【儀表網 研發快訊】近日，中科院大連化學物理研究所生物技術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計大學劉曉剛教授團隊合作，發展了一種全分子多因素調控熒光團TICT的方法，設計出具有寬動態響應范圍和梯度敏感性的熒光傳感器陣列，應用于Aβ蛋白聚集動力學的監測。該方法基于熒光分子的發光構效關系，通過實驗和理論相結合的方式，深入理解分子發光機理，為工程化創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后的扭轉分子內電荷轉移(Twisted Intramolecular Charge Transfer, TICT)，可以開發出高亮度、高穩定性的熒光團。調控熒光團TICT性能可以設計具有不同敏感性的熒光探針以滿足探測生理環境多樣性的需求。分子工程方法依靠單個影響因素來調控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構整體來系統發現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，首先發現多個結構因素對熒光團TICT態存在影響，包括發色團共軛鏈長度、分子是否帶電、供體模塊的供電性以及供體和發色團之間的幾何結構的預扭轉等。
進一步，研究團隊以廣泛應用于蛋白質檢測、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考量指導分子結構改造，設計合成了15種半花菁衍生物熒光陣列，發光顏色涵蓋整個可見光區(444至735nm)，并具有梯度靈敏度和不同動態響應范圍(粘度響應系數從0.46到0.97)。這種陣列的寬動態響應范圍和梯度敏感性得益于熒光分子結構的多樣性，最終實現了對Aβ蛋白聚集不同階段動力學的監測以及對形成的Aβ纖維的熒光成像。
徐兆超團隊在理解和調控TICT這一淬滅熒光的光物理過程中做了系統性工作：通過結構改造，抑制了TICT并創制了多種高亮度的熒光染料(J. Am. Chem. Soc.，2016)；發現了一種新型的光誘導分子內電荷轉移機制(Angew. Chem. Int. Ed.，2019)；實現了準確預測不同類型熒光染料TICT態的方法(Angew. Chem. Int. Ed. ，2020)；近期也對該領域的進展做了系統性的綜述(Chem. Soc. Rev.，2021)。
相關研究成果以“Monitoring Amyloid Aggregation via Twisted Intramolecular Charge Transfer (TICT)-Based Fluorescent Sensor Array”為題，于近日發表在《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、我所創新基金等項目的資助。(文/圖 江文鈔、王超)
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