诊断性药物亚ppt级聚苯乙烯涂覆纸的喷雾-质谱检测

药物疗法作为一种治疗疾病直接、快速的方法,长期以来得到人们的广泛使用。众所周知,每种治疗药物都有一定的诊断学范围,药物在人体血液中的含量偏高或偏低都达不到预期的治疗效果。为此,检测分析人体血样中特定药物化合物的含量对于精准治疗疾病具有重要的意义。尽管目前人们已发展了诸多精密度、准确度高的方法用于人体血样中药物化合物的检测,但是这些方法在样品分析前需繁琐的预处理、分析速度慢,不利于样品中药物化合物的实时、快速检测分析。近日,西安石油大学的张智平(点击查看介绍)团队与美国杨百翰大学的Daniel E. Austin(点击查看介绍)教授合作,发展了一种可用于快速、高灵敏度检测血液中诊断性药物化合物的聚苯乙烯涂覆纸喷雾-质谱检测的方法。纸喷雾电离源-质谱分析方法是近年来发展起来的一种可用于不同复杂样品中目标化合物的快速分析方法,该方法由于具有操作简单、价格低廉、分析速度快、样品分析前无需预处理等优点备受关注。该技术主要是采用价格低廉的纸基质作为样品载体和喷雾基质,用于复杂样品中目标化合物的检测。但是,当采用该方法对复杂样品,如血液中极性药物化合物进行分析时,由于纸基质表面的羟基与分析化合物的极性官能团之间存在较强的氢键、范德华力等作用力,导致目标分析物不能在较短的时间内从纸基质表面洗脱,降低了质谱分析的灵敏度,限制了该方法对复杂样品中药物化合物的快速、准确检测。西安石油大学的团队开发的聚苯乙烯涂覆纸喷雾-质谱检测方法很好地弥补了上述缺陷。众所周知,聚苯乙烯作为一种聚合物,表面不含任何极性官能团。当聚苯乙烯涂覆纸用于纸喷雾电离源-质谱分析时,可极大地削减药物化合物与纸基质之间的作用力,提高质谱分析的灵敏度。该团队巧妙地借助真空抽滤过程中的负压作用力,有效将聚苯乙烯微球均匀地涂覆在滤纸表面。这种涂覆方法不仅具有操作简单、涂层厚度可控、重复性好等优点,而且制备出的聚苯乙烯涂覆纸基质可用于纸喷雾电离源-质谱检测高灵敏度分析多种体液中的药物化合物。相比于未经涂覆的商品滤纸,采用聚苯乙烯涂覆的纸基质可将质谱对血样等样品中精神病诊断性药物化合物的分析灵敏度提高10-546倍,最低定量限可达到0.004 ng•mL-1。同时,该分析方法在药物化合物的分析过程中也表现出独特的稳定性和重复性。聚苯乙烯涂覆纸喷雾-质谱检测方法优异的性能使其可用于快速、高灵敏度检测不同复杂的样品,如全血、血清、尿样中的诊断性药物化合物。鉴于其分析速度快、价格低廉等特点,该方法有望广泛应用于临床诊断等领域,促进药物疗法对疾病的精准治疗。这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上,文章的第一作者是西安石油大学的硕士研究生王腾和郑亚君。该论文作者为:Teng Wang, Yajun Zheng, Xiaoting Wang, Daniel E. Austin, Zhiping 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):Sub-ppt Mass Spectrometric Detection of Therapeutic Drugs in Complex Biological Matrixes Using Polystyrene-Microsphere-Coated Paper SprayAnal. Chem., 2017, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b01296导师介绍Daniel E. Austinhttp://www.x-mol.com/university/faculty/5060 张智平http://www.x-mol.com/university/faculty/46691

来源: X-MOL 2017-11-18

基于D-π-A结构的近红外Aβ斑块探针的研究

注:文末有研究团队简介 及本文作者科研思路分析阿尔茨海默症(Alzheimer's Disease,AD)是一种慢性的神经退行性疾病,临床症状主要表现为记忆力丧失、空间识别障碍、感知功能缺失,是老年痴呆最主要的表现形式。最新的数据显示全球范围内已有2660万的AD患者,预计到2050年将达到一亿,将为家庭以及社会带来严重的负担。随着中国老龄化的加剧,大家在日常生活中也越来越多地听到有关AD的报道。造成AD的原因是多方面的,比如年龄、遗传、环境、脑创伤、抑郁、糖尿病、高血脂和血管因素等,AD早期准确诊断以及病况监测手段的缺失更进一步阻碍了治疗药物研究的进展。目前,β 淀粉样级联假说揭示了Aβ 斑块在脑内的缓慢沉积是AD的重要病理特征之一,而尸检在脑部发现Aβ 斑块也是AD确诊的金标准。因此,以Aβ 斑块作为靶点,开发与之具有高亲和力的分子探针,并利用分子影像技术就可以实现AD的早期无损伤诊断。近红外荧光成像技术能够有效穿透生物组织,避免生物自发光的干扰,相比核医学成像操作简便、价格低廉,尤其在药物筛选以及检测中呈现出巨大的优势。图1. 基于D-π-A结构的近红外荧光探针针对共轭π桥进行了系统的结构修饰,以探讨对光学性质和生物性质的影响。北京师范大学的崔孟超(点击查看介绍)团队在开发基于D-π-A结构的近红外Aβ 探针过程中发现探针的共轭π桥部分对于其光学性质以及生物性质起着至关重要的作用,因此在前期研究的基础上(J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 3388),他们通过调节探针分子中共轭双键的长度以及芳香环中含氮原子的个数,系统全面地研究了D-π-A类近红外Aβ 斑块分子探针的光学性质以及生物性质与共轭π桥之间的关系(图1)。首先,随着共轭双键的增长,探针的荧光发射波长、紫外吸收波长呈现出逐渐增加、最终达到饱和的趋势;荧光量子产率、结合Aβ 蛋白后荧光强度的增加值、与Aβ 蛋白的亲和力常数、通过小鼠血脑屏障的能力均呈现出先增加后降低的趋势;当共轭双键长度一定时,随着芳香环中含氮原子个数的增加,光学性质与生物性质均出现依次降低的规律;氮原子个数的增加也有效降低了探针的脂溶性。图2. 探针PHC-4在AD转基因小鼠和正常对照小鼠中活体荧光成像的结果(A)及探针在小鼠脑部荧光信号随时间变化的曲线(B)。此外,他们还成功筛选出性质优良的探针PHC-4,结合Aβ 蛋白后的荧光发射波长达到741 nm,能够清晰地对AD病人脑切片上的Aβ 斑块进行染色,与Aβ 蛋白具有高亲和性(Ki= 14.1 nM),并可以高效穿透血脑屏障(初始脑摄取值达到11.55% ID/g)。在活体的荧光成像中,PHC-4能够有效地区分转基因小鼠与正常小鼠(图2)。这一系统性的工作将为今后设计D-π-A类Aβ 探针提供重要的思路与依据。这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上,文章的第一作者为北京师范大学的博士研究生周凯翔。该课题组近期报道的其他相关文章还包括Anal. Chem., 2016, 88, 1944;Chem. Commun., 2016, 52, 12745;J. Med. Chem., 2015, 58, 6972;Chem. Commun., 2015, 51, 11665;Chem. Commun., 2014, 50, 11875;J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 3388。该论文作者为:Kaixiang Zhou, Hongcun Bai, Liang Feng, Jiapei Dai and Mengchao Cui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):Smart D-π-A Type Near-Infrared Aβ Probes: Effects of a Marked π Bridge on Optical and Biological PropertiesAnal. Chem., 2017, 89, 9432, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b02246崔孟超博士简介崔孟超,北京师范大学化学学院副教授,放射性药物教育部重点实验室副主任;2011年于北京师范大学取得博士学位,2009年至2011年在日本京都大学药学研究科博士联合培养,2011年8月起就职于北京师范大学。崔孟超的研究领域是面向疾病早期诊断的分子探针(荧光及放射性核素标记)的研究与开发,在相关领域发表SCI论文50余篇,包括以第一或通讯作者发表在J. Am. Chem. Soc.、Chem. Commun.、J. Med. Chem. 等杂志上;获授权发明专利3项,2012年北京市优秀博士论文奖,2014年获核医学领域重要奖项——肖伦青年科技奖。http://www.x-mol.com/university/faculty/8987 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:如上所述,我们的研究初衷是希望对基于D-π-A结构的近红外Aβ 探针的分子骨架与Aβ 斑块相互作用的规律进行总结。之前我们已经陆续报道了一些基于D-π-A结构的探针,也发现了一些规律,但还不够系统。因此,在该研究中我们进行了完善和拓展,产生的结果可以为设计新的探针提供思路以及数据支持。Q:研究过程中遇到哪些挑战?A:该研究中最大的挑战首先在于探针分子的合成,随着共轭双键的增加,合成纯化的难度也不断加大,需要一些操作技巧才能得到最终产物。其次,该工作的完成离不开多学科的交叉,从最初的分子设计、化学合成、计算机模拟、光学性质和生物性质(蛋白分子水平、组织切片水平到活体动物)的评价,研究者需要对多方面的知识以及实验技能具有熟练的掌握、工作量大且周期长,但这种系统以及深入的工作同样是我们实验室的特色。

