科学家开发出新型荧光标记工具

1962年科学家们首先在水母体内发现了绿色荧光蛋白（GFP）,从那以后,这种神奇的蛋白质成为生物学功能研究的重要工具之一。在绿色荧光蛋白的帮助下,研究人员不仅能够成像观测基因表达和蛋白质动态,还可以检测细胞内离子和小分子浓度、酶活性,标记细胞或分子亚群,实现复杂的动力学时空分析。     

使用差异定位SunTag组件实现对细胞质内高含量蛋白的活细胞观察

生物过程由数百万个蛋白质驱动.蛋白质结构和蛋白质定位是蛋白质行使功能的关键.在过去的研究中,快速发展的荧光显微镜成像技术使研究人员可以直接观察蛋白质在活细胞内的定位.然而,对细胞质内高含量蛋白的活细胞观察仍然存在技术障碍.我们通过改进SunTag标记技术,使用差异定位的SunTag组件:一方面,在研究目的蛋白(POI)上标记多个V4抗原;另一方面,将识别V4抗原的抗体GCN4融合的绿色荧光蛋白(GCN4-GFP)通过差异定位后限制其与抗原的结合量.我们的方法大大降低了背景荧光信号,实现了对dynamin膜上功能单位的直接可视化.     

绿色荧光蛋白在肿瘤活体光学成像中的应用新进展

介绍了绿色荧光蛋白的发光机理、基本性质和活体分子成像机制,分析了绿色荧光蛋白在肿瘤的转移机制、血管生成、药物筛选和疗效评判等光学成像技术中的最新应用.对活体分子成像的未来成像技术进行了展望.绿色荧光蛋白作为活体分子成像技术新的报告基因,在肿瘤的早期诊断及实时、无创监测肿瘤的发展变化等方面起了很大的作用,对肿瘤的诊断、药效学研究以及临床药物疗效的判定具有重大意义.     

上皮组织的深度分辨非线性光谱成像技术

基于多光子激发自体荧光和谐波信号的非线性光谱分辨成像技术，将多光子显微镜和光谱测量技术的优点集于一身，它可以同时获得组织内在成分的微结构和光谱特性．利用LSM510META激光扫描显微镜系统和深度分辨非线性光谱成像技术，对活体小鼠皮肤的微结构和光谱特性进行了研究．实验结果表明，深度非线性光谱分辨成像技术能够识别活体小鼠上皮组织的细胞层和基质层结构，能够监测上皮细胞的NADH、细胞内间质黄素蛋白、基质层的胶原蛋白、毛干中的角蛋白和黑色素等不同组织成分的发射光谱．实验观察部位的小鼠皮肤的HE染色、胶原纤维和弹力纤维特殊染色的结果也证明了利用深度分辨非线性光谱成像技术获得结果的准确性．随着微型、便捷的多光子显微镜系统的出现，深度分辨非线性光谱成像技术能够对上皮肿瘤组织的早期直接、实时、客观、无损地探测、诊断和监测提供可能，将在临床医学应用中具有重大意义和实用价值．     

使用差异定位SunTag组件实现对细胞质内高含量蛋白的活细胞观察（英文）

生物过程由数百万个蛋白质驱动.蛋白质结构和蛋白质定位是蛋白质行使功能的关键.在过去的研究中,快速发展的荧光显微镜成像技术使研究人员可以直接观察蛋白质在活细胞内的定位.然而,对细胞质内高含量蛋白的活细胞观察仍然存在技术障碍.我们通过改进SunT ag标记技术,使用差异定位的SunT ag组件:一方面,在研究目的蛋白(POI)上标记多个V4抗原;另一方面,将识别V4抗原的抗体GCN4融合的绿色荧光蛋白(GCN4-GFP)通过差异定位后限制其与抗原的结合量.我们的方法大大降低了背景荧光信号,实现了对dynamin膜上功能单位的直接可视化.     

有机小分子荧光探针的设计及其在酶类肿瘤标志物检测中的研究进展

高时空分辨率和高灵敏度的荧光成像技术是一种新兴的活体可视化检测工具,广泛应用于分子生物学、细胞免疫学、微生物学以及肿瘤学等领域.由于有机荧光探针具有安全性高、生物相容性好、光学稳定性强等优点,目前已开发了一系列生物相容性好、具有易于修饰、调节光谱且易于被生物体代谢的有机小分子荧光探针,包括可见光区有机小分子染料以及近红外有机染料等.本文综述了近些年新型有机小分子荧光探针在2种肿瘤标志物检测中的研究进展.     

