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分子与细胞生物学中的原子力显微镜 || 用于单细胞水平分子识别的原子力显微镜成像-力谱联用技术
摘要： 单细胞水平的分子识别是生物医学科学中日益重要的课题。借助原子力显微镜，可通过细胞表面受体与其配体的相互作用实现识别（包括细胞间黏附蛋白的鉴定）。通过结合形貌图像与局部力谱测量的粘附力作图技术，可确定特定相互作用的空间位置。另一项重要技术是同步记录细胞的形貌与识别图像（TREC成像），从而实时绘制细胞上特异性结合事件的空间分布。本综述聚焦这些分子识别方法的最新进展，并列举了不同生物及生物医学应用实例。
关键词： 分子识别、TREC成像、原子力显微镜、粘附力成像、生物医学应用
更新于2025-09-23 15:21:01
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回复对《紫杉醇修饰环糊精介导的光控可逆微管组装》的评论
摘要： 在我们2018年发表于本期刊的先前研究《紫杉醇修饰环糊精介导的光控可逆微管组装》[1a]中，Thorn-Seshold对研究结果提出了评论[1b]。首先，我们感谢他对我们工作的关注与评论。我们研究中微管的聚集行为已从超分子水平上基于大环主体-客体络合的角度得到论证，随后Thorn-Seshold及其同事于2019年研究了基于偶氮苯修饰紫杉醇（PTX）衍生物的光开关小分子类微管稳定剂[2]。在我们的案例中，显微镜结果显示环糊精（CD）与芳基偶氮吡唑（AAP）之间的光异构络合显著影响了微管形态。在游离PTX-CD、PTX-AAP或其顺/反式状态包合物存在时，均未观察到如游离微管般的纤维状组装。因此，CD和AAP的引入确实影响了PTX与微管间的自组装行为。此外，荧光染料染色实验表明，PTX衍生的主体和客体化合物在一定程度上仍保留微管靶向能力，因为微管可被FITC标记抗体和含金刚烷的罗丹明B共标记。因此，微管聚集被推测为图1方案（卡通示意图）中可能的组装模式之一。微管与CD和AAP的结合模式直接源自我们的显微镜图像和细胞共聚焦实验。我们研究中的生物学效应可能共同归因于PTX依赖途径（PTX诱导的微管稳定化）和PTX非依赖途径（络合诱导的多价超分子交联）在纳米尺度的共同作用[3]。在此情况下，当通过化学修饰PTX的2'-OH位点降低微管亲和力时，后者（非依赖性）效应可能与前者（依赖性）效应相当的解释是合理的。此外，作为超分子化学中广泛研究的大环受体，CD能形成多种超分子组装体[4]。为确定精确结合模式，除从结构生物学角度评估原始PTX-微管单分子水平相互作用外，还需考虑PTX-CD与PTX-AAP间诸多其他因素及多重超分子非共价相互作用（如自包合、自排斥、两亲性、广泛氢键及超分子多价性/协同效应）。例如，多个CD与PTX分子间的多价包合复合物可能赋予纳米组装体高稳定性[5]。因此，在我们看来，在获得此类多组分CD-蛋白质组装体在溶液和固态（如单晶）中的超精细结构之前，目前无法唯一确认任何结合模式。此外，偶氮苯/CD是调节蛋白质及其他生物大分子组装/解组装行为最常用的主体-客体对之一[6]。同时，AAP是一种新型偶氮化合物，与传统偶氮苯相比具有显著不同的光物理行为（如增强的光稳定性和光转换效率）。原始AAP对纯微管的生物学效应可能值得进一步关注，但这超出我们先前研究的范围。总体而言，基于NMR、TEM、UV/Vis透射率和共聚焦显微镜实验，我们在先前研究中明确证明：1）微管自组装形态可受CD与AAP间主客体络合的强烈影响；2）络合诱导的微管聚集可在细胞环境中实现。因此，我们的工作为调控生物大分子组装过程提供了替代的超分子化学方法。最后，我们感谢Thorn-Seshold博士的建设性建议，并希望在后续工作中能改进化学模拟并更深入理解生物学机制。
关键词： 分子识别、光响应性、环糊精、超分子组装、微管
更新于2025-09-23 15:19:57
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对《紫杉醇修饰环糊精介导的光控可逆微管组装》一文的评论回复
摘要： 在我们2018年发表于本期刊的先前研究《紫杉醇修饰环糊精介导的光控可逆微管组装》[1a]中，Thorn-Seshold对我们的结果发表了评论[1b]。首先，我们感谢他对我们工作的关注和评论。我们工作中微管（MTs）的聚集行为已从超分子水平上基于大环主体-客体络合的角度得到证明，随后，Thorn-Seshold及其同事在2019年研究了基于偶氮苯修饰紫杉醇（PTX）衍生物的光开关小分子MT稳定剂[2]。在我们的案例中，显微镜结果显示，微管的形态受到环糊精（CD）与芳基偶氮吡唑（AAP）之间光异构络合的显著影响。在自由PTX-CD、PTX-AAP或它们的顺/反式状态包合物存在下，均未观察到如自由微管那样的纤维状组装。因此，CD和AAP的引入确实影响了PTX与微管之间的自组装行为。此外，荧光染料染色实验表明，PTX衍生的主体和客体化合物在一定程度上仍具有微管靶向能力，因为微管可以被FITC标记的抗体和含金刚烷的RhB共标记。因此，微管聚集被推测为方案1（卡通示意图）中可能的组装模式之一。微管与CD和AAP的结合模式直接从我们的显微镜图像和细胞共聚焦实验中推断出来。我们工作中的生物效应可能共同归因于PTX依赖途径（PTX诱导的微管稳定）和PTX非依赖途径（络合诱导的多价超分子交联）在纳米尺度上的作用[3]。在这些情况下，一个合理的解释是，当通过化学修饰PTX的2'-OH位点降低微管亲和力时，后者（非依赖）效应可能与前者（依赖）效应相当。
