究和揭示生物大分子的动态过程和分子机制。如上所述,目前单分子FRET技术的浓度屏障是50 nM,远低于许多生化反应的结合常数,也远低于许多生物分子在生理条件下的浓度(μM量级)。而现有的突破单分子成像浓度屏障的方法操作复杂、难度大,系统难以建立、使用和维护,因此我们希望可以找到一种简单易行的方法。基于光激活的荧光染料,激活和激发光源交替照明可以不断地激活实验观测过程中结合到表面的荧光团,进而发展出这一较为简便的突破浓度限制的单分子FRET成像新方法Q:研究过程中遇到哪些难点?A:该研究中的难点是光激活荧光染料对生物大分子的标记。商业化的光激活荧光染料可选种类较少,染料的发光性能不如传统的荧光染料,水溶性差。因而不同样品需要寻找合适的标记条件以及标记后样品的纯化条件,以最大的可能性提高标记效率和产率。在这一过程中,我们团队在荧光染料标记方面的经验积累起到了重要的作用。Q:突破单分子荧光成像浓度屏障有哪些未来发展方向?A:1)现有技术的优化使这些技术更加简便易行,可广泛被许多实验室使用。2)新技术的开发:针对研究对象开发特定的技术,如利用线性的零模波导技术对分子马达蛋白的迁移进行观测等。3)样品制备:包括设计和制备具有独特性质的荧光团进行高浓度下的单分子荧光成像以及发展更加简单有效的方法来大规模制备标记的生物样品。

来源: X-MOL 2017-09-25

一种具有大Stokes位移的近红外硒代半胱氨酸荧光探针

硒在生命体中发挥着重要的作用,是重要的微量元素之一。硒代半胱氨酸(Selenocysteine, Sec)作为第21种天然氨基酸,是生物体内硒最主要的存在形式,同时也成为硒蛋白的主要成分。由于硒代半胱氨酸具有重要的生理作用,近年来该氨基酸的研究引起了广泛的关注。发展高效、高选择性和高灵敏度的硒代半胱氨酸检测方法对进一步研究生物体内硒代半胱氨酸的作用具有重要意义。在众多的分析检测方法中,荧光分析法具有高灵敏度、高选择性并可方便地实现细胞或生物体内原位、实时检测等优点。然而,目前有关硒代半胱氨酸荧光探针的报道还很少,而且大多数的发射波长集中在可见光区,在很大程度上限制了其在生命体内的应用。近日,华中师范大学化学学院的冯国强教授(点击查看介绍)课题组报道了一种近红外增强型硒代半胱氨酸荧光探针。该荧光探针能够在较宽的pH范围内(包括生理pH)快速、高选择性和高灵敏度地检测硒代半胱氨酸。同时,该探针具有近红外发射(670 nm)、大Stokes位移(192 nm)、低检测限(60 nM)和低细胞毒性等优点,可以方便地用于活细胞外源性和内源性的Sec的荧光成像,也可以轻松用于活体内Sec的荧光成像研究,为Sec的荧光检测提供了一种有效的分子工具。Figure 1. A new NIR fluorescent probe for Sec detection.Figure 2. Fluorescent detection of Sec in living mice with the probe (probe 1). (a) Mouse was given an intraperitoneal injection of only probe 1 and imaged after 30 min. (b−d) The mouse was given an intraperitoneal injection of probe 1 and followed by intraperitoneal injection with (Sec)2 and imaged after 5, 15, and 30 min, respectively. (e) Relative fluorescence intensity from the abdominal area of the mice of a-d. All images were taken with a Bruker In Vivo-Xtreme Imaging system with optical and X-ray dual mode. Excitation was set at 490 nm and emission was collected around 700 nm. The quantified fluorescence intensity for each mouse was indicated on the right side of each figure of a−d.该成果近期发表在Analytical Chemistry 上,第一作者是华中师范大学的硕士研究生凤维勇和李美星(共同第一作者),通讯作者为冯国强教授。该论文作者为:Weiyong Feng, Meixing Li, Yao Sun, Guoqiang Feng原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Near-Infrared Fluorescent Turn-on Probe with a Remarkable Large Stokes Shift for Imaging Selenocysteine in Living Cells and Animals Anal. Chem., 2017, 89, 6106, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b00824导师介绍冯国强http://www.x-mol.com/university/faculty/10796

