生物傳感及光譜成像(下)：光譜質譜聯合與原位實時

    2023年7月16日，第22屆全國分子光譜學術會議暨2023年光譜年會召開的第二天，在生物傳感及光譜成像專場的下午半場，專家們繼續帶來熒光納米探針，光聲成像，分子診斷，納米酶，多功能流式，設計和表征MOFs材料，微流控，原位光譜，光譜和質譜聯合分析等領域的精彩報告。

報告人：山西大學 陰彩霞教授

報告題目：熒光探針化學生物學            

    針對熒光探針的難點，陰彩霞教授課題組發展了一系列級聯反應的探針與目標反應機制。首先是去甲腎上腺素特異性標記的新策略，創新使用了NE熒光探針特異性標記，優化反應位點，提高響應速率，實現神經遞質釋放-再攝取同步可視化。此外，發展點擊級聯生物硫醇定向識別的新方法，解決細胞器靶向探針脫靶問題。還探索了生物硫醇代謝示蹤的新應用，開發熒光探針可視化動態示蹤工具，采用動態級聯的親核加成反應，實現生物硫醇多種氧化態的多色示蹤。

報告人：廣西師范大學趙書林教授

報告題目：基于光聲成像引導的疾病可視化診斷   

    趙書林教授首先介紹了光聲成像技術的特點，隨后介紹了近年的工作，包括：硫烷硫激活的光聲成像探針的合成及用于急性腦缺血的腦內原位可視化精準診斷；硝酰基激活的熒光-光聲雙模探針的合成及用于體內關節炎的原位可視化精準診斷；多硫化物激活的光聲探針的合成及用于藥物誘導肝損傷的體內原位可視化診斷，O2*-激活的多光譜光聲斷層掃描成像(MOST)探針的合成及用于藥物誘導肝損傷的早期原位可視化無創診斷；?OH激活的手性分子介導的納米探針及用于光聲成象引導下對急性肝炎的精準診斷和治療；仿生納米酶觸發的光聲成像用于糖尿病綜合征的原位視覺診斷和實時監測治療效果；去甲腎上腺素激活的近紅外熒光-光聲雙模式成像探針用于抑郁癥的腦內原位可視化精準診斷和藥物干預示蹤。

報告人：北京師范大學那娜教授

報告題目：熒光納米材料的設計及診療檢測新策略     

    那娜課題組發展了基于核酸擴增的體內精準檢測，先設計為球狀，后為提高運輸設計納米注射器細胞內擴增雙檢測與基因治療；為進一步提高負載效率，設計siRNA-Templated 3D框架核酸納米材料。后進一步發展框架核酸材料的礦化，用計算機輔助設計了ssDNA多功能納米機器人體內診療。接下來嘗試超分子材料，設計了基于siRNA的主客體超分子自組裝納米材料。如何監測診療過程？課題組發展了常壓質譜法進行診療過程監測。如，構建近紅外熒光探針進行生物傳感診斷體系研究中，用質譜進行了在線監測，并探究了H₂S傳感器探針的機理。接下來運用質譜，開展化學動力學治療過程跟蹤及治療機理研究，納米酶的腫瘤治療過程變化及機理研究。課題組發展了基于電噴霧的納米診療材料的毫秒級快速合成方法，并應用細胞成像和活體成像中。

報告人：天美儀拓實驗室設備 （上海）有限公司市場工程師孫玉琳

報告題目：愛丁堡分子光譜家族5系列在材料分析領域的探索

    孫玉琳首先介紹了5系列的概況，然后分別介紹幾款產品。首先是DS5實時雙光束紫外-可見分光光度計，介紹了其在納米材料方向的應用。其次是FS5一體化瞬態、穩態熒光光譜儀，介紹了其在發光材料方向的應用。介紹了RM5一體化全自動共聚焦顯微拉曼光譜儀，及其在二維材料方向的應用。近年天美還推出了IR5傅里葉變換紅外光譜儀，孫工分享了IR5在生物材料、發光材料方向的應用。 

