徐兆超团队发展荧光传感器阵列监测淀粉样蛋白聚集

kejibu

近日，我所生物技术研究部分子探针与荧光成像研究组（1818组）徐兆超研究员团队和新加坡科技设计大学刘晓刚教授团队合作，发展了一种全分子多因素调控荧光团TICT的方法，设计出具有宽动态响应范围和梯度敏感性的荧光传感器阵列，应用于Aβ蛋白聚集动力学的监测。该方法基于荧光分子的发光构效关系，通过实验和理论相结合的方式，深入理解分子发光机理，为工程化创制高性能的荧光分子提供了新思路和新方法。
　　通过抑制荧光分子受光激发后的扭转分子内电荷转移（Twisted Intramolecular Charge Transfer, TICT），可以开发出高亮度、高稳定性的荧光团。调控荧光团TICT性能可以设计具有不同敏感性的荧光探针以满足探测生理环境多样性的需求。分子工程方法依靠单个影响因素来调控TICT，如电子供体的供电子能力或共轭体系大小等，一直以来缺乏从分子结构整体来系统发现和考量多种影响因素。
　　针对这一问题，本工作中合作团队通过理论计算和实验验证，首先发现多个结构因素对荧光团TICT态存在影响，包括发色团共轭链长度、分子是否带电、供体模块的供电性以及供体和发色团之间的几何结构的预扭转等。进一步，研究团队以广泛应用于蛋白质检测、粘度或pH指示剂的半花菁类荧光团为研究骨架，将多重影响因素系统考量指导分子结构改造，设计合成了15种半花菁衍生物荧光阵列，发光颜色涵盖整个可见光区（444至735nm），并具有梯度灵敏度和不同动态响应范围（粘度响应系数从0.46到0.97）。这种阵列的宽动态响应范围和梯度敏感性得益于荧光分子结构的多样性，最终实现了对Aβ蛋白聚集不同阶段动力学的监测以及对形成的Aβ纤维的荧光成像。

　　徐兆超团队在理解和调控TICT这一淬灭荧光的光物理过程中做了系统性工作：通过结构改造，抑制了TICT并创制了多种高亮度的荧光染料（J. Am. Chem. Soc.，2016）；发现了一种新型的光诱导分子内电荷转移机制（Angew. Chem. Int. Ed.，2019）；实现了准确预测不同类型荧光染料TICT态的方法（Angew. Chem. Int. Ed. ，2020）；近期也对该领域的进展做了系统性的综述（Chem. Soc. Rev.，2021）。
　　相关研究成果以“Monitoring Amyloid Aggregation via Twisted Intramolecular Charge Transfer (TICT)-Based Fluorescent Sensor Array”为题，于近日发表在《化学科学》（Chemical Science）上。该工作的第一作者是1818组博士后王超和博士研究生江文钞。上述工作得到国家自然科学基金、我所创新基金等项目的资助。（文/图 江文钞、王超）
　　文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/sc/d2sc06710b
       文章来源：大连化物所
       徐兆超，男，中国科学院大连化学物理研究所研究员。1979年生于山东青岛，2001年和2006年在大连理工大学先后获得学士和博士学位，2006年8月至2008年9月于韩国梨花女子大学做博士后研究，2008年10月至2011年7月在英国剑桥大学作为赫考尔•史密斯研究员从事研究工作，2011年以”百人计划”引进到大连化学物理研究所工作，成立“分子探针与荧光成像”创新特区研究组并任组长，2012年获中国科学院“百人计划”择优支持。研究工作主要涉及生物活性小分子的设计、合成及其在细胞以及活体中的成像和与人类健康及疾病相关的生物学问题研究。研究方向包括荧光探针与细胞成像，生物大分子DNA和蛋白质的荧光标记和荧光识别，和癌细胞荧光识别和活体检测。曾获得辽宁省优秀博士论文和大连理工大学十佳博士论文。在Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Biomaterials 等期刊发表论文33篇，论文总引用次数超过2000次，他引次数超过1700次，h指数20。