来源: X-MOL 2017-09-21

多功能微流控筛选平台用于核酸适配体高效筛选

注:文末有研究团队简介 及本文作者科研思路分析随着社会不断发展,人们对健康越来越关注。在抗争各种威胁健康的疾病过程中,寻找特异性识别疾病标志物的亲和试剂是其诊断和治疗的关键。近日,武汉大学生物医学分析化学教育部重点实验室研究人员通过借助磁珠图案化微流控芯片,建立了一个多功能的核酸适配体筛选平台。核酸适配体由于其体外筛选、化学合成及靶分子广泛等特点,成为下一代亲和试剂,受到极大关注。然而,高质量核酸适配体的缺乏逐步成为其广泛应用的一个重要瓶颈。其主要原因是常规的筛选方法耗时耗力,需耗费大量的资源。微流控芯片,由于具有微型化、自动化和集成化等特点,为核酸适配体的筛选提供了新的手段。通过磁场集成,微流控芯片的操控更加简便而且具有非接触的特点。相较于在微流控芯片中用磁泳分离进行核酸适配体筛选的方法,该团队通过磁珠图案化微流控芯片,建立了一个更可控的多功能高效筛选平台。该筛选平台具有高磁场梯度和涡流强度,能在连续流条件下进行核酸孵育。与传统核酸筛选方法相比,这更有助于消除非特异性核酸的吸附,并且能结合流体冲洗进一步提高筛选的压力。另外,负筛选单元的集成提高了筛选特异性。为避免筛选过程的盲目,该团队借助荧光标记核酸库,实现筛选进程的原位监测和实时评估。最终,仅需两轮,该方法就可筛选出对肿瘤标志物(MUC1)具有高亲和力、高特异性的核酸适配体。该多种功能平台通过严苛筛选条件、监控筛选进程,使筛选变得更加高效和可控,为高质量核酸适配体的产生提供了一个有效方法。这一成果近期发表在《Analytical Chemistry 》上,文章的第一作者是武汉大学博士研究生洪少力。该论文作者为:Shao-Li Hong, Ya-Tao Wan, Man Tang, Dai-Wen Pang, and Zhi-Ling Zhang原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Multifunctional Screening Platform for the Highly Efficient Discovery of Aptamers with High Affinity and SpecificityAnal. Chem., 2017, DOI:10.1021/acs.analchem.7b00684生物医学分析化学教育部重点实验室简介  “生物医学分析化学教育部重点实验室”依托武汉大学化学与分子科学学院分析化学国家重点学科(包括与生命科学学院和医学院长期合作基础上形成的“新型生物医学探针技术基础及应用”,国家自然科学基金委员会分析化学创新研究群体)创立。实验室一直致力于生物医学研究及临床诊断等相关的分析新方法研究,面向科学前沿和国家重大需求,完成和承担了基因芯片、微流控芯片、单细胞分析、生物活性物质(如神经递质)分析、纳米生物医学探针、量子点标记肿瘤成像诊断、病毒侵染历程研究的活体动态示踪与成像、复杂生物样品预处理、生物医学分析仪器等方面的一系列国家重大项目,包括国家“973”(首席单位2项)、“863”、“十五”攻关、国家自然科学基金重大、重点、创新群体、国家杰出青年科学基金等项目。同时,还承担了教育部重大、重点、创新团队等项目,在生物医学分析、毒品和兴奋剂检测、临床诊断研究以及分析试剂商品化等方面形成明显的优势。科研思路分析Q:这项研究想法是怎么产生的?A:我们团队多年来聚焦于磁珠图案化微流控芯片的控制及其生物应用。借助磁珠的图案化控制,微流控芯片能够提供一个很好的分析操作平台。结合目前核酸适配体发展中面临的问题,我们由此在这个平台进行核酸适配体筛选的尝试。Q:在研究过程中遇到的最大挑战在哪里?A:研究过程中最大的挑战是如何利用磁珠图案化芯片建立一个多功能的筛选平台,去充分提高核酸适配体筛选的效率。在平台建立过程中,涉及到化学-物理-生物等学科的知识,我们常常需要立足化学专业,同时进行着物理的设计与加工,还得了解生物的应用。在这其中,生物医学分析化学教育部重点实验室多年的交叉研究背景,给我们带来了很大的信心。Q:本项研究成果最有可能的重要应用有哪些?哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助?A:提高核酸适配体的筛选效率,并且使筛选的过程变得可控对于新的核酸适配体的发现具有重要的作用。由于核酸适配体目前在肿瘤诊断和治疗,以及食品安全等方面具有了广泛的应用,该研究对核酸适配体的在相关领域的应用具有重要的推动作用。

来源: X-MOL 2017-09-11

近红外荧光探针实现活体内碱性磷酸酶的成像检测

碱性磷酸酶(ALP)广泛分布于人体肝脏、骨骼、肠、肾和胎盘等组织中,是经肝脏向胆外排出的一种酶,它在生理过程中发挥着关键的作用。体内碱性磷酸酶活性浓度的异常往往预示着几种疾病的潜在可能性,包括肝炎、前列腺癌、骨质疏松症和骨癌等。到目前为止,有很多荧光探针设计用来检测ALP。然而,这些荧光探针的荧光发射大多数处于可见光区,处于近红外光区的探针十分少见。近红外荧光探针背景干扰小,并可减少对生物体的损伤,因此,设计近红外荧光探针用于检测ALP是一个非常有意义的课题。近日,湘潭大学化学学院的李春艳副教授(点击查看介绍)课题组以半花菁染料为荧光团,以磷酸根为识别基团,设计并合成了简单有效的近红外荧光探针(CyP)来检测ALP的活性。该近红外探针在ALP的识别性能方面实现了显著提升:(1)探针结构简单,合成简便;(2)荧光发射峰在738 nm,属于近红外光区;(3)对ALP的检测表现出高灵敏性:加入ALP后,探针荧光信号可以增强10倍,检出限为0.003 U/mL;(4)能够实现在生物样品(如活细胞、组织和活体)中检测ALP。该检测方法的建立对深入了解ALP在各种生理和病理过程中的作用机制具有重要的意义。相关成果发表在Analytical Chemistry 上,文章的第一作者是湘潭大学的硕士研究生李宋娇。该论文作者为:Song-Jiao Li, Chun-Yan Li, Yong-Fei Li, Junjie Fei, Ping Wu, Bin Yang, Juan Ou-Yang and Shi-Xin Nie原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Facile and Sensitive Near-Infrared Fluorescence Probe for the Detection of Endogenous Alkaline Phosphatase Activity In VivoAnal. Chem., 2017, 89, 6854, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b01351导师介绍李春艳http://www.x-mol.com/university/faculty/41623

