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光学工程
可用于细胞成像的超亮单分子探针

目前,以色列特拉维夫大学和瑞士日内瓦大学的研究人员开发出一种模块化分子方法,用于创建具有增强化学发光特征的探针,这种具有生物相容性的方法被证实可用于细胞成像。据该团队介绍,他们获得的化学发光量子效率比目前的商用标准高出3000倍。

研究人员运用其研究方法来创造一种特征酶化学发光探针,并验证了其在高质量细胞显微成像中的使用。该团队表示,这是首次利用非荧光素小分子化学发光探针进行细胞成像。


一种新型化学发光探针(左),比目前在犯罪现场使用的鲁米诺光亮度更高(右),与现有化学发光系统相比可以直接用于细胞成像(下图)。图片来源:美国化学学会

高亮度单分子探针的创造

典型的化学发光系统通常包含一个发射体分子,实现特性目标和两个附加分子的附着——荧光团和表面活性剂,其中两个分子用于光信号放大以达到检测水平。目前,鲁米诺和草酸酯等系统广泛地用于DNA检测和免疫分析等应用。然而,将分子光信号放大的过程是基于氧化机理,这会造成能量损失;同时由于含有表面活性剂,这类系统往往不具有生物相容性。

由Doron Shabat带领的研究小组通过“调整”发射分子的电子结构,在不使用荧光团或生物不相容表面活性剂的情况下完成光信号放大,这种方法的发明使得化学发光探针具有更高能效。 (这种方法的发明基于Schaap的无氧化步骤化学发光的单分子探测器。) Shabat及其同事通过插入多种不同的取代基,实现了单分子的化学发光量子效率的提高。

几种取代基的测试之后,研究人员发现,通过在发射体分子结构中添加丙烯酸酯和丙烯腈吸电子基能够将化学发光效率提升三个数量级。

单分子探测和细胞成像

研究人员利用其超亮单分子探针的设计方法进行了一些分析物和酶的定制生物相容性传感器的开发。通过β-半乳糖苷酶的细胞活性检测验证了方法的可行性。研究者称,研究结果显示该方法的化学发光细胞图像能够提供“前所未有的成像质量”。


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