聚集诱导发射光笼分子的设计合成及原位光激活成像研究

通过将1,2,4,5-四氮嗪基团引入到聚集诱导发射(AIE)荧光团上,制备了两个光激活的荧光小分子化合物TPA-Tz1和TPA-Tz2.光激活后, TPA-Tz1和TPA-Tz2的荧光强度分别增强了167倍和100倍.光激活的原理是光照导致四氮嗪基团转化为氰基,从而恢复荧光发射.通过密度泛函理论(DFT)计算,TPA-Tz1的猝灭机理为能量转移至暗态(ETDS). TPA-Tz1的激活产物TPA-CN1具有独特的AIE特点,其聚集态分子间发生的电荷转移是导致聚集态荧光蓝移的主要原因.通过溶剂挥发法获得的TPA-Tz1晶体结构揭示了其内部复杂的堆叠结构,氢键和C—H…π作用代替π-π相互作用是同时维持晶格稳定和AIE特性的重要原因.TPA-Tz1具有良好的生物相容性,其最高的细胞抑制率仅有25.3%.因此, TPA-Tz1在细胞水平和多细胞生物秀丽隐杆线虫体内实现了原位的光激活成像.

光笼分子与材料研究进展

光笼(photocage)是一种用于光控释放的光敏物质,是以物理和化学等方法将目标释放物与光敏基团及其他功能基团结合形成的对光敏感的物质,在指定波段的光照射线下,光笼能够实现目标物的可控释放.因其具备时空调控、操作简单、易于控制、可修饰性强和对机体损伤小等优点,使其广泛应用在化学、生物学、材料学和医学等领域.本综述介绍并讨论了近10年光笼分子与材料在光控释放金属离子、气体、荧光物质、氨基酸、多肽、酶、蛋白质、药物等目标物的研究进展.

笼式光场相机的组装及其在火焰温度场测量中的应用

为了实现燃烧火焰的三维温度分布监测,本文结合光场成像和光学分层成像技术,发展了一种基于单光场相机的火焰温度场光场层析重建方法。针对燃烧装置与火焰特性设计并研制了笼式光场相机,建立了双火焰(乙烯/蜡烛)光场层析成像实验系统。利用笼式光场相机采集火焰光场信息,利用光场成像技术获取重聚焦图像,利用光学分层成像技术重建断面辐射强度分布,利用辐射强度法求解火焰断面温度分布。实验结果证明笼式光场相机可以准确采集光场信息,测量的火焰断面温度分布符合火焰特性。发展的重建方法可以在单相机单次曝光下重建火焰的三维温度分布。

光控CRISPR技术的研究进展

成簇规则间隔短回文重复序列和成簇规则间隔短回文重复序列相关(CRISPR-Cas)系统提供了用于可编程基因组编辑的多功能工具.CRISPR与光遗传学及光化学生物学技术的结合产生了很多新的成果.光激活的CRISPR-Cas系统能够在空间和时间上更好地调控RNA引导的核酸酶的活性.近年来,科学家结合CRISPR和多种光学技术,开发出了一系列光激活的CRISPR工具.这些工具让研究人员能够在空间、时间和基因组坐标上进行高分辨率的生命活动研究.本文概述了CRISPR系统、基因编辑技术、光遗传学和光化学生物学的研究进展,并对光诱导的CRISPR技术的发展进行了展望.

光控诱导重组系统的开发与应用

位点特异性重组系统由重组酶和特异性识别位点两部分组成,是一种强大的基因操作工具,被广泛运用于生命科学研究。已开发的诱导型重组系统以时空方式精准调控细胞和动物的基因表达,被用于基因功能研究、细胞谱系示踪和疾病治疗等领域。根据诱导重组酶时空表达方式的不同,诱导型重组系统可分为化学诱导和光控诱导两种方式。光控诱导重组系统是利用光作为诱导剂,根据光控方式和对象的不同,可进一步分为光笼和光遗传学两类。光笼诱导重组系统是利用光敏基团来控制化学诱导剂或重组酶,光诱导前它们的活性被光敏基团抑制;在特定光照射后,它们的活性被恢复,进而实现光控诱导基因重组。光遗传学诱导重组系统是通过光遗传学开关介导分割型重组酶的重新激活来诱导基因重组。其中光遗传学开关由一系列基因编码的光敏蛋白组成,包括隐花色素、VIVID蛋白、光敏色素等。这些类型丰富的光控诱导重组系统为从高时空分辨率的维度解析基因的表达和功能提供了更多的工具,以满足日益复杂的生命科学研究需求。本文主要对不同类型光控诱导重组系统的开发原理及应用进行综述,比较其优缺点,最后对未来开发更多光控重组系统进行展望,旨在为系统优化升级提供理论基础和指导。

光-酶催化偶联方式的研究进展

光-酶催化的偶联能够实时可逆、时空高效地调控酶的活性或拓展酶的功能,这一过程通常需要通过光响应结构将光能转化为酶所能利用的物理化学能,从而影响酶的活性和功能。目前研究的光-酶催化的偶联主要有4种方式:1.酶催化与能够在光照条件下发生异构体转换的小分子结构光开关偶联;2.酶催化与能够在光照条件下从保护基团离去的小分子结构光笼基团偶联;3.酶催化与能够在光照时发生构象改变的光感受器蛋白偶联;4.酶催化与光催化偶联,即光生物催化。应用这些光响应结构的偶联方法在酶的活性功能调控方面已经有比较成熟的技术,在体外催化体系中调控酶活性、拓宽酶的反应类型,以及体内调控生物过程、药物研发等领域都有广阔的前景。文章将主要介绍上述4种光-酶催化的偶联方式和应用,并探讨这些方法的未来发展方向。

蛋白质中赖氨酸衍生物定点引入的应用研究进展

赖氨酸是蛋白质的翻译后修饰位点以及多种酶活性中心关键残基,与蛋白质的结构与功能密切相关。应用遗传密码扩充技术,由来自于M.barkeri的吡咯赖氨酰tRNA合成酶(PylRS)和吡咯赖氨酰tRNA(tRNA-Pyl)构成非天然氨基酸定点引入系统,可以实现蛋白质中赖氨酸残基的定点修饰,在蛋白质中定点引入乙酰基等翻译后修饰基团、光反应基团、正交反应基团和光谱活性基团等。目前该系统已在大肠杆菌、酵母菌、哺乳动物细胞中及线虫体内成功地将10种赖氨酸衍生物编码入蛋白质中,为研究蛋白质翻译后修饰、定点标记和定点修饰、蛋白质相互作用提供了有力的工具。综述了应用该系统在蛋白质中定点引入赖氨酸衍生物的应用研究进展,并分析了该系统与目前最常用的系统相比的优势所在。