激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移（ESIPT）作為熒光分子核心傳感機(jī)制，被廣泛應(yīng)用于熒光探針、生物成像、分子邏輯器件及光電材料等領(lǐng)域。傳統(tǒng)ESIPT熒光團(tuán)（如HBO、HBT等）因必須依賴共軛體系內(nèi)的分子內(nèi)氫鍵，長(zhǎng)期面臨識(shí)別選擇性差、生物相容性差、設(shè)計(jì)局限三大技術(shù)瓶頸，而生物兼容性優(yōu)異的經(jīng)典熒光團(tuán)（如萘酰亞胺、Acedan、NBD等）又無(wú)法具備ESIPT效應(yīng)。
近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員徐兆超、副研究員喬慶龍團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新型“尾翼”介導(dǎo)的激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移機(jī)制（ta-ESIPT），在對(duì)水/非水環(huán)境轉(zhuǎn)變中表現(xiàn)出優(yōu)異的ESIPT激活性能，并且在寬的極性范圍內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)雙熒光發(fā)射，被應(yīng)用于活細(xì)胞內(nèi)多種蛋白的比率識(shí)別、動(dòng)態(tài)熒光成像與藥物篩選。
基于前期提出的“變形受體”概念，即通過(guò)環(huán)境刺激驅(qū)動(dòng)酰胺與亞氨酸之間的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)互變，研究團(tuán)隊(duì)在深入探究其分子作用機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)，“尾翼”結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)激發(fā)態(tài)質(zhì)子轉(zhuǎn)移過(guò)程的定向調(diào)控。團(tuán)隊(duì)通過(guò)在熒光母核中引入脂肪胺“尾翼”結(jié)構(gòu)，在激發(fā)態(tài)條件下，酰胺基團(tuán)的質(zhì)子能夠精準(zhǔn)轉(zhuǎn)移至“尾翼”受體，進(jìn)而形成穩(wěn)定的ta-ESIPT雙發(fā)射態(tài)。該機(jī)制在弱極性至強(qiáng)極性的多種溶劑中均保持穩(wěn)定，且能智能識(shí)別水相環(huán)境自發(fā)關(guān)閉，提升了探針對(duì)非水微環(huán)境變化的響應(yīng)敏感性。
研究團(tuán)隊(duì)利用ta-ESIPT的普適性特點(diǎn)，基于六種經(jīng)典電荷轉(zhuǎn)移型熒光團(tuán)開發(fā)出系列靶向碳酸酐酶、親和素、SNAP-tag、HaloTag等蛋白的比率型探針。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，探針結(jié)合靶蛋白后觸發(fā)顯著熒光紅移，實(shí)現(xiàn)活細(xì)胞內(nèi)上述蛋白的動(dòng)態(tài)比率成像與藥物篩選。相較于傳統(tǒng)ESIPT體系，ta-ESIPT平臺(tái)具有模塊化設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)：僅需對(duì)現(xiàn)有經(jīng)典熒光團(tuán)進(jìn)行微小化學(xué)修飾即可實(shí)現(xiàn)ESIPT功能擴(kuò)展，在保持優(yōu)異生物相容性的同時(shí)，解決了環(huán)境敏感性與分子適應(yīng)性難以兼得的矛盾。
該研究將ESIPT熒光團(tuán)的設(shè)計(jì)自由度拓展至非共軛依賴體系，建立了“即改即用”的探針開發(fā)范式，同時(shí)也深化了對(duì)復(fù)雜生物體系中質(zhì)子轉(zhuǎn)移機(jī)制的理解。通過(guò)實(shí)現(xiàn)納米尺度微環(huán)境的高分辨解析，ta-ESIPT技術(shù)有望推動(dòng)蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)互作、藥物靶標(biāo)篩選等領(lǐng)域的革新。
相關(guān)研究成果以Tail-Assisted Excited-State Intramolecular Proton Transfer (ta-ESIPT) Fluorophores: A Universal Ratiometric Platform for Hydration-Sensitive Biomolecular Imaging and Sensing為題，發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、大連化物所創(chuàng)新基金等的支持。
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研究揭示新型“尾翼”介導(dǎo)的激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移機(jī)制