来源: X-MOL 2017-09-06

新型钌(II)配合物分子探针:磷光/时间分辨发光检测人血清中及亚细胞水平的生物硫醇

活性生物组分如活性氧组分(ROS)、活性氮组分(RNS)、氨基酸及小肽等小分子及离子在生物体内发挥着至关重要的生理作用。这些高活性组分在生物体内含量水平失调会诱发各种疾病,危害生物体健康。因此,监测生物体内这些生物标志分子的含量水平对疾病的早期诊断、跟踪治疗及疾病的生理、病理学研究等具有重要的价值。近年来,大连理工大学的袁景利教授及张文珠副教授研究团队结合过渡金属配合物所具有的光化学、电化学特有优势,开发出一系列可激活的分子探针用于测定生物体内的活性标志物。如图1所示,该课题组通过引入活性的官能团巧妙地调控钌/铱配合物的发光性质,并通过生物分子诱导的特异性作用改变探针的光/电化学特性,从而实现了对多种ROS、RNS、氨基酸等生物组分的定量检测。并通过细胞与活体生物成像研究及生物体液内各种标志物的检测,为钌/铱配合物分子探针的研制与应用建立了较完善的研究体系,也为开发金属配合物在生物检测技术中的应用提供了有价值的研究策略。图1. 金属配合物分子探针(A)用于磷光、(B)电化学发光、(C)生化测定在此基础上,袁景利教授(点击查看介绍)团队近日与澳大利亚昆士兰大学的张润博士(点击查看介绍)合作开发出一种新型的钌配合物分子探针Ru-2,用于活体细胞溶酶体内及小动物体内生物硫醇的磷光成像测定以及人血清中生物硫醇的时间分辨发光定量分析。该探针具有以下优点:1. 可用于人血清中生物硫醇的定量时间分辨发光分析:生物硫醇分子在生物氧化还原平衡、生物催化、金属键合和转录后修饰等方面扮演着重要的角色。血液中生物硫醇的含量水平直接反映了生物体的健康状况,但由于血清中生物分子背景发光的影响,通常的荧光探针法用于定量测定血清中的生物硫醇仍然较为困难。在该研究中,作者利用配合物Ru-2的长寿命磷光特性,采用时间分辨发光技术解决了背景荧光的干扰问题,成功实现了人血清中生物硫醇总含量的测定。图2. (1)钌(II)配合物发光探针Ru-2与生物硫醇的反应机理;(2)用于人血清中生物硫醇的时间分辨发光检测:A. 磷光检测,B. 时间分辨发光检测2. 可用于活细胞溶酶体内生物硫醇的成像测定:据报道,在活细胞溶酶体内,谷胱甘肽能有效稳定溶酶体的膜结构,而半胱氨酸主要起到刺激溶酶体降解蛋白质的作用。因此,研制可用于实时原位成像检测活细胞溶酶体内生物硫醇含量水平的探针对于生物硫醇的功能研究具有重要的价值。在该研究中,探针分子Ru-2内存在强PET作用几乎不发光,但与生物硫醇发生反应后可导致PET作用消失,并引起磷光的显著增强。引入的溶酶体靶向定位基团(吗啉基团)使探针分子进入细胞后可有效地富集于细胞的溶酶体内,进而实现对溶酶体内生物硫醇的磷光成像检测。图3. (1)探针Ru-2用于活细胞溶酶体内活体;(2)大型蚤体内生物硫醇的成像测定该探针的研制成功不仅解决了血清样品中生物硫醇定量测定的难题,实现了亚细胞水平生物硫醇的成像测定,也有效拓展了金属配合物在生物检测领域的应用空间,为金属配合物分子探针在生化分析、疾病诊断及监测治疗方向的应用研究做出了积极的贡献。这一成果近期发表在美国化学会Analytical Chemistry 上,文章的第一作者是大连理工大学的博士研究生高权坤。该论文作者为:Quankun Gao, Wenzhu Zhang, Bo Song, Run Zhang, Weihua Guo, Jingli Yuan原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Development of a Novel Lysosome-Targeted Ruthenium(II) Complex for Phosphorescence/Time-Gated Luminescence Assay of BiothiolsAnal. Chem., 2017, 89, 4517, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b04925导师介绍袁景利http://www.x-mol.com/university/faculty/9168张润http://www.x-mol.com/university/faculty/45851

来源: X-MOL 2017-09-04

生物分子荧光传感的聚集转换策略:ATP的高灵敏高选择性近红外荧光传感

有机染料分子在可见-近红外区具有较高的摩尔吸光系数和良好的荧光发光性能,因此在光谱化学传感中应用广泛。为获得更好的光谱传感性能,近年来厦门大学的江云宝教授(点击查看介绍)课题组将超分子聚集体引入传感体系,取得了良好的研究进展(Chem. Comm., 2016, 52, 12929; Chem. Comm., 2015, 51, 13630; Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 4249-4263; Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 8032; J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 1700)。相比于传统的单个小分子传感,基于超分子聚集体的传感体系由于具有可调控的聚集分子之间空间取向、提高的传感结合基团局部浓度以及聚集体中分子间电子和空间的耦合作用,表现出更优的传感灵敏度和选择性。因此,设计结构简便、易得的传感分子以其聚集体形式存在时仍表现出优异的传感分析性能。最近,该研究小组针对生物分子含有多个结合位点的结构特征,提出了聚集体结构转换的荧光传感新策略。通常情况下,荧光传感体系背景低、输出高、结合能力强,是获得优异传感灵敏度的理想选择。为此,作者提出了荧光传感分子以H-型聚集体存在,其荧光猝灭、体系背景低,传感分子与该聚集体结合时引起聚集体的结构变化,荧光物种较好地分散于新的聚集体中且得到更好的保护,因而大大增强了结合物的荧光,输出更高的荧光信号。除此之外,聚集体与传感物种增强的结合作用和聚集体结构转换中伴随的信号放大可以促使他们获得优异的荧光传感性能。基于此,他们设计合成了结构简单、含双边苯硼酸的花菁染料(Cy-BA)用于ATP的荧光传感。Cy-BA自身与ATP作用较弱,与临界聚集浓度下的阳离子型表面活性剂DTAB混合后Cy-BA分子形成H-型聚集,荧光几近完全猝灭。基于核糖与硼酸的共价作用以及随之形成的负电荷硼酸酯、ATP的磷酸根与DTAB间的多重静电作用,引入ATP可以诱导DTAB形成超分子囊泡,荧光染料Cy-BA以单体形式分散于囊泡的疏水微环境中,从而得到良好的保护,发射更强的荧光信号,实现了水相中ATP的高灵敏高选择性荧光传感,检测限为90 nM,远优于常见的有机小分子传感体系,且结构相关的ADP/AMP并不产生干扰。自然界的生物分子间往往通过多重弱相互作用实现专一性的强结合。因此,该传感新策略依据多重弱相互作用的协同效应,实现了含多个结合位点生物分子的选择性灵敏传感,是对特异性生物相互作用的良好模拟,为生物分子的荧光传感提供了一种全新的思路,可应用于其他生命分子荧光传感体系的构建。相关结果近期发表于ACS旗下的Analytical Chemistry,研究工作由厦门大学的博士研究生张鹏和硕士研究生朱梦思等完成。该论文作者为:Zhang, Peng; Zhu, Meng-Si; Luo, Hao; Zhang, Qian; Guo, Lin-E; Li, Zhao and Jiang, Yun-Bao.原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Aggregation-switching strategy for promoting fluorescent sensing of biologically relevant species. A simple near-infrared cyanine dye highly sensitive and selective for ATP.Anal. Chem., 2017, 89, 6210, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b01175江云宝http://www.x-mol.com/university/faculty/14054课题组链接http://www.jianggroup.cn/cn/

