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頓貴慚技術(shù)在活細(xì)胞表面納米尺的應(yīng)用分享
更新時間:2023-10-20瀏覽:1540次

      暗場顯微成像技術(shù)(DFM表面增強(qiáng)的拉曼光譜(SERS新興的分析技術(shù), 已廣泛應(yīng)用于化學(xué)檢測和生物傳感的快速診斷分析。近期,糖心視頻集團(tuán)拜訪合肥工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院劉洪林教授課題組課題組基于DFMSERS這兩個關(guān)鍵技術(shù),開發(fā)活細(xì)胞膜表面納米尺和獼猴桃軟腐病致病菌屬鑒定方面開展了相關(guān)研究工作

首先為大家?guī)韯⒔淌趫F(tuán)隊有關(guān)細(xì)胞膜表面納米相關(guān)研究工作,該研究成果以&瀕誨辯恥辭;Plasmon Resonance Energy Transfer Nanoruler for Pinpointing Molecular Distance and Interaction on the Living Cell Membrane&謗誨辯恥辭;為題發(fā)表在Nano letters 期刊中(doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01629)。

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近年來,光學(xué)納米尺的應(yīng)用越來越廣泛,如Förster共振能轉(zhuǎn)移 (FRET) 和納米金屬表面能轉(zhuǎn)移(NSET) 常用的光學(xué)納米尺。其中FRET具有良好的準(zhǔn)確性,但其測量范圍往往被限制在10 nm以內(nèi);NSET克服了10 nm的限制,具有較長的檢測量程,但r0的確定和測量存在挑戰(zhàn)。此外,依賴于熒光檢測的傳統(tǒng)納米不可避免的存在自猝滅和光漂白等不穩(wěn)定性。因此,開發(fā)可靠、有效的方法以提高納米尺的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,特別是在活細(xì)胞體系中,一直是令人著迷但富有挑戰(zhàn)性的課題。PRET是發(fā)生在供體納米金屬表面和受體分子間的非輻射能量轉(zhuǎn)移過程,等離子體金屬表面與共振分子偶極間的相互作用導(dǎo)致能量傳遞,這一過程可以通過高信噪比、穩(wěn)定性和靈敏度的暗場顯微鏡觀察。

近日,課題組報道了單個納米金顆粒和單個分子偶極之間的PRET現(xiàn)象。研究團(tuán)隊使用兩種無競爭性結(jié)合的配體,即適體XQ-2d-Cy3和抗體antiCD71,識別活細(xì)胞膜上同一受體蛋白CD71的不同位點;適體攜帶小分子熒光標(biāo)簽作為能量受體,抗體攜帶單粒徑的金顆粒作為供體,觀察到了能量供體與受體之間無任何系繩連接的PRET現(xiàn)象。基于此原理,構(gòu)筑了靈活的PRET光學(xué)納米尺,實現(xiàn)了活細(xì)胞表面分子距離和蛋白互作的觀察與測量。有限元理論模擬和暗場成像實驗結(jié)果一致表明,該PRET納米尺在活細(xì)胞膜表面測量位點分離距離和蛋白互作具有可行性和穩(wěn)定性,在分析科學(xué)納米尺度測量領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

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 1. PRET納米尺的理論可行性和探針表征

理論上,研究團(tuán)隊通過有限元分子動力學(xué)模擬了單個金顆粒和單分子偶極之間的PRET過程。金顆粒具有強(qiáng)烈且連續(xù)的電場強(qiáng)度分布,單分子偶極的引入顯著降低了電場強(qiáng)度,且表現(xiàn)出明顯的距離依賴性。特別是兩者分離距離r小于5 nm時,單個金顆粒和單分子偶極之間存在顯著的PRET能量轉(zhuǎn)移。根據(jù)非輻射能量躍遷機(jī)制,PRET能量損失可歸因于共振受體和溶液介質(zhì)通過偶極-偶極相互作用的非輻射能量傳遞。理論結(jié)果支持了單個金顆粒和單分子偶極之間PRET效應(yīng)的可行性。

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2. 活細(xì)胞膜上暗場顯微鏡原位觀察PRET過程

實驗上, 研究團(tuán)隊利用暗場顯微鏡在活細(xì)胞膜表面原位觀察了PRET過程暗場散射光譜數(shù)據(jù)采用糖心視頻的RTS系列暗場顯微光譜系統(tǒng)檢測。一方面,依據(jù)距離依賴的淬滅效率經(jīng)驗公式,計算得到PRET能量轉(zhuǎn)移效率為30±7%,進(jìn)一步得到兩個配體識別位點(適體XQ-2d-Cy3和抗體antiCD71)之間的分離距離為16.3±1.5 nm;另一方面根據(jù)有限元模擬結(jié)果可以推導(dǎo)出兩識別位點間距離范圍為13.0-18.0 nm。證明了該PRET納米具有一定的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性。

G:\1.2-博士小論文\2-PRET & NSET\34-NL第二輪修改\PRET-3-修.tif 

3. 活細(xì)胞膜上流式細(xì)胞術(shù)原位觀察NSET過程

此外,研究團(tuán)隊還利用流式細(xì)胞術(shù)在活細(xì)胞膜表面觀察了同一系統(tǒng) PRET相反的能量轉(zhuǎn)移過程&塵誨補蟬丑;&塵誨補蟬丑;NSET現(xiàn)象。單獨激發(fā)熒光標(biāo)簽(XQ-2d-Cy3)時,可以反向觀察到XQ-2d-Cy3金顆粒表面的能量轉(zhuǎn)移過程

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4. PRET納米測量活細(xì)胞膜表面分子距離和相互作用

轉(zhuǎn)鐵蛋白Tf與適體XQ-2d-Cy3之間的競爭性結(jié)合,抑制了適體的結(jié)合,使得活細(xì)胞膜表面降低的金顆粒散射信號有所恢復(fù),進(jìn)一步驗證了PRET能量轉(zhuǎn)移過程的發(fā)生,展現(xiàn)了該PRET納米測量分子分離距離、蛋白質(zhì)互作、分子靶標(biāo)識別等方面的可行性。

合肥工業(yè)大學(xué)劉洪林課題組介紹

劉洪林,博士,教授,博士生導(dǎo)師,黃山學(xué)者,國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者,國家重點研發(fā)計劃項目首席科學(xué)家。入選合肥市高層次人才、安徽省級領(lǐng)軍人才。獲得中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)理學(xué)學(xué)士和工學(xué)博士學(xué)位。主要從事食品安全領(lǐng)域的化學(xué)與生物傳感分析、食品質(zhì)量安全評價與監(jiān)控技術(shù)研究。

已主持國家重點研發(fā)計劃、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金、省重點研發(fā)計劃等項目10余項。已在Nature Commun.J. Am. Chem. Soc.Anal. Chem.Food Chem.LWT等雜志發(fā)表論文50余篇,入選全球Top 1%“ESI”高引論文,獲得安徽省自然科學(xué)論文一等獎、安徽省自然科學(xué)獎一等獎等獎勵。

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本研究暗場散射光譜數(shù)據(jù)采用的是我司RTS系列暗場顯微光譜系統(tǒng)檢測該系列已升級為RTS2-Omni-Imager 暗場散射顯微高光譜儀如需了解產(chǎn)物,歡迎咨詢。

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