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Angew：西工大黃維院士團隊FRET小分子猝滅劑最新進展

來源：西北工業大學      2022-07-25
導讀：近日，西北工業大學柔性電子研究院（柔性電子前沿科學中心）首席科學家黃維院士團隊與空軍軍醫大學合作，在FRET小分子猝滅劑領域以“Small Molecule Quenchers for F?rster Resonance Energy Transfer: Structure, Mechanism and Applications”為題，在國際頂級期刊Angewandte Chemie International Edition（德國應用化學）上發表綜述文章。黃維院士、李林教授和空軍軍醫大學助理教授張偉為本文的共同通訊作者，博士生方斌、博士后沈玉和副教授彭勃為共同第一作者。
高保真的熒光探針開啟是檢測生理過程、疾病診斷和生物學研究的重要工具。隨著生物醫學的發展，目標物的原位定點檢測對精確的光學生物成像提出了更高的要求。F?rster共振能量轉移（FRET）是設計熒光開啟探針并實現生化活性檢測最為廣泛使用的機制之一。猝滅劑（quenchers）通常指通過分子間的FRET機制將能量迅速而有效地從激發的熒光團轉移到猝滅劑，以非輻射方式返回基態，而過程中沒有任何光子輻射的一類分子。小分子猝滅劑已被廣泛用作FRET探針的受體，其可有效降低本底熒光信號的干擾，提高檢測靈敏度，用于監測各種生理過程，如生物酶分析、肽和蛋白質折疊動力學研究、體內多色分析、預測分子間的距離，生物標記物實時成像等。

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圖1.小分子猝滅劑的類型和基于FRET傳感分析設計。
該文章系統介紹了基于FRET原理的熒光探針設計中常用的猝滅劑，并對其光物理性質、猝滅劑理以及相應的生物學應用進行了總結。根據化學結構，猝滅劑被進一步分為偶氮基猝滅劑（ABQs），羅丹明基猝滅劑（RBQs），花菁基猝滅劑（CBQ），及商用猝滅劑DNP & NBD，DYQs，ATTOs，BMNs，TQs，QXLs，DDQs，OQs，DQQs等等。著重討論了其中BHQ-1/2/3、BBQ 650、QSY7/9/21、IRDye QC-1、DNP、ATTO 575、BMN-Q535、TQ2、QXL 520、DDQ I、OQ A/B、IBFQ等“黑洞”猝滅劑。
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圖2.總結常見熒光團與猝滅劑類型。
同時，文章回顧FRET基本理論、FRET滿足的條件及基于生物實驗的FRET設計方案。光譜重疊是FRET對選擇的主要考慮因素，對于不同的分析事件需求，可以根據FRET信號強度確定FRET分析標準曲線。對常用熒光團和猝滅劑的光譜進行了全面概述，總結熒光團的發射波段和猝滅劑的吸收帶?；诓煌愋外鐒┖蜔晒鈭F的光學特性，作者為合理設計和選擇合適的熒光團-猝滅劑配對提供了參考建議，旨在幫助化學及生物學家實現不同生物系統中的分析應用。最后，作者討論了小分子猝滅劑及其生物醫學應用中所面臨的挑戰及機遇，如FRET系統在近紅外成像體系、光熱/光動力治療、光聲成像等新興領域的應用，并希望通過該篇綜述推動FRET探針在生物光學領域的進一步創新和臨床醫學實踐。
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圖3.常見猝滅劑的吸收光譜和分子結構。
本論文工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、陜西省科學技術廳和西北工業大學聯合研究基金、陜西省自然科學基金、西北工業大學博士論文創新基金的支持。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202207188。

  參考資料：https://ife.nwpu.edu.cn/info/1181/4318.htm

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