来源: X-MOL 2017-08-31

可进行超高时间分辨的元素与价态分布测量的四维电镜

注:文末有研究团队简介 及本文作者科研思路分析四维超快透射电子显微镜技术结合了透射电镜的超高空间分辨和飞秒激光技术的超快时间分辨能力,是国际超快结构动力学和电子显微学的前沿领域。世界上第一台四维透射电子显微镜于2008年在加州理工学院由诺贝尔奖得主Ahmed Zewail教授领导的小组建立,时间分辨能力达到飞秒量级(一秒的千万亿分之一),空间分辨能力达到原子层次(10-10米)。四维电镜问世至今,其超高的时空分辨能力在揭示基础物体运动、物理与化学变化的瞬态中间过程方面大显身手,已经成为生物、材料、物理与化学等许多学科研究的重要工具。光参与的催化反应是当前太阳能源利用的热点领域,对催化过程中发生的电荷运动、物理化学反应过程的时间分辨研究是深入理解光催化机制,进而优化相应催化材料设计的关键手段。由于氧化铁具有取材方便、价格便宜、环境友好等优点,多年来一直是光催化领域的重要材料。然而氧化铁在可见光的激发下,发生的电荷转移过程却因缺乏合适的检测手段一直未能得到深入认识,而这对理解光参与的催化反应而言至关重要。一直以来,该过程存在电子从氧离子转移到铁离子生成氧离子空穴以及电子从铁离子转移到邻近铁离子生成4价铁空穴两种假设。四维透射电镜在时空分辨能力之外,其超快的电子能量损失谱的测量能量分辨率可达亚电子伏量级。来自美国加州理工学院和英国圣安德鲁斯大学、剑桥大学的研究人员在解决了阴极不稳定、信噪比极低等不利因素后,成功得到了飞秒时间分辨的铁离子L边电子能量损失谱(对铁的化学价态敏感),表明绿光激发下氧化铁中的电子从一个铁离子到另一个铁离子的转移,4价铁离子空穴在飞秒时间内产生皮秒尺度复合的瞬态过程。在超快电子能量损失谱的基础上,他们发展了超快元素分布技术,利用能量过滤器选择对应于三价铁离子能量损失的电子信号,得到了铁离子价态分布的超高时空分辨图像。这一工作主要由美国加州理工学院Ahmed Zewail团队的苏梓学博士完成,并获得英国剑桥大学教授John Thomas爵士和圣安德鲁斯大学周午纵教授的协助和指导,增进了光参与的氧化铁催化原理的理解,并为今后发展有关电荷转移的超高时空分辨空间成像研究铺平了道路。这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上。该论文作者为:Zixue Su, J. Spencer Baskin, Wuzong Zhou , John M. Thomas and Ahmed H. Zewail原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Ultrafast Elemental and Oxidation-State Mapping of Hematite by 4D Electron MicroscopyJ. Am. Chem. Soc., 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b00906部分研究人员简介本文第一作者苏梓学博士(左),2003与2006年于浙江大学物理系获得学士和硕士学位,2010年在英国圣安德鲁斯大学周午纵教授研究组获博士学位,并获得当年度英国SCI苏格兰化学领域最佳博士论文奖。该工作是他在美国加州理工学院Ahmed H. Zewail教授的指导下四维电子显微学前沿领域的代表作之一。本文的通讯作者之一周午纵教授(右),1982年毕业于复旦大学化学系,1988年获得英国剑桥大学博士学位,现任英国圣安德鲁斯大学化学学院教授。他在固态化学和电子显微学研究领域发表论文300余篇,目前的主要研究兴趣是非传统晶体生长和固态材料中缺陷的电子显微分析。http://www.x-mol.com/university/faculty/3303 科研思路分析Q:这项研究最初是什么目的?或者说想法是怎么产生的?A:500-1000 eV能损范围的电子能量损失谱是研究众多重要过渡金属的电子自旋、配位以及化学价态的有效手段。Zewail团队展示了可以通过超快电子衍射研究部分晶体结构良好材料中电荷转移的瞬态过程,而通过超快电子能量损失谱直接研究晶态以及非晶态材料中元素电子结构超高时空分辨的变化一直未能解决。解决这个问题是我们这项工作的最初动力。Q:研究过程中遇到哪些挑战?A:该研究中最大的挑战是克服电子能量损失谱信号随能损升高而指数降低,在测量区间~700 eV左右能损信噪比极低的问题以及去除因激光、入射电子以及表面等离激元之间的近场相互作用对入射电子能量的调制而导致铁L边电子能量损失谱变化的影响。Q:本项研究成果最有可能有哪些重要应用?哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助?A:这项研究成果结合了四维超快电镜在飞秒时间尺度、纳米空间尺度以及亚电子伏能量尺度的分辨能力,展示了超快电子能量损失谱以及超快元素价态分布在揭示电荷转移反应中间瞬态过程的能力。该工作必将对相关材料、物理、化学等自然科学领域的基础研究发展产生推动作用。

