随着生物技术的飞速发展，实时、原位的生物过程监测在推动科学发现和技术进步中扮演着至关重要的角色。然而，传统监测方法在应对复杂的生物基质及结构相似的分析物时，常面临灵敏度和分辨率的限制，影响了检测结果的准确性。为应对这一挑战，中国科学院有机化学研究所赵延川研究团队开发了一种新型自组装19F标记核磁共振（NMR）探针。这种探针通过与核苷酸等小分子结合，触发探针的解聚集过程，进而激活19F核磁共振信号，生成独特的信号指纹，能够实现多种分子成分的精确识别与检测。这项技术为生物机制研究、酶动力学分析、药物筛选及疾病诊断等领域提供了新的解决方案。
传统检测方法在面对复杂的生物样品时，难以区分结构相似的分子。而这种新型探针通过其自组装和解聚机制，能够在与不同生物分子结合时，产生独特的19F NMR指纹信号，精确识别和区分多种分析物。以核苷酸为例，探针能够同时识别并区分出八种常见的DNA和RNA组成单元，包括AMP、GMP、CMP、UMP等。不同核苷酸产生各自独特的19F信号，因而在复杂混合物中依然能够准确区分每种组分 (图2)。作者还评估了蛋白质等生物大分子对检测的影响，结果表明，即使在存在蛋白质等干扰物质的情况下，探针仍能保持良好的检测性能。此外，通过添加内标分析物，这一检测方法可以实现对样品中的组分进行定量分析，进一步增强了其在实际生物样品检测中的应用潜力。
以ATP水解酶检测为例，探针与ATP、ADP和AMP分别结合后，产生独特的19F NMR信号，通过这些信号的强度和变化，可以精确跟踪ATP在Apyrase催化下的逐步水解过程。随着反应的进行，ATP信号逐渐减弱，ADP信号先增加后减弱，AMP信号则持续增强，这验证了Apyrase的分步水解机制。此外，通过对不同来源的Apyrase样品进行检测，这一体系能够区分其ATPase/ADPase活性，证实了其在酶质量评价中的实用性。这一19F标记探针为酶促反应的实时监测提供了高效的工具，不仅能够准确评估酶活性，还能用于药物筛选和质量控制。随着这一技术的广泛应用，它将在疾病诊断和生物技术领域发挥更大的作用。
论文信息
Enhancing Molecular-Level Biological Monitoring with a Smart Self-Assembling 19F-Labeled Probe
Dr. Zhenchuang Xu, Chenyang Wang, Shengyuan He, Dr. Jian Wu, Prof. Dr. Yanchuan Zhao
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202417112
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