来源: X-MOL 2017-11-17

一种可原位检测酶活性的沉淀型荧光探针

细胞内相关蛋白酶的原位成像检测具有非常重要的生物医学意义。过去几十年中,小分子荧光探针已经广泛用于细胞内各种酶活性的检测与成像研究。然而,已有的荧光探针大多是基于水溶性荧光染料,与酶作用后产生的荧光信号分子会快速扩散远离酶的反应位点,很难捕获细胞内相关酶的原位信息。近日,湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室、化学化工学院和生物学院共同建设的“分子科学与生物医学实验室(MBL实验室)”的张晓兵教授(点击查看介绍)研究团队开发出新型的适用于商业激光共聚焦显微镜的固态发光荧光染料,并进一步构建了酶荧光成像探针,实现了活细胞内碱性磷酸酶活性的原位成像检测。相关研究成果发表于国际化学期刊Angewandte Chemie International Edition。Figure 1. 荧光探针HTPQA的结构及响应机理的示意图。据文章报道,新开发的荧光染料在溶液中无荧光,具有极强的疏水性和固态荧光特性,其最大荧光激发/发射波长分别位于410/550 nm,适用于现有的商业激光共聚焦显微镜,且可以通过调控染料上的羟基来实现荧光信号的“开-关”。他们进一步合成的碱性磷酸酶探针具有灵敏度高、选择性好等优点。该探针能够解决传统水溶性探针信号易扩散、衰减的问题,从而实现碱性磷酸酶的原位成像检测,除此之外,还成功应用于成像检测骨肉瘤细胞及组织中碱性磷酸酶的活性。这一新型固态发光成像探针的开发呈现出固态发光荧光染料在蛋白酶原位成像检测中的巨大优势。Figure 2. 目标探针HTPQA(红色信号通道)与商品化ALP探针4-MUP在HeLa细胞中共同孵育的成像图。从成像结果可以看出:(A, B)HTPQA能够实现ALP的原位检测,而4-MUP则扩散至整个细胞质;(C, D)HTPQA信号稳定,长时间监测信号无明显扩散,而4-MUP的信号逐渐消失。湖南大学化学化工学院的博士研究生刘红文为论文的第一作者,张晓兵教授为文章的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委、教育部、科技部、湖南省科技厅等部门的科研经费资助。该论文作者为:Dr. Hong-Wen Liu, Ke Li, Dr. Xiao-Xiao Hu, Longmin Zhu, Qiming Rong, Yongchao Liu, Prof. Dr. Xiao-Bing Zhang, Prof. Dr. Jens Hasserodt, Prof. Dr. Feng-Li Qu, Prof. Dr. Weihong Tan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 Localization of Enzyme Activity in Live Cells by a Molecular Probe Releasing a Precipitating FluorochromeAngew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 11788, DOI: 10.1002/anie.201705747导师介绍张晓兵,教授,博士生导师长江学者特聘教授国家杰出青年科学基金获得者化学生物传感与计量学国家重点实验室副主任核酸适配体湖南省工程实验室主任Tel: +86-731-88821894E-mail: xbzhang@hnu.edu.cn 研究方向:新型有机小分子荧光探针的设计与合成;荧光生物探针在生物分析中的应用张晓兵,1971年出生于湖南耒阳,1998年于湖南大学获得有机化学硕士学位,2001年获得分析化学博士学位并留校任教,2003-2005年在法国里昂高等师范学校、瑞典皇家工学院从事生物有机化学方向博士后研究,2005年3月加入湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室,2006年起任湖南大学教授;分别于2008年6-9月以邀请教授的身份访问法国里昂高等师范学校,2009年2-8月以高级访问学者的身份到美国伊利诺伊大学香槟分校从事生物分析领域的科研合作;近6年在相关研究领域发表通讯作者SCI源刊论文87篇,其中影响因子> 5.0的论文64篇,包括J. Am. Chem. Soc. 5篇、Angew. Chem. Int. Ed. 4篇、Anal. Chem. 28篇等,6篇论文为ESI高引论文(1% TOP),8篇论文他引超过100次;曾获2001年湖南省科技进步二等奖,2004年湖南省优秀博士学位论文及全国优秀博士学位论文提名,2008年教育部自然科学一等奖,2008年中国专利优秀奖及2013年湖南省自然科学一等奖;曾主持国家自然科学基金项目4项,国家“973”计划课题1项等;现任《分析化学》及《中国科学-化学》编委;2007年入选教育部新世纪优秀人才计划项目,2011年获湖南省杰出青年科学基金资助,2013年获国家杰出青年科学基金资助,2015年入选湖南省芙蓉学者特聘教授,2016年入选湖南省科技领军人才、国家中青年科技创新领军人才、教育部长江学者特聘教授。http://www.x-mol.com/university/faculty/10111 代表论文:1. Hong-Min Meng, Hui Liu, Hailan Kuai, Ruizi Peng, Liuting Mo and Xiao-Bing Zhang*, Aptamer-integrated DNA nanostructures for biosensing, bioimaging and cancer therapy, Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 2583-2602.2. Huanhuan Fan, Guobei Yan, Zilong Zhao, Xiaoxiao Hu, Wenhan Zhang, Hui Liu, Xiaoyi Fu, Ting Fu, Xiao-Bing Zhang* and Weihong Tan*, A Smart Photosensitizer-MnO2 Nanosystem for Enhanced Photodynamic Therapy via Reducing Glutathione Levels in Cancer Cells, Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 5477-5482. 3. Yifan Lv, Rong Hu, Guizhi Zhu, Xiao-Bing Zhang*, Lei Mei, Qiaoling Liu, Liping Qiu, Cuichen Wu, Weihong Tan*, Preparation and biomedical applications of programmable and multifunctional DNA nanoflowers, Nature Protocols, 2015, 10, 1508-1524. 4. Zhi-Ling Song, Zhuo Chen*, Xia Bian, Li-Yi Zhou, Ding Ding, Hao Liang, Yu-Xiu Zou, Shan-Shan Wang, Long Chen, Chao Yang, Xiao-Bing Zhang*, and Weihong Tan*, Alkyne-Functionalized Superstable Graphitic Silver Nanoparticles for Raman Imaging, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 13558-13561. 5. Hao Liang, Xiao-Bing Zhang*, Yifan Lv, Liang Gong, Ruowen Wang, Xiaoyan Zhu,Ronghua Yang* and Weihong Tan*. Functional DNA-Containing Nanomaterials: Cellular Applications in Biosensing, Imaging, and Targeted Therapy, Acc. Chem. Res., 2014, 47, 1891-1901.6. Zilong Zhao, Hongmin Meng, Nannan Wang, Michael J. Donovan, Ting Fu, Mingxu You, Xiao-Bing Zhang*, Weihong Tan*, A Controlled-release Nanocarrier with pHe-driven Targeting and Translocation for Drug Delivery, Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 7487-7491.7. Tao Chen, Cuichen Sam Wu, Elizabeth Jimenez, Zhi Zhu, Joshua G. Dajac, Mingxu You, Da Han, Xiao-Bing Zhang*, and Weihong Tan*, DNA Micelle Flares for Intracellular mRNA Imaging and Gene Therapy, Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 2012-2016.8. Cuichen Wu, Da Han, Tao Chen, Lu Peng, Guizhi Zhu, Mingxu You, Liping Qiu, Kwame Sefah, Xiaobing Zhang*, Weihong Tan*, Building a Multifunctional Aptamer-Based DNA Nanoassembly for Targeted Cancer Therapy. J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 18644-18650.9. Mingxu You, Yan Chen, Xiao-Bing Zhang*, Haipeng Liu, Ruowen Wang, Kelong Wang, KathrynR.Williams, and Weihong Tan*, An Autonomous and Controllable Light-Driven DNA Walking Device. Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 2457-2460.10. Tao Chen, Ismail Oecsoy, Quan Yuan, Ruowen Wang, Mingxu You, Zilong Zhao, Erqun Song, Xiao-Bing Zhang*, Weihong Tan,* One-Step Facile Surface Engineering of Hydrophobic Nanocrystals with Designer Molecular Recognition, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 13164-13167.11. Liu Yang, Ling Meng, Xiao-Bing Zhang*, Yan Chen, Guizhi Zhu, Haipeng Liu, Kwame Sefah and Weihong Tan*, Engineering Polymeric Aptamers for Selective Cytotoxicity. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 13380-13386.12. Li-Min Lu, Xiao-Bing Zhang*, Rong-Mei Kong, Bin Yang, Weihong Tan*, Ligation-triggered DNAzyme Cascade for Amplified Fluorescence Detection of Biological Small Molecules with Zero-Background Signal. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 11686-11691.

