【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中科院大連化學物理研究所生物技術(shù)研究部分子探針與熒光成像研究組(1818組)徐兆超研究員團隊和新加坡科技設(shè)計大學劉曉剛教授團隊合作，發(fā)展了一種全分子多因素調(diào)控熒光團TICT的方法，設(shè)計出具有寬動態(tài)響應(yīng)范圍和梯度敏感性的熒光傳感器陣列，應(yīng)用于Aβ蛋白聚集動力學的監(jiān)測。該方法基于熒光分子的發(fā)光構(gòu)效關(guān)系，通過實驗和理論相結(jié)合的方式，深入理解分子發(fā)光機理，為工程化創(chuàng)制高性能的熒光分子提供了新思路和新方法。
 

　　通過抑制熒光分子受光激發(fā)后的扭轉(zhuǎn)分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移(Twisted Intramolecular Charge Transfer, TICT)，可以開發(fā)出高亮度、高穩(wěn)定性的熒光團。調(diào)控熒光團TICT性能可以設(shè)計具有不同敏感性的熒光探針以滿足探測生理環(huán)境多樣性的需求。分子工程方法依靠單個影響因素來調(diào)控TICT，如電子供體的供電子能力或共軛體系大小等，一直以來缺乏從分子結(jié)構(gòu)整體來系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和考量多種影響因素。
 

　　針對這一問題，本工作中合作團隊通過理論計算和實驗驗證，首先發(fā)現(xiàn)多個結(jié)構(gòu)因素對熒光團TICT態(tài)存在影響，包括發(fā)色團共軛鏈長度、分子是否帶電、供體模塊的供電性以及供體和發(fā)色團之間的幾何結(jié)構(gòu)的預扭轉(zhuǎn)等。
 

　　進一步，研究團隊以廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)檢測、粘度或pH指示劑的半花菁類熒光團為研究骨架，將多重影響因素系統(tǒng)考量指導分子結(jié)構(gòu)改造，設(shè)計合成了15種半花菁衍生物熒光陣列，發(fā)光顏色涵蓋整個可見光區(qū)(444至735nm)，并具有梯度靈敏度和不同動態(tài)響應(yīng)范圍(粘度響應(yīng)系數(shù)從0.46到0.97)。這種陣列的寬動態(tài)響應(yīng)范圍和梯度敏感性得益于熒光分子結(jié)構(gòu)的多樣性，最終實現(xiàn)了對Aβ蛋白聚集不同階段動力學的監(jiān)測以及對形成的Aβ纖維的熒光成像。
 

　　徐兆超團隊在理解和調(diào)控TICT這一淬滅熒光的光物理過程中做了系統(tǒng)性工作：通過結(jié)構(gòu)改造，抑制了TICT并創(chuàng)制了多種高亮度的熒光染料(J. Am. Chem. Soc.，2016)；發(fā)現(xiàn)了一種新型的光誘導分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移機制(Angew. Chem. Int. Ed.，2019)；實現(xiàn)了準確預測不同類型熒光染料TICT態(tài)的方法(Angew. Chem. Int. Ed. ，2020)；近期也對該領(lǐng)域的進展做了系統(tǒng)性的綜述(Chem. Soc. Rev.，2021)。
 

　　相關(guān)研究成果以“Monitoring Amyloid Aggregation via Twisted Intramolecular Charge Transfer (TICT)-Based Fluorescent Sensor Array”為題，于近日發(fā)表在《化學科學》(Chemical Science)上。該工作的第一作者是1818組博士后王超和博士研究生江文鈔。上述工作得到國家自然科學基金、我所創(chuàng)新基金等項目的資助。(文/圖 江文鈔、王超)