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光學工程
可用于細胞成像的超亮單分子探針

目前,以色列特拉維夫大學和瑞士日內瓦大學的研究人員開發出一種模塊化分子方法,用于創建具有增強化學發光特征的探針,這種具有生物相容性的方法被證實可用于細胞成像。據該團隊介紹,他們獲得的化學發光量子效率比目前的商用標準高出3000倍。

研究人員運用其研究方法來創造一種特征酶化學發光探針,并驗證了其在高質量細胞顯微成像中的使用。該團隊表示,這是首次利用非熒光素小分子化學發光探針進行細胞成像。


一種新型化學發光探針(左),比目前在犯罪現場使用的魯米諾光亮度更高(右),與現有化學發光系統相比可以直接用于細胞成像(下圖)。圖片來源:美國化學學會

高亮度單分子探針的創造

典型的化學發光系統通常包含一個發射體分子,實現特性目標和兩個附加分子的附著——熒光團和表面活性劑,其中兩個分子用于光信號放大以達到檢測水平。目前,魯米諾和草酸酯等系統廣泛地用于DNA檢測和免疫分析等應用。然而,將分子光信號放大的過程是基于氧化機理,這會造成能量損失;同時由于含有表面活性劑,這類系統往往不具有生物相容性。

由Doron Shabat帶領的研究小組通過“調整”發射分子的電子結構,在不使用熒光團或生物不相容表面活性劑的情況下完成光信號放大,這種方法的發明使得化學發光探針具有更高能效。 (這種方法的發明基于Schaap的無氧化步驟化學發光的單分子探測器。) Shabat及其同事通過插入多種不同的取代基,實現了單分子的化學發光量子效率的提高。

幾種取代基的測試之后,研究人員發現,通過在發射體分子結構中添加丙烯酸酯和丙烯腈吸電子基能夠將化學發光效率提升三個數量級。

單分子探測和細胞成像

研究人員利用其超亮單分子探針的設計方法進行了一些分析物和酶的定制生物相容性傳感器的開發。通過β-半乳糖苷酶的細胞活性檢測驗證了方法的可行性。研究者稱,研究結果顯示該方法的化學發光細胞圖像能夠提供“前所未有的成像質量”。


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