来源: X-MOL 2017-11-14

可用于宏观和微观检测阿尔茨海默症生物大脑中活性氧水平的新型小分子荧光探针

阿尔茨海默症(Alzhemier's disease, AD)是一种原发性神经退行性疾病,其发病机理十分复杂,临床上尚无有效的治疗药物。活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)对正常生理功能起着十分重要的作用,但高水平的ROS会引起许多疾病,如AD、癌症以及糖尿病等。虽然利用小分子探针或者纳米颗粒探针开展细胞内ROS的研究已有相关报道,但利用小分子探针检测大脑中ROS水平的方法尚无文献报道。麻省总院/哈佛大学医学院Martinos Center分子影像中心的冉崇昭(点击查看介绍)课题组利用荧光棒发光原理设计合成的近红外小分子探针填补了这一空白。当草酸酯类化合物与H2O2混合时,草酸酯将部分转化为1,2-二氧杂乙二酮,该类化合物不稳定,会立即分解产生CO2并释放出光子,从而产生化学发光,这就是我们日常生活中所见到的荧光棒发光原理。根据草酸酯可与ROS发生化学反应的原理,该课题组设计合成了一种基于草酸酯姜黄素衍生物的近红外分子探针CRANAD-61。该分子探针不仅能在宏观水平上检测脑中ROS的浓度,还能通过双光子成像在微观水平上检测Aβ斑块周围的ROS浓度。CRANAD-61与AD大脑中的ROS发生反应引起光谱的蓝移,该波长的蓝移在整体动物成像时表现为一种“可见”至“不可见”的转化,而在双光子成像时该现象可用于鉴别Aβ斑块是否处于“活性”状态(如下图)。体外实验表明,CRANAD-61有较长的激发和发射波长、合适的脂水分布系数logP,适合近红外荧光成像。溶液测试表明该探针与所有的ROS都具有很好的响应,并且检测浓度达到纳摩尔级。该探针还具有良好的血脑屏障通透性,整体小鼠成像实验(宏观水平)进一步证明了CRANAD-61可用于AD大脑中ROS的成像研究,并可监测AD转基因小鼠大脑中ROS浓度随年龄的变化情况。在微观条件下,双光子显微成像实验也证明了该探针光谱位移的变化情况,进而可以反映在“活性”Aβ斑块周围ROS的局部浓度。因此,CRANAD-61是一种具有快速响应和高灵敏度的新型ROS探针,该研究为深入探索ROS与AD的发生、发展之间的关系提供了理论依据,并为AD治疗药物的研究以及AD的临床诊断提供技术支持。Figure. In vivo dual-color two-photon imaging of CAA (a) and plaques (c) of APP/PS1 mice after i.v.  injection of CRANAD-61 at different time points, indicating that  CRANAD-61 was able to cross BBB and specifically label plaques and CAAs. Over the time of imaging, intensity in red fluorescence channel decreased while intensity in green fluorescence channel increased, indicating ongoing conversion of CRANAD-61 into CRANAD-5 (b and d) (e) Example of an amyloid plaque co-labeled with FSB and CRANAD-61 imaged in vivo at high magnification. Image was superimposed from acquisition at 800nm excitation (FSB, blue channel) and 900nm excitation (CRANAD-61, red and green channel). A heat map of the fluorescence intensity ratio between green and red channels (e') indicated microregions in the plaque with a higher conversion rate (arrow). (f) Representative images of one plaque that showed no decrease in the red fluorescence intensity at 5 min, 20 min or 60 min (arrow), while the free dye in the blood was significantly reduced. 这一成果近期发表在Proceedings of the National Academy of Sciences USA 上,文章的第一作者是中国药科大学的联合培养博士生杨剑、张学丽和耶鲁大学的袁鹏博士。该论文作者为:Jian Yang, Xueli Zhang, Peng Yuan, Jing Yang, Yungen Xu, Jaime Grutzendler, Yihan Shao, Anna Moore, Chongzhao Ran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):Oxalate-curcumin based probe for imaging reactive oxygen species at micro- and macro-levels in Alzheimer's diseaseProc. Natl. Acad. Sci. USA., 2017, DOI: 10.1073/pnas.1706248114冉崇昭博士简介冉崇昭,麻省总院/哈佛医学院助理教授。冉崇昭博士先后于中国药科大学和上海医药工业研究所取得硕士和博士学位,随后在芝加哥大学和哈佛医学院从事博士后研究工作。2010年起先后担任麻省总院/哈佛大学医学院讲师和助理教授。冉崇昭主要研究方向:针对阿尔茨海默症(AD)新型近红外小分子荧光探针的研究;AD中氧化应激作用机制的研究;针对AD诊断新型PET显影剂的研究;新型双光子分子探针的研究;用于AD药物治疗新方法的研究;用于糖尿病及肥胖症新型分子探针和新方法的研究以及新型光学成像技术的研究。冉崇昭发表论文50多篇,包括J. Am. Chem. Soc.、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Sci.、Chem. Commun.、Sci. Rep.、PLOS One.、J. Vis. Exp.、Mol. Imaging Biol. 等杂志,2012年起担任Amer. J. Nucl. Med. & Mol. Imaging、Sci. Rep. 编委,Contrast Media & Molecular Imaging 特邀编委,2010年起多次获得美国国立卫生院研究基金。冉崇昭http://www.x-mol.com/university/faculty/46679课题组链接https://scholar.harvard.edu/ranlab

