Angew：西工大黄维院士团队FRET小分子猝灭剂最新进展

来源：西北工业大学 2022-07-25

导读：近日，西北工业大学柔性电子研究院（柔性电子前沿科学中心）首席科学家黄维院士团队与空军军医大学合作，在FRET小分子猝灭剂领域以“Small Molecule Quenchers for Förster Resonance Energy Transfer: Structure, Mechanism and Applications”为题，在国际顶级期刊Angewandte Chemie International Edition（德国应用化学）上发表综述文章。黄维院士、李林教授和空军军医大学助理教授张伟为本文的共同通讯作者，博士生方斌、博士后沈玉和副教授彭勃为共同第一作者。

高保真的荧光探针开启是检测生理过程、疾病诊断和生物学研究的重要工具。随着生物医学的发展，目标物的原位定点检测对精确的光学生物成像提出了更高的要求。Förster共振能量转移（FRET）是设计荧光开启探针并实现生化活性检测最为广泛使用的机制之一。猝灭剂（quenchers）通常指通过分子间的FRET机制将能量迅速而有效地从激发的荧光团转移到猝灭剂，以非辐射方式返回基态，而过程中没有任何光子辐射的一类分子。小分子猝灭剂已被广泛用作FRET探针的受体，其可有效降低本底荧光信号的干扰，提高检测灵敏度，用于监测各种生理过程，如生物酶分析、肽和蛋白质折叠动力学研究、体内多色分析、预测分子间的距离，生物标记物实时成像等。

图1.小分子猝灭剂的类型和基于FRET传感分析设计。

该文章系统介绍了基于FRET原理的荧光探针设计中常用的猝灭剂，并对其光物理性质、猝灭剂理以及相应的生物学应用进行了总结。根据化学结构，猝灭剂被进一步分为偶氮基猝灭剂（ABQs），罗丹明基猝灭剂（RBQs），花菁基猝灭剂（CBQ），及商用猝灭剂DNP & NBD，DYQs，ATTOs，BMNs，TQs，QXLs，DDQs，OQs，DQQs等等。着重讨论了其中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”猝灭剂。

图2.总结常见荧光团与猝灭剂类型。

同时，文章回顾FRET基本理论、FRET满足的条件及基于生物实验的FRET设计方案。光谱重叠是FRET对选择的主要考虑因素，对于不同的分析事件需求，可以根据FRET信号强度确定FRET分析标准曲线。对常用荧光团和猝灭剂的光谱进行了全面概述，总结荧光团的发射波段和猝灭剂的吸收带。基于不同类型猝灭剂和荧光团的光学特性，作者为合理设计和选择合适的荧光团-猝灭剂配对提供了参考建议，旨在帮助化学及生物学家实现不同生物系统中的分析应用。最后，作者讨论了小分子猝灭剂及其生物医学应用中所面临的挑战及机遇，如FRET系统在近红外成像体系、光热/光动力治疗、光声成像等新兴领域的应用，并希望通过该篇综述推动FRET探针在生物光学领域的进一步创新和临床医学实践。

图3.常见猝灭剂的吸收光谱和分子结构。

本论文工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、陕西省科学技术厅和西北工业大学联合研究基金、陕西省自然科学基金、西北工业大学博士论文创新基金的支持。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202207188。

参考资料：https://ife.nwpu.edu.cn/info/1181/4318.htm

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