来源: X-MOL 2017-08-28

基于步进型组合文库的post-SELEX策略优化得到最短适配体

“化学抗体”——寡核苷酸适配体是指经体外指数富集配基系统进化(SELEX)技术筛选得到的一段短单链寡核苷酸序列。筛选后合理的序列剪裁、优化、修饰等环节又称为post-SELEX,一直以来是证实适配体有效性的前提和关键难点。军事医学科学院毒物药物研究所的郭磊团队通过创建小型多方向步进型适配体组合文库,合理、高效地完成适配体序列的剪裁、优化,为post-SELEX提供了有效的创新思路。通过SELEX技术筛选得到的全长适配体一般均包含引物序列和随机序列,长度一般在70~130 nt之间。其中随机序列的长度多在40-80 nt左右。许多经SELEX技术筛选出的适配体,其引物区与随机区产生碱基配对,某些引物区参与了特异性识别或随机区序列较长,存在冗余碱基序列。因此,对于全长适配体序列,人们需对其进行结构剪裁,以便得到既保持结合活性,又仅有适当长度(10-40 nt)的适配体,从而适合作为功能性传感、诊疗识别元件。但目前多数结构剪裁方法仅限于以试错法进行随机尝试,依据核酸二级结构及自由能的经验性判断,对适配体序列进行较为随机的剪裁或定点突变。其主要缺点在于随机方法效率较低、难度较大,尚无系统的理论指导和较好的解决方案,因而亟需发展指导结构剪裁优化的新思路,从中寻找亲和性更高、特异性更强、序列更短的适配体,除去冗余序列,提高适配体识别研究的容错度、通用性和稳定性。军事医学科学院的郭磊团队基于组合化学思想,提出“序列中相邻碱基位点极可能通过碱基堆积及氢键作用影响空间相互作用”的观点,以重组人促红细胞生成素α(EPO-α)的适配体807-39 nt为模式分子,创建创新性的小型多方向步进型适配体组合文库,四组步进型序列文库包含向左收缩、向右收缩、两端收缩和两端扩展等四组分子群,并开发了免标记SPR评价方法,仅从35条序列中高效地筛选优化得到无冗余序列的最短适配体In27,并在明确其关键碱基位点贡献的基础上构建简并序列。In27仅保留了初始适配体39 nt二级结构中的环部分,但亲和活性与之相当。作者进一步采用亲和竞争作用分析,界定了多种亲和识别分子,如适配体39 nt及In27、EPO受体(EPOR)、EPO的单克隆抗体以及麦胚凝集素(WGA)在EPO-α上的结合作用模式。这就为利用适配体In27(或39 nt)做为EPO-EPOR间的抑制剂研究提供了积极的线索。这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上,文章的第一作者为军事医学科学院毒物药物研究所的硕士研究生贺小琴,通讯作者为军事医学科学院毒物药物研究所的郭磊研究员。该论文作者为:Xiaoqin He, Lei Guo, Junlin He, Hua Xu and Jianwei Xie原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Stepping Library-Based Post-SELEX Strategy Approaching to the Minimized Aptamer in SPRAnal. Chem., 2017, 89, 6559, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b00700

来源: X-MOL 2017-08-27

蛋白质4-羟基壬烯醛翻译后修饰组研究的新方法

注:文末有研究团队简介 及本文作者科研思路分析4-羟基壬烯醛(4-Hydroxynonenal,HNE)修饰是一种重要的蛋白质翻译后修饰,主要发生在蛋白质的半胱氨酸、组氨酸、赖氨酸以及部分精氨酸侧链上。HNE修饰在真核细胞中可以改变蛋白结构并调节相关的生物过程,是细胞病理学研究的热点之一。它与多种心血管和神经疾病,如动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)、缺血再灌注损伤(Ischemia reperfusion injury, IRI)、帕金森氏综合症(Parkinson's disease,PD)和阿尔兹海默病(Alzheimer's disease,AD)的发生息息相关。基于其重要的生物学功能,建立高效的针对蛋白质HNE修饰的研究方法一直颇受生物化学家们的关注。近日,复旦大学的陆豪杰教授(点击查看介绍)研究团队通过氟标记衍生结合氟固相萃取(FSPE)的方法,实现了针对蛋白质HNE修饰肽段的高效分离富集和高通量质谱鉴定,为蛋白质HNE修饰的大规模组学研究提供了新的研究手段。FSPE技术起源于上世纪90年代,最早应用于有机合成领域,用于分离合成产物或中间体。其基本原理是利用全氟取代的烷烃及其类似物在常温下兼具疏水性和疏油性,却又能与其他全氟化合物良好互溶的特性。FSPE技术需要首先对目标分子进行氟标记衍生,随后衍生的分子才能通过氟标记和高氟化固相吸附剂之间的特殊作用,从复杂体系中分离出来。经历了十多年的发展,这一技术在有机合成与催化领域备受青睐。而与此同时,基于FSPE技术的生物分离和分析方法也开始蓬勃发展起来。由于该技术与质谱之间具有良好的兼容性,近年来越来越多的基于这一方法的组学研究(如蛋白质组学、代谢组学、糖组学等)得以报道,并受到了相关领域研究者的广泛关注。复旦大学陆豪杰教授研究团队首次将FSPE技术应用到蛋白质HNE修饰的研究中,并以此建立了基于生物质谱的蛋白质HNE修饰组高通量鉴定技术。在氟标记试剂的选择方面,研究团队基于长期研究的经验,选择带有羟胺功能基团的标记试剂,利用肟点击化学反应的手段,实现了修饰肽段在温和条件下快速、高效率的化学衍生。此后通过商业化的氟固相萃取小柱,研究团队从复杂的蛋白酶解产物中成功分离富集得到HNE修饰肽段,并建立了后续的生物质谱和生物信息学数据分析方法。研究团队利用这一新方法,成功对经HNE小分子刺激的乳腺癌细胞MCF-7蛋白样品中的HNE修饰组进行分析,其鉴定结果也建立了这一体系中HNE修饰组的最大规模数据库,为后续的生物学功能发掘提供了重要的参考依据。这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上,文章的第一作者是复旦大学的博士研究生袁文娟。该论文作者为:Wenjuan Yuan, Ying Zhang, Yun Xiong, Tao Tao, Yi Wang, Jun Yao, Lei Zhang, Guoquan Yan, Huimin Bao and Haojie Lu原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Highly Selective and Large Scale Mass Spectrometric Analysis of 4-Hydroxynonenal Modification via Fluorous Derivatization and Fluorous Solid-Phase ExtractionAnal. Chem., 2017, 89, 3093, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b04850陆豪杰博士简介陆豪杰,复旦大学教授,博士生导师;1996年毕业于厦门大学化学系,获学士学位;2001年毕业于中科院兰州化学物理研究所,获分析化学博士学位;2001年于中科院上海有机化学研究所从事博士后研究,2003年起在复旦大学任职。研究兴趣是基于生物质谱的蛋白质组学新技术、新方法的开发与应用研究,2010年国家自然科学基金委“杰出青年基金”获得者,2014年入选科技部创新人才推进计划,2016年入选第二批“万人计划”领军人才。http://www.x-mol.com/university/faculty/9645科研思路分析Q:这项研究的想法是如何产生的?A:基于FSPE技术的“氟蛋白质组学”方法始于2005年,已成功应用到其他蛋白质翻译后修饰的研究中,例如蛋白质的硝基化修饰、磷酸化修饰等。此前的研究中,我们课题组已成功地将FSPE技术应用到人血清N-糖组的高选择性、高灵敏检测之中。由于N-糖链和HNE修饰肽段的特征官能团都是醛基,因此,我们基于研究团队以往的研究经验,产生了将FSPE技术应用到蛋白质HNE修饰组学研究中的想法。Q:研究中主要遇到哪些挑战?A:研究中的主要挑战在于如何实现HNE修饰肽段的高效氟标记衍生以及髙选择性地分离富集HNE修饰肽段。Q:这项研究成果有哪些可能的应用或社会效应?A:我们成功将FSPE技术应用到蛋白质HNE修饰组的研究中,一方面拓展了FSPE技术的应用,为技术的推广起到了促进作用;另一方面,也是较为重要的一方面,为蛋白质HNE修饰的组学研究提供了一种新的有效手段。在蛋白质翻译后修饰组学研究领域,生物学研究的基础一直是有效的分析方法。由于现有的蛋白质HNE修饰分析方法较为贫乏且效果相对有限,我们相信这一技术的发展既会成为蛋白质组学方法学研究的关注点,也将促进HNE修饰成为热点修饰研究的催化方式,对于蛋白质HNE修饰的进一步生物功能研究起到一定的推动作用。