来源: X-MOL 2017-11-11

基于醇溶剂诱导银簇荧光增强的尿碘分析技术

碘是机体必需的微量元素之一,是合成甲状腺激素必不可少的基本成分,对维持人体正常的生长发育和新陈代谢至关重要。机体摄入的碘经人体代谢后大多随尿液排出,尿液中碘离子的浓度是衡量机体碘状况的重要指标。因此,尿碘的检测具有十分重要的意义。近日,曲阜师范大学化学与化工学院的王桦教授(点击查看介绍)研究团队提出了一种基于醇溶剂诱导银簇荧光增强策略的荧光分析技术,并将其应用于尿液中碘离子的快速检测。他们制备了一种红色荧光银纳米簇,进而系统考察了不同溶剂对银簇荧光特性的影响,发现醇溶剂(例如异丙醇)可显著增强银簇的水相荧光强度,尤其是使之获得对碘离子特异性识别的能力(“能量注入”途径),由此发展了一种基于醇溶剂诱导银簇荧光增强的碘离子荧光检测技术,并成功应用于尿液样品中碘离子的快速、特异、灵敏分析。Alcohol solvents especially isopropanol can endow silver nanoclusters enhanced red fluorescence and specific iodide recognition towards the fluorescence quenching. 该荧光分析技术的优势在于:(1)醇溶剂诱导效应显著增强了银纳米簇的荧光强度,进而提高了分析方法的检测灵敏度;(2)醇溶剂的引入使银纳米簇探针获得了对碘离子的高选择性响应,而碘酸根和其他卤素离子(F-、Cl-、Br-)基本无干扰;(3)以红色荧光银簇探针检测复杂样品(如血和尿样)中的目标物(碘离子),极大地避免了其他背景荧光物质的干扰。这一成果不仅提供了一种通过溶剂诱导效应增强探针荧光并赋予其特异目标物识别能力的新思路,而且有助于扩大纳米贵金属荧光探针在临床、食品、环境检测领域的应用范围。该研究成果近期发表在Chemical Communications 上,第一作者为曲阜师范大学的硕士研究生冯路平。该工作受到国家自然科学基金(No. 21675099, 21375075)和山东省“泰山学者”建设工程基金的资助。该论文作者为:Luping Feng, Zongzhao Sun, Huan Liu, Min Liu, Yao Jiang, Chuan Fan, Yuanyuan Cai, Sheng Zhang, Jihong Xu, Hua Wang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):Silver Nanoclusters with Enhanced Fluorescence and Specific ion Recognition Triggered by Alcohol Solvents: A Highly Selective Fluorimetric Strategy for Iodide Ions in UrineChem. Commun., 2017, 53, 9466, DOI: 10.1039/C7CC04924B导师与研究团队介绍 王桦,博士、教授、海归华侨、曲阜师范大学教授、博士生导师、医药与材料应用技术研究所所长;哈尔滨工业大学博士生导师/兼职教授,济南大学兼职教授;山东省“泰山学者”海外特聘专家、陕西省“百人计划”特聘专家、山东省智库高端人才库专家、山东省教育教学指导委员会(化学类)副主任委员等;主要从事环境与医学检测器件、纳米材料、有机合成与药物设计等领域的研究,基础研究与应用技术研发并重;近年来,以第一或通讯作者在Green Chem. (5篇)、Anal. Chem. (11篇)、Chem. Commun.(7篇)、Biomaterials、Clin. Chem.、Adv. Synth. Catal.、J. Org. Chem. (10篇)、Org. Chem. Front. (9篇)、Biosens. Bioelectron. (17篇)、Nanoscale (3篇) 、J. Mater. Chem. (5篇)等国际期刊发表SCI收录论文140余篇(其中,Q1区论文108篇,IF大于5.0的论文49篇),论文他引2300余次;申请国家发明专利46项(已授权13项,含美国发明专利1项),并拥有多项应用性产品技术;致力于产学研技术成果推广,由此获得中国技术市场最高奖——第八届中国技术市场“金桥奖”先进个人 (2016年11月,北京,人民大会堂)、“科学中国人”2016年年度人物提名等。http://www.x-mol.com/university/faculty/21155

来源: X-MOL 2017-11-09

一种灵敏度和选择性更高的氧化石墨烯放大荧光各向异性法

荧光各向异性法是一种均相、可靠的传感方法。在恒定温度和一定的溶液粘度下,荧光各向异性值依赖于荧光基团的分子体积或质量。由于荧光各向异性值是比率信号,所以不受荧光团的光漂白和仪器参数影响,广泛应用于多种靶物的检测。然而,由于多数检测对象分子质量较小,通常不能产生明显的信号变化。为了解决该问题,西南大学的黄承志教授(点击查看介绍)和甄淑君副教授(点击查看介绍)团队发展了一种通用的新型氧化石墨烯(GO)放大荧光各向异性的方法实现了生物小分子和大分子的检测(Chem. Commun., 2015, 51, 16080)。但在该方法中,靶物和荧光探针反应的比率是1:1,检测灵敏度受到限制。如何使检测信号进一步增强以提高检测的灵敏度成为该团队关注的问题。在前期工作的基础上,他们进一步利用双核酸催化组装技术(CHA)辅助GO放大荧光各向异性值,构建了一种新型的荧光各向异性传感方法,实现了miRNA-21的灵敏检测。该团队首先利用其前期构建的方法将染料修饰的探针DNA(pDNA)间接固定在GO表面以提高检测方法的准确性。CHA系统包括两个DNA发卡结构(H1和H2),H1和H2部分互补。由于H1和H2的交叉反应被分子内杂交阻断,因此不能自发杂交。体系加入miRNA-21后,H1的颈部被打开,暴露出与H2互补的部分,从而引发H1和H2的组装。H1和H2杂交后可释放出miRNA-21,miRNA-21又能激发更多H1和H2组装,实现无酶循环放大信号。同时,H1-H2双链能通过链置换反应与pDNA组成H1-H2-pDNA复合体,并使pDNA从GO上释放,导致荧光各向异性值降低。因此,该团队通过降低的荧光各向异性信号实现了miRNA-21的灵敏检测,其灵敏度比没有CHA的方法提高了4.3倍,检测限降低了194倍。此外,该团队还发现当在检测系统中引入CHA后,方法的选择性也得到了大幅度提高。该方法还被成功用于检测不同细胞中的miRNA-21,提高了传统GO放大荧光各向异性法的灵敏度和选择性,有望应用于临床诊断。这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上,文章的第一作者是西南大学的副教授甄淑君。该论文作者为:Shu Jun Zhen, Xue Xiao, Chun Hong Li, Cheng Zhi Huang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):An Enzyme-Free DNA Circuit-Assisted Graphene Oxide Enhanced Fluorescence Anisotropy Assay for MicroRNA Detection with Improved Sensitivity and SelectivityAnal. Chem., 2017, 89, 8766, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b00955甄淑君博士简介甄淑君,西南大学副教授,2011年毕业于西南大学获取博士学位,并留校任教;2014年任副教授,2013年12月至2014年12月以访问学者身份在美国德克萨斯大学奥斯汀分校从事研究工作。甄淑君的主要研究方向是功能纳米材料在生化药物分析中的应用,以第一作者及通讯作者的身份在Anal. Chem.、Chem. Commun.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Biosens. Bioelectron.等国际刊物发表论文20余篇。黄承志http://www.x-mol.com/university/faculty/13972甄淑君http://www.x-mol.com/university/faculty/45908 http://222.198.118.160/s/chemistry/szxx/20151222/180960.html