几种小动物活体可见光成像系统的比较

小动物活体可见光成像系统由、暗箱、气体麻醉系统和操作分析软件组成。利用生物发光或荧光技术,在体内形成生物光源,利用灵敏的CCD拍摄成像,再通过分析软件对研究对象进行定位与测量,从而研究肿瘤的发生发展,基因的表达,药物作用机理以及蛋白质相互作用等。针对德国的Berthold(伯托)、美国的Caliper(Xenogen精诺真)、Kodak(柯达)、CRI和国产的中科恺盛几个常用机型,从几个方面总结出各自的特点。     

肝癌临床标本原位移植模型的建立及其影像学评估

目的 建立基于临床肝癌手术标本的原位移植(patient-derived orthotopic xenograft PDOX)模型,研究近红外荧光(Near-infrared fluorescence,NIRF)活体成像和PET/CT在模型评估中的应用。方法 将临床新鲜肝癌手术标本接种于重度免疫缺陷NPG小鼠皮下建立肝癌PDX模型,通过组织形态观察、STR分型检测和免疫组化分析对PDX模型进行评估。进一步将PDX模型肿瘤组织进行裸鼠肝原位移植建立PDOX模型,注射近红外荧光染料IR-783,通过小动物活体成像检测肿瘤的发生;尾静脉注射18F-FDG,通过小动物PET/CT观察确认肝原位肿瘤的生长。结果 STR分型结果表明PDX肿瘤的人源性特征,组织形态观察和免疫组化检测表明PDX肿瘤保持了原发肿瘤病理学特征;近红外荧光活体成像检测到肝脏肿瘤的发生;PET/CT可清晰观察到小鼠肝脏部位18F-FDG分子探针富集。结论 成功建立了肝癌PDOX模型,通过小动物活体成像和PET/CT影像技术可对该模型进行评估,为肝癌的治疗和发病机制研究提供了良好的动物模型。     

单分子成像和追踪技术在工业微生物研究中的应用

在单分子工具和技术的迅速发展过程中,单分子荧光显微镜技术脱颖而出,可以高特异性地监测荧光标记的生物分子的时空行为,成为研究生物系统的有力工具。然而,单分子成像和追踪技术在工业微生物研究及酶工程领域中的应用仍处于起步阶段。随着生物工程技术、合成生物学和代谢工程等科学技术的迅猛发展,工业微生物的应用日趋广泛。但是,菌株往往难以在整个培养期间保持最大的生产能力,导致在经济效益上不能满足产业化的需求,成为制约微生物细胞工厂发展的一个瓶颈,对酶学研究提出新的挑战。单分子成像和追踪技术具有直接、准确、实时等监测优点,可以直接在活体生物上进行研究,成功地实现了对单分子酶催化过程的实时监控,发现了多种酶的新单分子行为及反应机制。这些技术有助于各种新型酶、新特性酶、新作用方式酶的研发。本文简述单分子成像和追踪技术的主要特点（以荧光显微镜为主）,总结近年来单分子成像和追踪技术在微生物研究、酶学研究中的应用,及其在工业微生物研究中的应用现状和面临的挑战。这些技术的应用必将促进纳米生物学的发展,推动酶工程改造,提高细胞工厂的生产能力。     

一种基于分子内环化反应的荧光触发型探针在硫化氢检测中的应用

硫化氢是一种重要的气体信号分子,参与调节多种生物过程.对生物样品内的硫化氢进行选择性成像是理解其生理功能的一个重要手段.本研究报道一种具有新型反应机理的无荧光探针(DNP-CMP)在硫化氢检测中的应用.通过硫化氢介导硫解反应可脱除DNP-CMP的二硝基苯醚保护基,而暴露的羟基引发探针的分子内环化反应,生成荧光分子香豆素,从而实现硫化氢的低背景检测.DNP-CMP检测硫化氢的专一性高,可藉以实现细胞内硫化氢的荧光成像.     

荧光分析技术在细胞内Ca~(2+)研究中的应用及钙离子比率荧光测量方法

Ca2 作为重要的细胞信号,在细胞信息传递中发挥着广泛而重要的作用,对活细胞内Ca2 进行准确、实时、原位的测量,是对其定量分析的关键.由于胞内Ca2 的浓度很低,并呈现复杂的时 空特异性等特点,因此,灵敏度较高的荧光分析技术在活细胞内Ca2 研究中的应用越来越广泛.综 述了这一方法的原理、应用价值、研究意义,并重点介绍了其中一种先进的技术方法--Ca2 比率 荧光测量方法.     

生物体系中有机小分子构建的pH值检测荧光探针研究进展

由于传统的pH计不能很好地应用在微环境(如亚细胞器)和复杂生物体系中的pH值动态和精确定量检测,因此迫切需要研究可监测复杂多变生物体系中pH值变化且具有高灵敏度的pH值响应分子探针.就近年来用于生物体系(主要是活细胞内)pH值检测的小分子荧光探针作简要综述,同时对目前基于有机小分子构建的荧光探针用于生物体系pH值检测研究及其未来的发展趋势进行展望.     

