Angew. Chem. :荧光“杀手”——用于FRET受体的小分子猝灭剂

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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机制高效地转移被激发的荧光团的能量,使得分子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。

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图1. 小分子猝灭剂的类型和基于FRET原理的传感分析设计。

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、猝灭机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。

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图2.常见荧光团与猝灭剂类型总结。

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。

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图3. 常见猝灭剂的吸收光谱和分子结构。

文信息

Small Molecule Quenchers for Förster Resonance Energy Transfer: Structure, Mechanism and Applications

Bin Fang, Yu Shen, Bo Peng, Hua Bai, Limin Wang, Jiaxin Zhang, Wenbo Hu, Li Fu, Wei Zhang, Lin Li, Wei Huang

文章第一作者是西北工业大学的博士生方斌、博士后沈玉和副教授彭勃。通讯作者为空军军医大学的张伟助理教授、西北工业大学的李林教授和黄维院士。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202207188


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