来源: X-MOL 2017-08-24

基于石墨烯试纸的液体快速识别系统

液体分析在产品质量、环境水体及药物递送检测等方面具有广泛应用,如检测液体食品是否符合标准,判断泄露未知液体的种类等,因此对食品安全、健康和环境保护具有重要意义。目前,在液体分析领域,人们已开发了包括化学分析、光学分析、电子舌、液体参数分析等多种不同类型的分析方法。这些液体分析方法适用于不同的应用场景,但不满足可便携、柔性化、低成本等条件。近日,清华大学的朱宏伟教授(点击查看介绍)课题组开发了一种基于石墨烯试纸的液体分析方法。这种石墨烯试纸的传感层由石墨烯与纤维素醚的纳米复合材料组成,其中石墨烯作为导电材料与液体传感材料。当液体滴加在石墨烯试纸上时,试纸的电阻产生显著变化。他们对电阻变化曲线通过参数提取及主成分分析等模式识别算法进行处理后,即可获得待测液体的定性分析结果。这种基于石墨烯试纸的新型电子舌具有可柔性化、易便携、成本低、样品需求量低(≈ 2 μL)、检测时间短等特点,对具有不同极性、粘度、蒸发潜热和导电率的液体具有良好的识别效果。该工作以石墨烯作为传感材料,实现了水、有机溶剂及多种复合溶液的定性分析,还可进一步将基于石墨烯化敏电阻液体分析器件的检测范围拓展至盐溶液、高分子溶液及多种液体(包括各类饮品、酒类、酸甜苦辣咸五味、体液)。例如,石墨烯试纸成功鉴别了含甲醇的白酒及掺有三聚氰胺的牛奶,在食品安全方面具有潜在的应用前景。相关成果发表在Global Challenges 上,第一作者为清华大学材料学院的博士生姜欣。该项目受到国家自然科学基金的资助。该论文作者为:Xin Jiang, Tingting Yang, Changli Li, Rujing Zhang, Li Zhang, Xuanliang Zhao and Hongwei Zhu原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Rapid liquid recognition and quality inspection with graphene test papers Global Challenges, 2017, DOI: 10.1002/gch2.201700037导师介绍朱宏伟http://www.x-mol.com/university/faculty/17890

来源: X-MOL 2017-08-21

基于掺杂碳点的金属增强比率荧光/裸眼双模生物传感器用于Pb2+的分析

针对目前对重金属离子检测的需求,为了实现重金属离子的快速“预判”与“精准”测量的双模式分析,人们建立了裸眼可视“预判”和荧光准确检测联合方法。双模式分析方法加快了检测速度,并降低了检测成本,由此衍生出可回收重复利用的荧光比率型Pb2+双模生物传感器。济南大学的研究团队通过磁性ZnFe2O4和中空立方体Au-Ag形成双功能纳米复合材料ZnFe2O4@Au-Ag,通过生物偶联反应,生物功能化的磁性复合材料不仅具有优异的可循环性能,而且提供了富集“热点”,通过金属荧光增强效应用于荧光增强。高荧光产率的掺杂碳点构建了可再生的裸眼/比率荧光双模传感器。由于CeO2作为荧光淬灭剂可以对DNA产生强烈吸附作用,作者在DNA链的一端标记掺杂氮硫的碳点(N,S-CDs)和CeO2,与之匹配的DNA链两端标记Cy3染料和CeO2,两条链相互匹配后CeO2引起N, S-CDs的荧光淬灭。Pb2+的存在使DNA链断裂,引起Cy3染料信号降低、N, S-CDs信号增强。他们还利用CeO2的催化性能实现裸眼检测,ZnFe2O4@Au-Ag双功能纳米复合物的引入不仅可通过Cy3-17DS-CeO2的磁性补充使生物传感器再生,而且可增强荧光强度,实现了Pb2+的可视化预检与荧光比率高灵敏精测的同时筛查。这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上,文章的第一作者是济南大学的硕士研究生梁琳琳,通讯作者为葛慎光副教授。该论文作者为:Linlin Liang, Feifei Lan, Shenguang Ge, Jinghua Yu, Na Ren and Mei Yan原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Metal-Enhanced Ratiometric Fluorescence/Naked Eye Bimodal Biosensor for Lead Ions Analysis with Bifunctional Nanocomposite ProbesAnal. Chem., 2017, 89, 3597, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b04978