来源: X-MOL 2017-11-01

肿瘤细胞的精准影像分析

肿瘤,尤其是恶性肿瘤(癌症)成为人类死亡的主要原因之一。有效区分正常细胞和肿瘤细胞对于癌症的早期预防和治疗具有重要意义。近日,江南大学的匡华教授团队构建了一种同时定量探测细胞内micro RNA和端粒酶水平的高灵敏探针,为细胞癌变的精确测定提供了有效手段。细胞内端粒酶是一种核糖核蛋白逆转录酶,能够延长端粒的长度,从而响应细胞的正常凋亡,探测细胞内端粒酶的活性可预测细胞的癌变。microRNAs是长度为18-24个核苷酸的非编码小分子RNA,microRNA能促进癌症的复发和转移,可以作为诊断和预测癌症发生的生物标志物。目前,microRNA家族和端粒酶的体外测定已有较多的报道。体外测定需要提取、分离和富集等步骤,在此过程中,microRNA易受到环境中RNA酶的作用而降解,microRNAs的水平在0.35-1.20 amol/ngRNA,细胞内端粒酶的浓度在10-12~10-11IU之间,提取液中端粒酶活性的保持也具有重要的影响。因此,发展多种类肿瘤标志物原位、定量、高灵敏分析的方法对于癌症的早期准确诊断具有重要意义。江南大学的匡华教授团队设计了基于金纳米棒和上转换纳米粒子(UCNP)的卫星式组装结构:首先利用能与microRNA 21(miRNA-21)识别的核酸片段组装形成金棒二聚体,然后通过能与端粒酶识别的核酸片段将UCNP与金棒连接。当细胞中含有目标miRNA-21时,金棒二聚体解离产生拉曼信号;细胞中的端粒酶作用能够使UCNP从金棒表面脱落,从而产生上转换发光信号。组装结构在细胞内的稳定性较好,两种信号互不干扰,microRNA 21(miRNA-21)检测限为0.011 amol/ngRNA,端粒酶的检测限低至3.2×10−13 IU,完全满足细胞内microRNA和端粒酶的高灵敏定量分析需求。在实现定量检测的同时,他们分别利用拉曼信号、上转换发光信号进行细胞拉曼成像和激光共聚焦荧光成像,可以直观地区分癌变细胞(Hela细胞、MCF-7细胞)和正常细胞(primary uterine fibroblast 细胞),为监测活细胞内生命物质的变化以及癌细胞的精确定位提供了有力的手段。相关工作发表在Journal of the American Chemical Society 上。江南大学的马伟副教授、硕士生付盼和博士后孙茂忠为论文的共同第一作者。此外,该团队利用石墨烯与金纳米粒子的组装形成具有圆二色光谱(CD)和拉曼信号响应的高灵敏纳米探针,实现了肿瘤细胞从“外“到“内”的精确测定。该双重检测探针对肿瘤细胞表面癌症标志物-上皮细胞黏附分子(EpCAM)以及细胞内肿瘤标志物miR-21的检测限分别是3.63 pg/mL和0.03 amol/ng RNA。相关工作发表在Advanced Materials 上,江南大学的马伟副教授、博士后孙茂忠为论文的共同第一作者。1. 该论文作者为:Wei Ma, Pan Fu, Maozhong Sun, Liguang Xu, Hua Kuang and Chuanlai Xu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):Dual Quantification of MicroRNAs and Telomerase in Living CellsJ. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 11752, DOI: 10.1021/jacs.7b036172. 该论文作者为:Wei Ma, Maozhong Sun, Pan Fu, Si Li, Liguang Xu, Hua Kuang, Chuanlai Xu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):A Chiral-Nanoassemblies-Enabled Strategy for Simultaneously Profiling Surface Glycoprotein and MicroRNA in Living CellsAdv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201703410

来源: X-MOL 2017-10-31

超灵敏RNA纳米线结构适体传感器用于茶碱的检测

茶碱作为治疗呼吸道疾病的重要药物之一广泛应用于临床研究中,然而受毒副作用和安全范围的影响,该类药物在投入使用时具有许多限制。因此,对茶碱分子的高灵敏度持续检测方法的探索十分必要。最近,中科院苏州医工所的缪鹏副研究员和苏州大学的潘越副教授合作设计并构建了基于RNA纳米线结构的适体传感器并用于快速、简便且高灵敏地检测茶碱分子。适体传感器与传统的免疫传感器相比,具有低成本、高特异性、高灵敏度等许多优点,在临床医药、食品检验、环境检测等各个领域具有潜在的用途。该工作中引入茶碱分子的RNA适体,并将其设计成两段探针,当体系中存在茶碱分子时,一段发夹状RNA探针打开,并与茶碱分子及另一段探针自组装形成RNA纳米线,最终被电极表面可与RNA配对的DNA四面体捕获。随后他们通过进一步地修饰银纳米颗粒并检测其溶出电流就可以计算出茶碱分子的浓度。该方法具有极高的灵敏度,检测限可低至50 nM,并可用于分析复杂的生物样品,具有极高的实用价值。相关研究结果发表在Biosensors and Bioelectronics 杂志上。该研究工作得到国家自然科学基金项目(No.81771929, 31400847, 51402203)、教育部第49批“留学回国人员科研启动基金”、江苏省自然科学基金(No.BK20140326)、江苏省高层次创新创业人才“世界名校博士计划”及苏州市科技计划(No.SYG201605, SYG201736)科研经费的资助。该论文作者为:Jue Wang, Wenbo Cheng, Fanyu Meng, Mo Yang, Yue Pan, Peng Miao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):Hand-in-hand RNA nanowire-based aptasensor for the detection of theophyllineBiosens. Bioelectron., 2018, 101, 153, DOI: 10.1016/j.bios.2017.10.025(本文由朱健良供稿)

来源: X-MOL 2017-10-28

基于微流芯片的高重复单分子表面增强拉曼检测

单分子光谱检测技术在材料科学、分析化学和生物诊断方面具有重要的意义。近年来,将微流芯片与SERS结合可以实现快速、简便的光谱检测。然而,SERS测量一直存在重复性和增强能力难以兼得的矛盾,限制了定量SERS技术的发展。另外,微流系统中化学反应物或分析物的吸附导致芯片产生“记忆效应”,进一步提高SERS微流控芯片的检测灵敏度十分困难。针对这一问题,首都师范大学的李志鹏教授等人在大量随机的SERS热点中寻找解决重复率问题的新途径(图1)。研究人员利用光化学还原法,先在沟道内制备出银纳米颗粒聚集体作为初始的SERS基底;经过去离子水冲洗后,再对其进行二次曝光,真正“催熟”基底。在“催熟”过程中,“记忆”在纳米颗粒上的反应残余物经过二次光还原,成为新的纳米颗粒,从而产生更多的SERS“热点”,极大地提高了基底的增强能力。同时,其他不利于光谱测量的残余分子也由于光致漂白作用被消除。实验证明,这种二次曝光还原法可以很大程度上去除微流芯片中的“记忆效应”,提高光谱的信噪比,双分子分析(Bianalyte)测量证明其检测极限可以达到单分子量级。该工作还建立了标准的二次SERS基底生长和检测流程,统计出单分子SERS检测的重复率达到50%。该微流芯片还实现了对10-13 M极微量药物分子(5-氟尿嘧啶)和生物分子(血红蛋白)的有效光谱测量。这种高重复性的单分子SERS芯片技术对推动单分子动态监测、超灵敏光谱检测的芯片化以及定量化SERS检测具有重要的意义。图1. 左图:利用二次光还原法在微流沟道中制备高品质SERS基底的标准流程以及单分子SERS检测;右图:期刊扉页图片。相关成果发表在Advanced Materials 上,并遴选为扉页文章,第一作者为研究生闫文杰和杨龙坤博士,通讯作者为李志鹏教授。该工作得到合作者中科院物理所陈佳宁研究员等人的大力支持。该论文作者为:Wenjie Yan, Longkun Yang, Jianing Chen, Yaqi Wu, Peijie Wang, Zhipeng Li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 Two-Step Photoreduced SERS Materials for On-Chip Single-Molecule Spectroscopy with High ReproducibilityAdv. Mater., 2017, 29, 1702893, DOI: 10.1002/adma.201702893

