2018年CAIA獎二等獎獲獎項目簡介：以構(gòu)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(jié)構(gòu)統(tǒng)計歸納與理論計算相結(jié)合的方法，首先理解已有熒光團的發(fā)光構(gòu)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(jié)構(gòu)加以驗證。不斷通過新的發(fā)光構(gòu)效關系分析優(yōu)化對熒光團發(fā)光構(gòu)效關系的認識，最終創(chuàng)造出性能優(yōu)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(fā)了一批能夠識別眾多不同生物客體的性能優(yōu)越的熒光探針，取得了一批有特色、有影響的成果。
創(chuàng)新點
1.通過合理的分子設計，經(jīng)過微小調(diào)整將現(xiàn)有熒光染料的發(fā)光強度和光穩(wěn)定性大幅提高。利用環(huán)張力和空間位阻有效阻止染料受光照激發(fā)后TICT態(tài)的形成，從而極大的提高了熒光強度和光穩(wěn)定性。將熒光染料母體發(fā)光強度提高了27%，光穩(wěn)定性提高顯著。染料熒光強度在20000-150000之間，光穩(wěn)定性表現(xiàn)為在激發(fā)光照射下12個小時后熒光強度維持在90%以上。
2.發(fā)現(xiàn)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(fā)射波長。開發(fā)出環(huán)境不敏感、熒光波長可調(diào)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(xiàn)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(nèi)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(fā)光強度、波長和穩(wěn)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(jié)構(gòu)改進具有普適性。在構(gòu)效關系指導下研究者能夠系統(tǒng)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(chǎn)化，市場供應充足，價格便宜。由于產(chǎn)品的單次使用量少，只需實驗室規(guī)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(guī)模生產(chǎn)，投資回報周期短。產(chǎn)品的利潤空間巨大，隨著相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展，潛在市場前景廣闊。
社會效益
目前熒光染料市場現(xiàn)狀是需求總量龐大、產(chǎn)品附加值高，高端市場由國外公司完全壟斷。我們根據(jù)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(xiàn)有的商業(yè)品牌，有望突破國外公司對熒光試劑的壟斷地位。