关键词： 分子识别、光响应性、环糊精、超分子组装、微管
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于单壁碳纳米管的光学传感器非共价工程方法
摘要： 基于单壁碳纳米管（SWCNTs）的光学传感器存在权衡问题，限制了其在体内和体外环境中的应用。传感器的特性主要由用于将疏水性SWCNTs悬浮在水溶液中的非共价包裹方式决定，本文综述了几种不同包裹方式的优缺点?；诒砻婊钚约涟拇衅骺杀硐殖龈叩牧孔有省⑽榷ㄐ?、可扩展性，但选择性较差；而基于合成聚合物和生物聚合物包裹的传感器则往往量子效率、稳定性和可扩展性较低，但选择性更好。主要研究工作集中在优化基于DNA包裹的传感器上，这类传感器具有可通过合成修饰改善的中等特性。尽管迄今为止SWCNT传感器主要通过经验方法设计，本文重点介绍了基于迭代筛选的替代技术，为调节传感器特性提供了更具指导性的方法。这些更合理的技术能产生新的组合方案，融合各类纳米管包裹方式的优势，从而制造出高性能光学传感器。
关键词： 光学生物传感、非共价增溶、选择性、分子识别、近红外传感器、单壁碳纳米管（SWCNTs或SWNTs）、荧光亮度
更新于2025-09-19 17:13:59
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水溶液中氨基甲酸酯的分子识别与荧光传感
摘要： 实现了水溶液中2A类致癌物——氨基甲酸乙酯的分子识别与荧光传感。该分子传感器为疏水空腔内含酰胺质子的内功能化分子管。通过1H核磁共振、荧光光谱、等温滴定量热法及单晶X射线衍射，揭示了其结合化学计量比、结合亲和力及驱动力。该结合主要由释放"高能"空腔水的疏水效应驱动，氢键作用贡献较小。此外，发现顺式构型分子管在水相（浓度范围：6.2-60 μmol/L）和啤酒（浓度范围：22.9-60 μmol/L）中均对氨基甲酸乙酯具有良好的荧光传感性能。
关键词： 分子识别、聚氨酯、主客体化学、荧光传感
更新于2025-09-10 09:29:36
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具有两个协同正交糖蛋白结合位点的印迹后修饰分子印迹纳米腔，用于将结合事件转化为荧光变化
摘要： 我们采用一种涉及印迹后修饰（PIM）的新型分子印迹技术，开发出对糖蛋白检测具有高灵敏度和选择性的聚合物纳米腔体。该技术能在每个纳米腔体内引入两个不同的相互作用位点及一个荧光报告基团。以肝癌生物标志物甲胎蛋白（AFP）作为模型糖蛋白进行研究：通过二硫键连接可聚合基团制备AFP衍生物，利用AFP聚糖的环状二酯定向固定于4-羧基-3-氟苯硼酸修饰基底，形成均一化的AFP印迹纳米腔体；继而采用表面引发可控/活性自由基聚合反应，引入功能单体、共聚单体与交联剂；通过断裂二硫键和环状二酯构建AFP印迹纳米腔体，仅在腔体内部生成游离巯基；最后通过腔内PIM引入巯基反应性荧光染料，制得能将AFP结合事件转化为荧光信号变化的传感纳米腔体。对照蛋白几乎无响应，在稀释人血清中AFP检测限达0.27 ng/mL（约3.9 pM）。该腔内PIM分子印迹技术为糖蛋白的无抗体ELISA类传感系统提供了有效解决方案。
关键词： 分子识别、分子印迹、传感器、糖蛋白、印迹后修饰
更新于2025-09-04 15:30:14
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利用识别成像技术进行超灵敏、无标记的结合亲和力探测
摘要： 可靠地量化结合亲和力在生物技术和药理学中至关重要，且日益需要具备超高灵敏度、纳米级分辨率和微量样品量的技术。传统方法无法满足这些要求。本研究基于原子力显微镜（AFM）衍生的识别成像技术，通过可视化纳米尺寸树状大分子上的单分子结合来测定亲和力。以DNA杂交为示范案例，修饰有互补结合链的AFM传感器能以纳米级分辨率感知并定位目标DNA。为突破速度与分辨率的限制，AFM悬臂梁在小振幅下接近共振条件进行正弦振荡。测得捕获DNA双链的平衡解离常数为2.4×10?1? M。这种无标记的单分子生化分析方法证明，识别成像与分析技术能有效量化仅含数百个分子的生物分子相互作用。
关键词： 扫描探针显微镜、DNA杂交、亲和力、分子识别、单分子
更新于2025-09-04 15:30:14