来源: X-MOL 2017-10-28

武汉物数所Chemical Reviews:含膦探针分子31P核磁共振表征多相和均相催化剂的酸性

最近,应化学类顶级综述性期刊Chemical Reviews 杂志的邀请,中国科学院武汉物理与数学研究所的邓风研究员(点击查看介绍)和郑安民研究员(点击查看介绍)以及台湾原分所的刘尚斌研究员(点击查看介绍)合作撰写了关于“用含膦探针分子31P核磁共振表征多相和均相催化剂酸性”的综述论文,并被选为该杂志的封面文章发表。酸催化是现代石油化工生产中最重要的催化反应之一,酸催化剂的反应活性与其酸性(如种类、浓度、强度和分布)密切相关。目前工业生产中应用广泛的酸催化剂包括液体酸催化剂(如HF、H2SO4等)和固体酸催化剂(如沸石分子筛、金属氧化物等)。由于社会的进步和环保的要求,用环境友好的固体酸催化剂替代具有腐蚀性和污染性的液体酸催化剂已经成为必然的趋势。液体酸催化剂一般可以通过pH计精确测量其酸的强度,然而固体酸催化剂酸的强度测量一直是催化领域具有挑战性的难题,传统的测量方法包括Hammett指示剂法、程序升温脱附(NH3-TPD)和红外(IR)光谱法,但这些方法一般只能给出一些定性的信息,在酸强度的定量测量方面往往存在不足。在过去十年中,邓风、郑安民和刘尚斌研究员合作,发展了一套利用探针分子31P NMR化学位移实验观测值来定量测量固体催化剂酸强度NMR的方法,首次确定了三甲基氧膦探针分子的31P化学位移随催化剂Brønsted酸强度增加而线性增加的关系以及“超强酸”所对应的化学位移阈值为86 ppm。他们进一步提出利用不同尺寸大小的三烷基氧膦探针31P NMR的方法来实现对固体酸内外表面酸强度的定量测量。对于Lewis酸强度的测定,他们提出了基于三甲基膦探针分子31P NMR的方法,发现该探针分子的31P NMR化学位移与Lewis酸强度存在很好的线性关系。这一系列探针分子31P NMR的方法不仅能获得固体酸催化剂的酸种类(Brønsted/Lewis酸)、分布(内表面和外表面)和酸量的信息,而且能实现酸强度的定量测量。所建立的通过探针分子的NMR化学位移来定量测量固体酸催化剂Brønsted和Lewis酸强度的新方法实现了酸性表征从传统的定性测量到定量测量的转变。国际同行多次以“unique”、“reliable”、“versatile”、“practical”等评价所建立的31P NMR酸标尺,并广泛使用该方法来研究各种不同类型多相和均相催化剂的酸性。该综述文章共分为五个部分:第一部分介绍了酸催化在工业生产中的重要性、酸性与催化性能的关联,并分析了现有传统酸强度表征方法的优缺点;第二部分详细阐明了酸强度测定31P NMR标尺的理论基础;第三部分详细介绍了含膦探针分子NMR方法酸性表征实验的标准操作步骤和用于含膦探针分子酸性表征的一维和二维NMR的方法;第四部分系统讨论了含膦探针分子的31P NMR方法在固体酸催化剂(金属氧化物、复合金属氧化物、硫酸化金属氧化物、微孔和介孔分子筛、杂多酸、酸功能化高分子和MOF材料)、液体酸催化剂以及离子液体的酸性研究中的应用;最后,作者提出了展望,虽然探针分子31P NMR的方法已经从固体酸的表征扩展到液体酸的表征,但是还需要进一步建立该标尺与其他传统液体酸酸性表征方法之间的关联,以便将不同方法得到的结果进行比较。该研究工作得到国家自然科学基金委和中国科学院的支持。该论文作者为:Anmin Zheng, Shang-Bin Liu and Feng Deng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):31P NMR Chemical Shifts of Phosphorus Probes as Reliable and Practical Acidity Scales for Solid and Liquid CatalystsChem. Rev., 2017, 117, 12475, DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00289导师介绍邓风http://www.x-mol.com/university/faculty/23496 郑安民http://www.x-mol.com/university/faculty/23507 刘尚斌http://www.x-mol.com/university/faculty/45904 研究所官网报道:http://www.wipm.ac.cn/xwzx/zhxw/201710/t20171019_4875304.html

来源: X-MOL 2017-10-27

南京大学在基于纳米模拟酶的生物活体分析领域取得新进展

纳米模拟酶(nanozyme)是一类具有与某些天然酶类似生物催化活性的纳米材料。随着近几年纳米技术的飞速发展,这类人工模拟酶开始引起科研人员的研究兴趣。这主要是因为与传统的基于环糊精类化合物、金属有机化合物或者分子印迹聚合物等人工模拟酶相比,纳米模拟酶具有易于大规模制备、成本低廉、催化性能相对稳定等优势。此外,由于纳米模拟酶本身又是一种纳米材料,因此它们又具有纳米材料自身的特点,如比表面高,具有特殊的光、电、磁等物理化学性质等。正是这些独特的性质,纳米模拟酶在生物传感、生物医学与成像以及环保等领域表现出得天独厚的优势。金属有机骨架化合物(Metal-organic frameworks, MOFs)是近十年来迅猛发展的一类多孔化合物。它们往往通过不同金属离子/金属簇与配体之间的配位作用形成具有规则拓扑结构的无限网络骨架。由于配位金属离子/某些特殊配体本身还可以作为催化中心,因此MOFs在催化领域表现出广阔的应用前景。随着研究的深入,许多MOFs也发掘出纳米模拟酶的特性,从而赋予其更多的应用价值。但研究人员也发现许多制备的块体类MOFs生物催化活性并不是十分理想,主要是因为底物在这些块体类MOFs内部需要扩散较长的距离才能和催化中心发生反应。另一方面,块体类MOFs的比表面积往往不高,由此限制了研究人员通过调控其表界面化学的性质来设计高灵敏、高选择性的生物识别界面。在该研究中,南京大学、南京大学鼓楼医院及湖南大学的研究人员密切合作,通过“自下而上”的方法,以4-羧基金属卟啉为配体,制备了一系列具有二维拓扑结构的MOFs纳米片,它们基本都具有类过氧化氢酶的生物催化活性。进一步的研究表明,这些MOFs纳米片普遍具有比块体MOFs材料更高的类过氧化氢酶催化活性。一方面,这类MOFs纳米片具有比块体MOFs更高的比表面积;另一方面,底物扩散至催化中心的距离相比于块体MOFs大大降低。课题组的成员还深入研究了这类MOFs纳米片的催化机制,发现其类过氧化氢酶的催化活性主要来源于材料内部的金属卟啉本身而非配位金属离子。此外,对于不同的金属卟啉,基于铁卟啉的MOFs纳米片生物催化活性最佳,可用于设计新型的生物识别界面。研究人员发现这类MOFs纳米片的催化活性可以通过改变表面的电荷状态进行调控,而这一过程在块状MOFs材料或者单独的铁卟啉配体中难以进行。基于该原理,他们利用对肝素(heparin)具有选择性识别作用的多肽AG73调控MOFs纳米片的催化活性,并进一步建立一种肝素检测生物传感器。他们发现这种基于MOFs纳米片的生物传感器对于肝素的检测具有很好的灵敏度和选择性,完全可以用于生物体内肝素的检测。因此,他们将其应用于大鼠血液中肝素的检测,并进一步研究了大鼠体内肝素的代谢。基于MOF纳米片过氧化物酶活性的大鼠体内肝素的检测这一研究不仅为MOFs材料在生物医学领域的研究指明了新的方向和思路,也为临床肝素的检测发展了一种新的分析技术。该研究工作发表在近期的Analytical Chemistry 上。该论文作者为:Hanjun Cheng, Yufeng Liu, Yihui Hu, Yubin Ding, Shichao Lin, Wen Cao, Qian Wang, Jiangjiexing Wu, Faheem Muhammad, Xiaozhi Zhao, Dan Zhao, Zhe Li, Hang Xing and Hui Wei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):Monitoring of Heparin Activity in Live Rats Using Metal-Organic Framework Nanosheets as Peroxidase MimicsAnal. Chem., 2017, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b02895