来源: X-MOL 2017-08-10

谱学电化学研究新方法——电位跟随的电化学原位液相核磁共振联用技术

核磁共振波谱(NMR)作为化学分析的四大波谱技术之一,在分子结构解析与鉴定方面发挥着重要作用。发挥液相NMR技术分辨率高、结构信息丰富、定量准确的优势,将液相NMR技术用于电化学反应中间产物的跟踪检测与分析鉴定具有重要的研究价值和应用前景。近日,厦门大学电子科学系的陈忠教授(点击查看介绍)团队与化学系的孙世刚院士(点击查看介绍)团队合作,借鉴光谱电化学研究中经典的薄层电解模式,设计适用于原位电化学NMR研究的电解池装置,实现了循环伏安扫描过程中原位NMR氢谱的实时跟踪检测。该研究提出双室薄层电解池的巧妙设计:利用管状金属薄膜电极与核磁管间形成的薄层空间,限制传质影响、加速整体电解。他们将参比电极与工作电极置于同一电解池室,并与对电极隔离,减少极化电流对电位控制的影响,避免工作电极产生的电解产物扩散至对电极造成消耗而干扰测定。利用该装置,他们选取对苯醌的电化学氧化还原过程,原位研究了溶剂效应对电化学过程的影响。对苯醌在乙腈溶剂中的循环伏安谱图显示出两对氧化还原峰,经原位NMR氢谱表征,对应着对苯醌的连续单电子得失过程。当体系中含有5 M水时,循环伏安谱图中只观察到一对氧化还原峰,结合原位NMR氢谱相应的变化,他们推断该过程涉及对苯醌的两电子转移。图1. 电化学原位NMR联用设计示意图当减少体系中的水含量至1 M时,跟踪电化学还原过程的NMR氢谱显示,在还原电位下,NMR谱图中距离对苯醌质子信号10 Hz处出现新峰。他们通过测定扩散系数并与实验对照,证实该过程涉及二聚体的形成。该工作为发展通用性强、电化学与NMR方法灵活应用、时间分辨率与谱图分辨率得到提升的电化学原位NMR联用技术的平台提供了新思路。研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上,论文的第一作者为厦门大学助理教授曹烁晖博士。图2. 循环伏安扫描与对应的原位NMR谱图该论文作者为:Shuo-Hui Cao, Zu-Rong Ni, Long Huang, Hui-Jun Sun, Biao Tang, Liang-Jie Lin, Yu-Qing Huang, Zhi-You Zhou, Shi-Gang Sun and Zhong Chen原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):In Situ Monitoring Potential-Dependent Electrochemical Process by Liquid NMR Spectroelectrochemical Determination: A Proof-of-Concept StudyAnal. Chem., 2017, 89, 3810, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b00249研究团队简介孙世刚,中国科学院院士,英国皇家化学会会士,国际电化学会会士,中国化学会常务理事、副秘书长,中国微米纳米技术学会常务理事,固体表面物理化学国家重点实验室学术委员会主任,973计划能源科学领域专家咨询组成员;研究方向为电催化、表界面电化学、谱学电化学、纳米材料、能源电化学等;主持包括国家重大科研仪器设备研制专项,国家杰出青年科学基金、国家“纳米科技基础研究”重大研究计划重点课题、国家“973”计划课题和科技部国际合作项目等重要科研课题。迄今已发表SCI收录论文470余篇,他引12000多次(单篇最高他引1900余次),获发明专利授权14项(含国际专利1项);曾获2013年国家自然科学奖二等奖(第一完成人)、2008年度教育部自然科学奖一等奖(第一完成人)、中法化学讲座奖(2015)、国际电化学会Brian Conway奖章(2010)、中国电化学贡献奖(2009)、全国模范教师(2015)、全国优秀科技工作者(2015)、全国优秀博士学位论文指导教师(2010)、国家级教学名师奖(2006)、全国先进工作者(2010)等荣誉。http://www.x-mol.com/university/faculty/10342陈忠,闽江学者特聘教授,国务院政府特殊津贴专家,福建省百千万工程领军人才,厦门大学电子科学与技术一级学科博士点和博士后流动站的学科带头人,现为中国物理学会理事、福建省等离子和磁共振研究重点实验室主任、福建省半导体照明工程技术研究中心主任、福建省半导体照明与显示行业开发基地主任;主要从事磁共振波谱与成像技术和光电检测技术研究,提出和发展了一系列高分辨NMR新方法;已主持国家863计划、国家自然科学基金科学仪器专项和重点、国家科技支撑计划子课题、科技部仪器专项子课题等30多项,发表论文中SCI收录320余篇,有2项美国专利和33项中国发明专利已授权,研究成果9次获得省部级科学技术奖(其中一等奖2项、二等奖4项)。http://www.x-mol.com/university/faculty/44747

来源: X-MOL 2017-08-09

三维DNA纳米机器信号探针构建超灵敏电致化学发光的生物传感器

Mucin1是一种跨膜蛋白,研究表明它在多种癌症早期含量显著增加,如乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌、前列腺癌等,因此,构建灵敏度高、选择性好、简便的Mucin1检测方法在临床诊断方面具有重要的意义。最近,西南大学的袁若教授(点击查看介绍)课题组报道了一种由蛋白-适配体复合物驱动的三维DNA纳米机器信号探针构建的高效电致化学发光(ECL)生物传感器并应用于Mucin1的灵敏检测。在三维DNA纳米机器信号探针的组装过程中,他们采用Mucin1-适配体复合物作为催化发夹组装的催化剂。这种方法可以在检测目标蛋白的过程中避免蛋白质与DNA之间的相互转换,实现蛋白质的直接循环,使检测过程更方便快速。同时在Mucin1-适配体复合物的循环使用过程中,通过催化发夹组装可以实现发光物质N-(4-氨丁基)-N-乙基异鲁米诺的有效固载。另外,CoFe2O4磁性纳米材料用作三维DNA纳米机器信号探针的固载基质,不仅可以实现快速分离,还能催化共反应试剂H2O2的分解产生羟基自由基,实现ECL信号的放大。该研究方案结合目标物Mucin1的循环和CoFe2O4的催化,实现了对Mucin1的灵敏检测,检测范围从1.0 fg•mL-1到1.0 ng•mL-1,检测下限为0.63 fg•mL-1。因此,这种策略可以为临床诊断(如微量蛋白检测)提供一种有效、灵敏的检测方法。相关结果发表在Analytical Chemistry 上。(A)三维DNA纳米机器信号探针的组装;(B)ECL生物传感器的制备过程及检测原理该论文作者为:Xinya Jiang, Haijun Wang, Huijun Wang, Ying Zhuo, Ruo Yuan and Yaqin Chai原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Electrochemiluminescence Biosensor Based on 3-D DNA Nanomachine Signal Probe Powered by Protein-Aptamer Binding Complex for Ultrasensitive Mucin 1 DetectionAnal. Chem., 2017, 89, 4280, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b00347导师介绍袁若http://www.x-mol.com/university/faculty/13979