低温荧光摄影技术的进一步探索

低温荧光摄影技术在物证检验中的应用具有非常广阔的前景。本文进一步探索了物质的荧光特性及其研究方法，低温荧光摄影的类型及其吸收滤光技术。     

自适应光学在生物荧光显微成像技术中的应用

显微成像是开展微观生命科学研究的重要手段,其中荧光显微成像以其可特异性标记、暗场对比度高、动态示踪性能出色等优势在生物成像领域占据重要地位.由于活体生物组织通常是非透明、非均匀、各向异性的复杂三维结构,激发光和发射荧光在生物组织内传播时均会由于折射、散射、吸收等作用使得光波波前发生明显畸变,造成激发光点扩散函数以及荧光成像点扩散函数的性能显著降低.借助自适应光学技术可对上述经由生物组织传播产生的波前畸变进行实时探测和精确校正,从而提升激发光照明和发射荧光成像的空间分辨率和深度.本文归纳了生物荧光显微成像中的不同像差来源,介绍了自适应光学波前传感和校正的方法,概括了不同成像方式下波前校正的要求,重点讨论了自适应光学技术在不同类型荧光显微成像中的运用和实现方法,并对其今后的应用目标和发展方向提出展望.     

活体细胞三维荧光图像恢复中的荧光衰减补偿

针对三维荧光显微镜成像中的光致漂白效应导致的图像质量下降问题，提出了一种荧光衰减曲线测量方法，并基于测量的荧光衰减曲线给出双指数曲线拟合，将拟合曲线用于活体细胞的三维荧光图像恢复．在此基础上给出期望最大化算法国像恢复结果，并对恢复结果做出分析．结果显示本文的方法可以对三维荧光显微成像中存在的荧光衰减进行有效补偿．     

活细胞内单分子实时显示的光学途径探索

现代光学探测技术具有高空间分辨率、高时间分辨率、大信息量、无损伤、可实现活体探测等优点，因而成为实现单分子探测的首选方法．针对单分子探测中高时空分辨率、高灵敏度、高特异性的要求建立并发展了多种光学成像和光谱探测方法．在此基础上，我们在活细胞内单个蛋白分子之间的相互作用、活细胞内单个蛋白分子动力学、液体环境中单个分子的拉曼光谱等3个方面开展了应用基础研究，这些工作为在单分子水平上研究生命活动的细节奠定了基础．     

荧光相关光谱(FCS)在生物活细胞中的应用

除了传统的分子浓度和扩散时间的测量荧光相关光谱(FCS)，还可测量分子动力学或化学反应的动力参数．但是由于分子相互作用网络的复杂性，FCS在生物活细胞中的应用还有许多问题和困难需要解决．探讨了FCS在生物活体中分子相互作用网络、细胞膜、膜表面受体、细胞内结构分析以及胞内动力学研究等方面的应用．     

荧光碳量子点的合成与生物成像应用及生物安全性研究进展

荧光探针在生命科学领域被广泛应用于生物成像领域.随着纳米技术的迅速发展,一些新类型的纳米荧光探针应运而生.荧光碳量子点(carbon dots)以其良好的生物相容性、优异的的抗光漂白能力、长荧光寿命和宽荧光光谱区域,在生物成像方面有广泛的应用前景.重点关注近年来碳量子点在合成、生物成像以及生物安全性方面的进展,对开发成更安全和更灵敏的碳量子点探针进行了探讨.     

离子液体与蛋白质相互作用的荧光光谱研究

在25,35和45℃测定了离子液体([C4mim]Br,[C6mim]Br,[C8mim]Br)对蛋白质(BSA、溶菌酶)的荧光猝灭光谱,分析了离子液体与蛋白质相互作用的荧光猝灭规律,计算了荧光猝灭过程的猝灭常数和热力学参数.结果表明:离子液体可以有规律地使蛋白质的荧光猝灭,猝灭是由离子液体与蛋白质的碰撞引起的,是一个动态猝灭过程.该过程的猝灭常数很小,说明离子液体与蛋白质之间的相互作用较弱.热力学研究表明,猝灭过程是一个熵驱动过程,疏水相互作用是其主要特征.     

基于亚甲基蓝二氧化硅纳米颗粒的细胞与活体成像

采用反相微乳液法,制备了以亚甲基蓝为内核材料的亚甲基蓝二氧化硅纳米颗粒,通过优化亚甲基蓝的包裹浓度获得荧光信号较强的纳米颗粒,并初步考察了其用于He-la细胞标记与体内示踪的可行性.通过MTT实验考察了颗粒对细胞的毒性影响以及较为适宜的标记细胞的浓度,结果表明:当颗粒浓度为1mg/mL时,细胞的存活率仍有80%左右.利用激光共聚焦显微镜考察了Hela细胞对颗粒的吞噬情况以及颗粒在细胞内的分布情况,结果表明,该颗粒能被Hela细胞吞噬且主要分布在溶酶体内.活体荧光成像结果显示,尾静脉注射该颗粒后,裸鼠全身都发射出近红外荧光信号,随着血液的循环,颗粒慢慢聚集在肝脏等器官中.以上结果表明,包裹亚甲基蓝的二氧化硅纳米颗粒可以用于细胞的标记和体内示踪成像.