来源: X-MOL 2017-10-26

SCIDY指导下的PET探针研发:TSPO靶向型探针[18F]FDPA的合成与神经炎症的影像研究

正电子发射断层扫描成像(Positron Emission Tomography,简称PET)的核心是利用正电子示踪剂在体内与生物靶标(受体、转运体、酶等)发生分子水平的作用,从而实现对疾病的早期诊断、鉴别诊断、肿瘤分期与疗效评估,是临床上广泛应用的显像技术。开发靶向型正电子示踪剂是推动PET领域发展的一个重要方向。转位蛋白(translocator protein, 18 kDa)TSPO是一种包含169个氨基酸的疏水性跨膜蛋白,由5个α螺旋结构的异喹啉结合蛋白组成。生理状态下,TSPO在脑内主要低水平表达于小胶质细胞,然而在神经炎症发生时,TSPO呈现高表达,目前已公认为脑内炎症的生物标志物,人们可以利用与其具有高亲和力的正电子示踪剂实现对TSPO的PET成像,从而对神经炎症进行无创性监测追踪,为研究神经系统变性疾病与神经炎症之间的关联提供了新的线索,成为研究相关疾病病因与治疗的新方向。在众多报道的TSPO靶向型正电子示踪剂中,[18F]DPA-714(Ki  = 7.0 nM)具有较高的信噪比和专一性,广泛应用于临床研究。作为DPA-714的衍生物,[18F]FDPA(Ki = 2.0 nM)分子结构中氟原子直接与芳香环相连,提供了更好的体内稳定性。但该结构中非活化芳香烃的F-18标记极具挑战,是制约系统性评价[18F]FDPA的重要因素。美国哈佛医学院/麻省总医院的梁欢教授和日本国立放射线医学综合研究所的张明荣教授课题组发展了一种基于螺环高价碘叶立德F-18标记的方法(简称SCIDY),可以实现非活化芳香烃的高效标记。该团队基于这种方法,使用金刚烷螺环辅基制备标记前体,经过系统的反应条件筛选,最终以27%的衰减校正产率实现了[18F]FDPA的自动化标记,该正电子药物比活度超过2 Ci/μmol,放化纯度超过99%,Log D 值测试为2.34。进一步的体外生物学分布实验表明,[18F]FDPA可以很快地从血液中清除(2 min/45 min ratio >10),并随着时间延长,肾脏的摄取量逐渐升高,提示示踪剂很可能通过泌尿系统进行排泄;组织分布上与TSPO的生理表达呈现专一性;由于正常脑TSPO表达量低,示踪剂在脑内的清除明显。随后,作者利用两种神经炎症相关的临床前模型(包括脑缺血和阿尔兹海默症)对[18F]FDPA的体内PET成像进行了探索,研究表明脑缺血一侧对[18F]FDPA的摄取量高于正常一侧的4至5倍,预注射TSPO靶向抑制剂PK11195后,信号明显降低,证明示踪剂在体内具有良好的专一性;阿尔兹海默症APP/PS1转基因老鼠模型脑部[18F]FDPA摄取量高于同等年龄正常鼠约2倍,提示该药物具有作为诊断AD等神经变性疾病的潜力。以上两种动物疾病模型的PET实验结果也通过体外放射自显影实验得到进一步的验证。[18F]FDPA在疾病动物模型中的PET影像研究。脑缺血模型:(A)注射[18F]FDPA;(B)预先注射PK11195后再注射[18F]FDPA;阿尔兹海默症模型:(C)正常老鼠;(D)APP/PS1转基因老鼠。这一成果近期发表在Journal of Medicinal Chemistry 上,文章的第一作者是哈佛大学医学院/麻省总医院的高级访问学者王璐博士、程然博士及日本国立放射线医学综合研究所的Fujinaga博士。该论文作者为:Lu Wang, Ran Cheng, Masayuki Fujinaga, Jian Yang, Yiding Zhang, Akiko Hatori, Katsushi Kumata, Jing Yang, Neil Vasdev, Yunfei Du, Chongzhao Ran, Ming-Rong Zhang, Steven H. Liang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):A Facile Radiolabeling of [18F]FDPA via Spirocyclic Iodonium Ylides: Preliminary PET Imaging Studies in Preclinical Models of NeuroinflammationJ. Med. Chem., 2017, 60, 5222, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.7b00432王璐博士简介王璐,副教授,北京大学博士,哈佛医学院/麻省总医院高级访问学者,师从哈佛大学梁欢教授,主要从事有机化学、放射化学、PET示踪剂的开发及分子影像临床前研究及临床转化工作,目前就职于暨南大学附属第一医院医学影像部,负责组建医用回旋加速器正电子药物生产研发中心。暨南大学附属第一医院医学影像部是广东省优势重点学科、临床重点专科和广东省高等学校珠江学者岗位(医学影像部主任为徐浩教授),目前拥有国内超一流的硬件平台,包括PET/CT-3.0T MRI多模式成像系统、320排640层动态容积CT、数字一体化介入复合手术室、SPECT/CT等一批国际先进的医学影像设备,尤其是PET/CT-3.0T MRI融合图像在中枢系统疾病和肿瘤等方面的诊断和疗效评估优势显著,为临床应用和科研拓展提供了当今最高水平的PET/CT和PET/MR分子影像技术。目前整个学科正着力于高水平分子影像科研平台建设、开发靶向型正电子示踪剂,并充分结合暨南大学附属第一医院的临床资源推进新药临床转化。

来源: X-MOL 2017-10-18

万能荧光棒“照亮”体内系列疾病标志物

自然界中存在的一些神奇的事物总能给人们带来很多灵感,如科学家们根据壁虎脚掌的特点发明了“黏性机器人”,依据翠鸟鸟喙的特点研发了新干线列车的车头,还有仿蝙蝠声纳的导盲手杖。这些看似常见却又奥妙无穷的生物及现象总是能不断带来惊奇的发现。近日,重庆大学的魏为力(点击查看介绍)团队从细胞器过氧化物酶体的过氧化氢生成与代谢过程中得到启发,制备了一系列的化学发光纳米探针,并成功运用该探针对多种代谢疾病标志物的活体及细胞内水平进行检测,更进一步将其运用于高通量抗糖尿病药物的筛选。图1. 过氧化物酶体启发的化学发光探针及其对细胞内生物标志物的检测。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.在几乎所有真核细胞的细胞器过氧化物酶体中,氧化酶催化生物分子产生H2O2,随后为了避免其毒性,产生的H2O2被一系列生物反应清除。受H2O2在过氧化物酶体内两步代谢反应的启发,重庆大学团队提出了通过氧化酶催化的生物标志物并释放H2O2作为信使用于细胞内生物标志物检测的新策略。这种新型仿生化学发光二氧化硅纳米探针可用于多种能进行氧化酶催化产生H2O2生物标志物的检测(如D-葡萄糖、L-乳酸、尿酸、乙醇、胆固醇和脂肪酸等)以及疾病诊断和药物筛选。此外,该工作的另一个亮点为所用的发光信号并非来源于传统的荧光,而是具有高灵敏度、高精准、对仪器要求低以及不需要激发光源等特点的化学发光。到目前为止,人们已经开发了基于鲁米诺、光泽精或过氧草酸酯在内的各种H2O2介导的化学发光系统。其中过氧草酸酯化学发光系统已广泛应用于荧光棒、鱼漂、生物诊断等商业产品,具有化学发光效率高、使用寿命长、可调谐的化学发光波长、H2O2检测高灵敏度和高选择性等特点。图2. 基于化学发光的多彩荧光棒。图片来自Wikipedia基于此,该团队构建了一种新型仿生化学发光二氧化硅纳米探针。首先,他们检测了一系列的生物标志物,包括葡萄糖、酒精、乳酸和尿酸,以验证这种探针对氧化酶催化生物标志物进行疾病诊断的检测能力。为了进一步证明其在药物开发中的潜在应用,他们将葡萄糖氧化酶吸附于仿生化学发光探针,并验证了其对胰岛素增敏剂类药物的筛选能力。图3. 葡萄糖仿生化学发光探针用于胰岛素增敏剂类药物的筛选。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.如图3所示,胰岛素抵抗的细胞在非胰岛素增敏剂药物如格列本脲、阿卡波糖等抗糖尿病药物的治疗下发光强度也没有明显的增高。然而,使用胰岛素增敏类药物罗格列酮治疗后,细胞内化学发光的强度显著提高。因此,利用这种技术可以方便、快速、大量地对潜在的胰岛素增敏药物进行筛选。这种仿生的化学发光纳米探针将开启多生物标志物检测及药物筛选领域的新篇章。这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上,文章的第一作者是重庆大学的博士研究生揭旭。该论文作者为:Xu Jie, Haimei Yang, Min Wang, Yue Zhang, Weili Wei, Zhining Xia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):Peroxisome-Inspired Chemiluminescent Silica Nanodevice for Intracellular Detection of Oxidase-Catalyzed Biomarkers and Its Application for Insulin Sensitizer Screening Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI:10.1002/anie.201708958导师介绍魏为力http://www.x-mol.com/university/faculty/18700