来源: X-MOL 2017-07-31

以银纳米簇/二氧化钛复合纳米材料作为高效的电致化学发光信号探针

贵金属(Au、Ag、Pt等)纳米簇通常指的是由几个到约一百个原子组成的分子聚集体,具有生物相容性好、超小尺寸(<2 nm)、优异的光电性质、易于标记等特点,是极具应用潜力的新一代ECL探针,尤其是在生物传感和生物成像方面。然而,金属纳米簇的超小尺寸限制了其进一步的分离、纯化和固定;同时,金属纳米簇所构建的生物传感器ECL发光体的固载量有限,发光强度仍然较低,无法实现灵敏的生物检测。近日,西南大学袁若教授(点击查看介绍)课题组首次在二氧化钛纳米花(TiO2NFs)的表面以牛血清蛋白(BSA)为稳定剂生成银纳米簇(AgNCs),获得了显著增强的ECL发光信号。由于TiO2NFs的光催化性质,溶解氧将聚集在材料的表面,并在电化学扫描的条件下原位还原生成大量的共反应试剂活性中间体羟基自由基(•OH),TiO2NFs起到共反应促进剂的作用,显著增加了AgNCs的ECL发光强度。他们将该复合物应用于on-off-on体系,并以二茂铁(Fc)驱动AgNCs的信号转移,实现了β淀粉样蛋白(Aβ)的高灵敏检测,检测限为32 fg/mL。综上所述,该工作合成制备的银纳米簇/二氧化钛复合纳米材料具有显著增强的ECL信号和良好的生物相容性,不仅拓展了金属纳米簇在超灵敏生物检测中的应用,也开启了ECL生物传感器发展的新方向。这一研究成果发表于Analytical Chemistry 上。图1.(A)复合物Ag NCs-TiO2NFs的制备示意图;(B)ECL传感器的制备过程及检测原理;(C)复合物Ag NCs-TiO2NFs的ECL发光机理该论文作者为:Ying Zhou, Haijun Wang, Ying Zhuo, Yaqin Chai and Ruo Yuan原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Highly Efficient Electrochemiluminescent Silver Nanoclusters/Titanium Oxide Nanomaterials as a Signal Probe for Ferrocene-Driven Light Switch BioanalysisAnal. Chem., 2017, 89, 3732–3738, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b00090导师介绍袁若http://www.x-mol.com/university/faculty/13979

来源: X-MOL 2017-07-30

基于微流控芯片的神经细胞内Na+、K+、Mg2+、Ca2+的同时单细胞分析

在神经系统中,各种金属离子相互关联共同发挥着至关重要的作用。金属离子的超载或缺乏都会导致一系列神经退行性疾病。因此,神经系统中各种金属离子的检测对于神经系统疾病的基础研究和临床检测至关重要。但是,目前基于大量细胞样品的金属离子检测方法会使个体细胞的异质性和多种金属离子之间的精确关联被群体细胞的平均数据掩盖。而金属离子的单细胞分析则有助于我们更好地认识以上问题。在单细胞金属离子检测中如何特异性地同时获取多种金属离子的信号并避免细胞中复杂的生物基质干扰是该领域研究所面临的重要挑战。山东师范大学唐波教授(点击查看介绍)课题组针对以上问题,将微流控芯片电泳技术与多色荧光检测相结合,成功地实现了单个PC-12细胞中Na+、K+、Mg2+、Ca2+的同时检测,方法原理如图1所示。作者首先将细胞内的Na+、K+、Mg2+、Ca2+用荧光探针进行衍生标记,然后在微流控芯片中,利用液压结合电场操控,完成单细胞的上样、装载及捕获。接下来在高压电场的作用下细胞发生溶膜,衍生化后的四种离子由于具有不同的荷质比,可通过芯片电泳得到高效分离。最后,他们利用课题组自行设计搭建的多色荧光检测系统,可同时得到单个细胞内四种金属离子的电泳谱图(图2)。作者通过建立的方法可以顺利实现单细胞内四种金属离子的同时定量检测,并且细胞内其他生物分子对检测无干扰。图1. 基于微流控系统的单个PC-12细胞内Na+、K+、Mg2+、Ca2+的同时测定原理图图2. 10组单个PC-12细胞内Na+、K+、Mg2+、Ca2+的电泳谱图作者进一步将Aβ25-35刺激后的PC-12细胞作为阿尔兹海默症的模型细胞,深入研究了该模型细胞中四种金属离子的变化情况。研究结果表明(图3),Aβ25-35的刺激会引起类神经元细胞内四种金属离子的失衡,使K+ 和Mg2+ 的浓度有所下降,Na+ 和Ca2+浓度则有所升高。作者对于四种离子浓度变化的原因也做了进一步分析。该研究方法为单细胞水平多种金属离子的同时分析提供了新的思路,研究结果为细胞内多种金属离子如何协同作用调节神经退行性疾病的研究提供了新的依据。这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上,文章的第一作者为山东师范大学的青年教师李璐。图3. (A)Aβ25-35刺激前后Na+、K+、Ca2+、Mg2+浓度变化的正态分布图;(B)Aβ25-35刺激前后Na+、K+、Ca2+、Mg2+浓度变化的柱状图该论文作者为:Lu Li, Yuanyuan Fan, Qingling Li, Renjie Sheng, Haibin Si, Juan Fang, Lili Tong, and Bo Tang原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Simultaneous Single-Cell Analysis of Na+, K+, Ca2+, and Mg2+ in Neuron-Like PC-12 Cells in a Microfluidic SystemAnal. Chem., 2017, 89, 4559, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b05045导师介绍唐波http://www.x-mol.com/university/faculty/12175

来源: X-MOL 2017-07-29
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