報告人：復旦大學盧建忠教授

報告題目：多組分microRNA 檢測方法        

    盧建忠教授首先介紹了microRNA的研究背景。為提高檢測靈敏度，人們設計了多種方法。接下來介紹Luminex多功能流式熒光技術（液態芯片系統）及其原理。課題組發展了基于信標的多組分檢測技術，設計微球種類/報告分子進行SA-PE篩選。后發展目標啟動表面標記技術，設計了三組分檢測方法，該方法具有三個數量級，檢出限達0.1 pM。又發展了基于核酸外切酶保護的miRNA多組分流式熒光檢測，基于催化發夾自組裝的miRNA多組分流式熒光檢測，基于TSA和Exo I的miRNA檢測的turn-on方法等。課題組亦結合LC-MS法來檢測miRNA。

報告人：四川大學化學學院 李峰教授

報告題目：分子診斷探針熱力學與臨床應用研究

    李峰教授介紹了課題組的三大方向，報告介紹如何利用熱力學指導診斷探針設計，主要問題是濃度窗口。腫瘤液體活檢中，單堿基突變造成的自由能變化微小，在臨床中豐度極低易被高豐度核酸干擾。如何消除高濃度？方法是設計探針，檢測發生在狹窄有效的濃度窗口。課題組開發均衡探針技術并構建熱力學模型。根據數學模型來精準優化探針靈敏度和特異性。設計探針后檢測肺癌臨床樣本，與NGS、數字PCR技術比對，證明準確率高、漏檢率低，且成本更低，課題組還開發了DNA分子天平，配體數據庫等。接下來探討了溫度對突變檢測探針的影響，基于熱力學模型研究突變檢測探針的溫度窗口，發現反應熵的作用，從而設計調控探針混亂度來調控分析性能，用于肺癌組織樣本檢測后，證實了其魯棒性。此外還介紹了蛋白方面的高靈敏度檢測探針，并舉例了COVID-19流行中，腎移植患者注射疫苗后是否產生抗體的高靈敏度檢測技術，這比常見ELISA的檢測靈敏度高一萬倍。

報告人：西南大學化學化工學院黃玉明教授

報告題目：基于納米酶的光譜分析方法研究  

    黃玉明教授首先簡介了納米酶的研究背景，課題組主要研究類氧化酶。首先介紹CoNx-NC類氧化酶特性及其用于乙酰膽堿酯酶的檢測。合成該類氧化酶材料后用XRD、電鏡等技術表征，并研究其活性和動力學。課題組還發展了摻V調控Co@NC空心納米籠，并研究了其酶活性和應用。在初步檢測沒食子酸后，構建了比色傳感陣列鑒別5種多酚類化合物。小結來看，CONx-NC是一類優良的類氧化酶，V摻雜可有效調控Co@NC的酶活性，MOFs是構建特異性納米酶的理想前體。

報告人：上海工程技術大學尹學博教授

報告題目：多發光金屬有機骨架設計及化學測量應用         

    尹學博教授簡介了多發熒光MOFs的設計策略，如金屬離子-配體共同發光，課題組采用了雙配體策略，實現了對次氯酸根、Cu離子等的檢測；設計了主客體雙熒光發射MOFs如Ru@MIL-NH2，可選擇適當的波長同時檢測水、醇，實現全范圍的檢測。進一步用柔性MOF呼吸作用，利用羅丹明B實現客體分子的包埋和避免泄露。利用Eu3+、Tb3+、Dy3+等，設計了多金屬發光的多色MOFs。還構建了顏色可調的鑭系MOFs凝膠，多配體發光發色的MOFs，通過混合MOFs實現多熒光發射等。利用MOFs，課題組研究了發光機理，通過引入N來調控AIE結構形成MOFs，發現了發光增強和藍移，課題組提出“配位誘導發光“概念，與聚集誘導發光同屬”旋轉受限發光“。