来源: X-MOL 2017-10-16

超分子OFET传感器,现场秒测冰毒

目前,全球各国都面临着安非他明(amphetamine)类兴奋剂滥用的严峻挑战,其中“名气”最大的莫过于“冰毒”——甲基安非他明。想必看过经典美剧《绝命毒师》的人都知道,冰毒制造相对简单,成本低廉,利润丰厚,是诸多贩毒团伙的摇钱树。各国政府纷纷加强安非他明类毒品的监管,不过要从生物样本(如尿样)中检测安非他明类毒品,往往需要专业的实验室、昂贵的仪器以及经过专业培训的操作人员,耗时长,无法做到执法现场的快速检测。因此,开发一种迅速、低成本、便携的安非他明类毒品检测设备就成为相当迫切的需求。近日,韩国基础科学研究所(IBS)的Kimoon Kim和Ilha Hwang以及浦项科技大学(POSTECH)的Joon Hak Oh等研究者开发了一种快速方便的新型便携式安非他明类毒品检测设备,可用于现场检测,几秒钟内即可出结果,不需要将样品送到实验室,甚至还能将结果发到智能手机上。相关论文发表于Cell Press旗下的Chem 杂志。图1. 高灵敏度有机场效应晶体管传感器。图片来源:Chem这种便携式检测设备的核心是一种有机场效应晶体管(OFET)传感器(图1),而传感器中的关键功能分子是能快速结合并高选择性检测安非他明类毒品的葫芦脲CB[7](cucurbit[7]uril)衍生物(图2A)。葫芦脲CB[7]衍生物作为主体分子可以和安非他明类客体分子结合,其中葫芦脲的空腔以及羰基通过憎水作用和离子-偶极作用将安非他明类分子包裹于其中,形成1:1的复合物,结合常数高达106 M-1。作者也给出了葫芦脲CB[7]衍生物分别与安非他明(图2B)及冰毒(图2C)结合的晶体结构。图2. 葫芦脲CB[7] 衍生物及与安非他明类分子的结合。图片来源:Chem安非他明类兴奋剂与葫芦脲CB[7]衍生物的结合会改变分子的电子分布,所产生的变化会被OFET捕捉并输出电信号,从而能以很高的灵敏度检测液体样本中的毒品。实验结果表明,这种OFET传感器对安非他明类分子的检测灵敏度在水溶液中可达到皮摩尔级,在尿液中的可达到纳摩尔级。如果将这种OFET传感器与集成电路(含有电池、天线、USB接口等)结合,整个检测装置就可以放置在一个“手环”中(图3D)中,非常便携,而且检测结果还可以通过蓝牙无线传输到指定的智能手机上(图3C)。图3. 高灵敏度OFET连接电路板及检测手环。图片来源:ChemKimoon Kim教授称,“这种装备结合了超分子化学分子识别的高选择性和OFET的高灵敏度,是首个可以实时监测液体中安非他明类分子的装置。”除了尿液和水溶液,Kim教授认为检测唾液和汗液也没有问题。不过,目前该设备还不能够辨别不同种类的安非他明类分子,这也是Kimoon Kim教授等人正在进一步研究的目标。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):Point-of-Use Detection of Amphetamine-Type Stimulants with Host-Molecule-Functionalized Organic TransistorsChem, 2017, DOI: 10.1016/j.chempr.2017.08.015(本文由PhillyEM供稿)

来源: X-MOL 2017-10-12

基于智能型温度响应聚合物的O-GlcNAc糖蛋白富集和质谱鉴定新策略

国家蛋白质科学中心、军事医学科学院放射与辐射医学研究所的秦伟捷研究员、钱小红研究员及东北大学的王建华教授课题组针对传统固态富集材料存在的固液界面传质阻力、常规施陶丁格基团功能化富集材料水溶性低与生物大分子相容性差等技术瓶颈,创新性地合成了具有超高水溶性的温度响应载体材料,建立了均相反应富集的新策略。他们通过调节富集体系的温度,可准确控制载体的溶解性:即富集时,载体完全溶解,与目标蛋白/肽段形成均相体系,降低富集反应的界面传质阻力,提高反应速率和富集效率。富集完成后改变体系温度可引发载体自组装,载体从溶液中完全沉淀,从而实现简单高效的样品回收。该温度敏感均相反应体系成功应用于在转录调控、营养代谢、信号转导、蛋白降解等生物过程中均发挥重要作用的O-GlcNAc修饰糖蛋白的富集,经质谱鉴定得到超过1700个可信度高的O-GlcNAc修饰蛋白,从而获得目前细胞水平研究中最大规模的O-GlcNAc数据集。Analytical Chemistry的两位审稿人一致给予了本文高度评价:该策略在基于“生物正交反应”的生物大分子富集鉴定中具有广阔的应用前景。该论文作者为:Wanjun Zhang, Tong Liu, Hangyan Dong, Haihong Bai, Fang Tian, Zhaomei Shi, Mingli Chen, Jianhua Wang, Weijie Qin and Xiaohong Qian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):Synthesis of a Highly Azide-Reactive and Thermosensitive Biofunctional Reagent for Efficient Enrichment and Large-Scale Identification of O-GlcNAc Proteins by Mass SpectrometryAnal. Chem., 2017, 89, 5810, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b04960作者简介:秦伟捷,国家蛋白质科学中心(北京)PI、研究员,研究方向为基于新材料和新试剂的蛋白质高灵敏度分析新技术,近年来围绕低丰度功能蛋白质、修饰蛋白质和多肽的规模化富集、质谱鉴定等手段发展了一系列的新方法。钱小红,军事医学科学院放射与辐射医学研究所研究员、蛋白质组学国家重点实验室副主任,973、863项目首席科学家,主要从事蛋白质组学技术、生物质谱及相关技术的研究和应用。王建华,东北大学副校长,分析科学研究中心主任,担任Talanta 副主编,Journal of Analytical Atomic Spectrometry、《分析化学》《分析科学学报》《分析试验室》《东北大学学报》等期刊编委。

来源: X-MOL 2017-10-11
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