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                刘志洪教授团队在活体光电分析领域取得重要突破

                作者:通讯员化∏轩   编辑:鲜文涛    来源:化学化工学院  发布时间:2021/03/05

                 近日,化学化工学院刘志洪教授团队的最新研究成果“FRET Modulated Signaling: A Versatile Strategy to Construct Photoelectrochemical Microsensors for in Vivo Analysis(《荧光共振能量转移调控光电信号:构建用于活体分析的光电化学微传感器》)”,发表于化学领域顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed.(DOI:德国应用化学,IF:12.959)。湖北大学为第一⌒ 单位,化学ζ化工学院博士后叶晓雪和2020级博士生王星为论文第一作者,广州大学韩冬雪教授和湖北大学刘志洪教授为通讯作者。

                神经ζ 化学物质诸如神经递质、神经调质、代谢物、自由基、离子等在脑神经信号的传递及代谢过程中起着至关重要的作用,在活体层次建立这些生理』活性分子的实时、动态监测方法,能够为探索和认识神经生理和病理过程的物质↙基础提供直接信息。活体原位电化学分析法︽由于其灵敏度高、选择性好、时空分辨率高等优点,已用于脑内多种化学物质的动态监测。然而,活体环「境高度复杂,对目标物质高选择性的检测一直是活体电分析的一大挑㊣ 战;另一方面,电分析法难⌒以实现对非电活性物质的检测,极▆大限制了该分析方法的应用。光电化学分析」法是电分析化学的一个重要分支╲,除了具有电分析法的优势以外∑ ,其以光为激发源的特点,减少了施加外部电压〓对神经元的刺激,具有更好的生物№相容性,但同样面临上述电分析方法的难题。

                基于以上问题,刘志洪教授团队提◆出了一种基于荧光共振能量转移(FRET)调控光电化学信号的新策略,实现了※光电化学对活体内非电活性物质的高选择检测。该工作以SO2作为概念验证分子,基于FRET原理设计合成了对SO2特异性响应的上转换纳卐米/染料(cSO2)荧光探针,并将其修饰到负载CdTe量子点/多壁碳纳米管光电复合材料Ψ 的微电极上,组成光电微电◤极。在980nm近红外光激发下,由于上转换纳米颗粒与cSO2之间的FRET效应,上转换材料的发光被猝灭,从而难以激※发CdTe量子点产生光生电子空穴对,因此只能检测到〖极微弱的光电流信号;当cSO2与目标物SO2特异性反应后,上转换纳米/染料(cSO2)之间的FRET过程被抑制,上转【换纳米发光恢复,从而可激发电极表面的CdTe量子点产生增强的光电○流信号。光电流信号的大小受FRET过程调控,并且ω 与目标物浓度相关,从而实现SO2定量检测。进一步地,他们将这种方法应用于大鼠缺血再灌注和热惊厥模型中脑内SO2水◎平的监测,验证了该方法在活体分析中的可行性。

                图1. FRET调控光电信号¤的原理及活体分析应用示意图

                该工作将FRET的高选择※性、上转换纳米材料的近红外光激发(980nm)以及光电分析的高灵敏度、高时空分辨率■等优点巧妙地结合起来,提出了一种全新的适用々于活体分析的光电化学分析方法,解决了电分析及光电分析在复杂体系中选择性█不足且难以检测非电活性分子的关键问题。这项工作为活体、细胞等复杂生物体系的准确分析♂提供ㄨ了新的思路。通过对该体系中染料分子及FRET体系的适当设计,该策略可扩展用于多种目标物(电活性或非电活性物质)分析。

                刘志洪教授【团队于2019年6月完成实验室基础设施建设,2019年8月完成一期仪器平台安装调试。团队々围绕荧光、光热、光声和光/电分析技术的创新¤及生物应用方面做了一系列有特色的工作,至今以湖北大学为通讯单位发表论文20篇,其中包括J. Am. Chem. Soc. (1篇, IF: 14.612),Angew. Chem. Int. Ed. (1篇,IF:12.959),Adv. Funct. Mater. (2篇,IF: 16.836),Small (2篇,IF:11.459),Trands Anal. Chem. (1篇, IF: 9.801),Anal. Chem. (4篇,IF:6.785 ),ACS Appl. Mater. Inter. (1篇, IF: 8.758),Biosens. Bioelectron. (1篇, IF:10.257),ACS Sens. (1篇,IF:7.333 ),Chem. Commun. (1篇, IF: 5.996)。

                (审稿:文为)


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