報告人：天津理工大學王鐵教授課題組薛振杰     

報告題目：基于納米組裝傳感芯片的體外檢測       

    薛振杰簡介了研究背景，該領域的關鍵問題是：如何構建使用壽命長、批次間差異小、檢測靈敏度高的納米傳感器芯片。課題組通過調控納米組裝材料的結構，實現結構可控、尺寸均已、功能可調。首先是用仿生結構提高納米傳感芯片穩定性；打印高度有序的納米組裝傳感芯片；用拉曼對噴墨打印組裝傳感芯片的檢測重現性驗證，證明實現了良好的批次重現性。課題組還構建了功能組裝結構，提高傳感芯片的檢測靈敏度。構建納米組裝橋結構傳感芯片，實現了呼出冷凝液中甲型流感病毒的高靈敏度檢測。小結來看，課題組提出了界面交錯組裝結構力學增強機制，構筑長效傳感芯片；調控納米粒子振顫時間，制備了高度有序組裝傳感芯片，實現高重現性檢測；設計了納米組裝橋結構，增強界面傳質，提高檢測靈敏度。

報告人：東北大學 徐章潤教授

報告題目：基于微流控芯片的腫瘤轉移關鍵調控分子的原位實時檢測            

    徐章潤教授首先介紹了腫瘤轉移關鍵調控分子研究的背景。課題組將SERS探針、熒光探針檢測與微流控芯片相結合，構建便捷的腫瘤細胞轉移和轉移過程實時檢測的平臺。首先構建級聯擴增熒光納米探針并評估其性能。為了探究腫瘤轉移過程中端粒酶含量變化，構建了用于篩選高轉移潛能細胞的微流控芯片，該芯片上形成穩定的濃度梯度，適宜細胞生長。利用芯片篩選轉移能力不同的細胞，并進行端粒酶熒光成像。課題組還進一步考察細胞表面PTK7表達，并用于分析不同細胞的遷移能力，設計了修飾PTK7靶向適配體離子的SERS納米探針，并用于多種癌癥細胞的研究。還構建了SERS生物傳感器檢測細胞通訊過程中，MMP-9的動態變化，考察內皮細胞和乳腺癌細胞共培養條件下對MCF-7的遷移能力的影響，為研究MMP-9在腫瘤轉移中的作用提供實時信息。

報告人：安徽醫科大學韓珍珍副教授

報告提目：基于微流控與譜學分析的外泌體檢測及在臨床研究中的應用         

    韓珍珍副教授介紹幾方面的工作，首先是血漿外泌體的SERS和MALDI TOF MS結合分析；MALDI-TOF MS分析血漿外泌體評價骨肉瘤肺轉移，再結合LC-MS/MS蛋白質組學分析，可以篩選生物標志物。課題組開發了基于切向流過濾的微流控芯片用于高效純化血漿中的外泌體，分離純化效率高，形貌保持完整。基于微流控芯片和SERS分析血漿外泌體的多種生物標志物，將該策略應用于骨肉瘤的實際分析中，將CD63、VIM和EpCAM用作骨肉瘤的生物鑒定標志物，并評價了其靈敏度、特異性和準確性分別為100%、90%和95%。 

報告人：四川大學何娟  

報告題目：原位光譜監控納米多孔骨架材料的制備及其分析應用       

    何娟首先介紹了原位監測方面的挑戰，課題組研制了同軸式介質阻擋放電低溫等離子體（DBD）裝置，將其于光譜手段一體化進行原位監測。首先是DBD合成鑭系MOFs的原位光譜監控，原位熒光信號可判斷產物的形成，原位散射指示渾濁度于產率、晶體尺寸有關，可捕獲到晶體生長的重要演化過程，還可實現原位形貌分析和原位多色發光的調控。其次是用DBD快速制備與調控共價有機框架材料，如DBD制備MOFs，構建多色發光傳感器，DBD后修飾MOFs等。