2018年CAIA獎二等獎獲獎項目簡介：以構效關系為指導的活細胞熒光分析工具設計及應用
完成單位：中國科學院大連化學物理研究所，鞍山師范學院
完成人：徐兆超、王曉春、喬慶龍、陶靜、苗露
項目簡介
利用熒光團化學結構統計歸納與理論計算相結合的方法，首先理解已有熒光團的發光構效關系，找到制約熒光性能缺陷的關鍵因素，提出改進方案并合成目標結構加以驗證。不斷通過新的發光構效關系分析優化對熒光團發光構效關系的認識，最終創造出性能優異的新型熒光染料，這一系列熒光染料被命名為DICP Fluor Dyes，并進一步開發了一批能夠識別眾多不同生物客體的性能優越的熒光探針，取得了一批有特色、有影響的成果。
創新點
1.通過合理的分子設計，經過微小調整將現有熒光染料的發光強度和光穩定性大幅提高。利用環張力和空間位阻有效阻止染料受光照激發后TICT態的形成，從而極大的提高了熒光強度和光穩定性。將熒光染料母體發光強度提高了27%，光穩定性提高顯著。染料熒光強度在20000-150000之間，光穩定性表現為在激發光照射下12個小時后熒光強度維持在90%以上。
2.發現熒光團當中供電子基和拉電子基存在“位置效應”，即某一特定位置控制熒光強度，而另外特定位置控制斯托克斯位移和發射波長。開發出環境不敏感、熒光波長可調控、大斯托克斯位移的熒光染料。斯托克斯位移在100 nm以上，有效去除了背景光干擾，可實現多色熒光成像。
3.免洗蛋白熒光標簽具有細胞染色快，免洗的特點。熒光染料對細胞的染色通常需要30分鐘以上，而免洗蛋白熒光標簽在2分鐘之內就可以完成細胞染色，并且不需要再洗去未標記的染料，減少了對細胞的損傷。
科學價值
深刻理解了控制熒光染料發光強度、波長和穩定性的主要因素，并找到了一種簡單有效的改進方法，對于有機熒光染料的結構改進具有普適性。在構效關系指導下研究者能夠系統分析熒光團中不同位置的電子效應對熒光的影響，設計出需要的熒光生物分子試劑，用于活細胞檢測及成像分析。
應用前景
熒光染料原材料完全國產化，市場供應充足，價格便宜。由于產品的單次使用量少，只需實驗室規模合成即可滿足市場需求，無須放大工藝，可直接在實驗室規模生產，投資回報周期短。產品的利潤空間巨大，隨著相關產業發展，潛在市場前景廣闊。
社會效益
目前熒光染料市場現狀是需求總量龐大、產品附加值高，高端市場由國外公司完全壟斷。我們根據位置效應設計的熒光生物分子試劑，熒光性能和反應性能高于現有的商業品牌，有望突破國外公司對熒光試劑的壟斷地位。
