新聞科研進(jìn)展
精密測量院在Photo-CIDNP高靈敏19F探針研究中取得重要進(jìn)展
近日，精密測量院原位生物大分子波譜分析團隊在光化學(xué)誘導(dǎo)動態(tài)核極化（Photo-CIDNP）研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，為闡明分子結(jié)構(gòu)與極化性能之間的構(gòu)效關(guān)系提供了新的理論框架，并為拓展Photo-CIDNP技術(shù)在復(fù)雜生物體系中的應(yīng)用提供了新策略。相關(guān)成果發(fā)表于《美國化學(xué)會志》（Journal of the American Chemical Society）。
核磁共振（NMR）技術(shù)因具有無損、定量和結(jié)構(gòu)解析能力，在生命科學(xué)與化學(xué)研究中發(fā)揮著重要作用。然而靈敏度不足始終是制約核磁共振技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。Photo-CIDNP技術(shù)通過溫和條件下的可逆光化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)目標(biāo)分子動態(tài)核極化，可顯著增強核磁共振信號，在生物體系研究中展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。但目前該技術(shù)仍然面臨可極化底物類型有限、分子結(jié)構(gòu)與極化效率關(guān)系不明等問題。
針對上述挑戰(zhàn)，研究團隊結(jié)合理論計算與實驗驗證，發(fā)現(xiàn)含氟同系物中19F的極化性能可通過對應(yīng)自由基的自旋密度進(jìn)行有效預(yù)測，這一發(fā)現(xiàn)為高效篩選Photo-CIDNP響應(yīng)分子提供了理論依據(jù)，有望大幅降低實驗篩選成本。在此基礎(chǔ)上，團隊經(jīng)探針骨架篩選與優(yōu)化，針對胺基類化合物設(shè)計合成了Photo-CIDNP響應(yīng)型高靈敏19F衍生化探針。該探針在單次采樣條件下（2秒）即可實現(xiàn)1 μM氨基酸混合物的快速檢測，信號增強普遍超過100倍；單個氨基酸檢測限低至20 nM（64次掃描），并成功應(yīng)用于細(xì)胞裂解液中胺基類化合物的快速檢測。通過調(diào)控衍生化單元結(jié)構(gòu)，還可實現(xiàn)對特定氨基酸的選擇性檢測，展現(xiàn)出良好的可拓展性。基于該方法，團隊進(jìn)一步實現(xiàn)了細(xì)胞氧化應(yīng)激過程中氨基酸含量動態(tài)變化的快速檢測。
（A）自由基在不同位置處19F的自旋密度及極化性能；（B）19F NMR識別及信號增強機制；（C）1 μM氨基酸混合物的19F NMR譜
相關(guān)成果以“Expanding the Molecular Scope of Photo-CIDNP for Nanomolar 19F NMR Detection of Amines”為題發(fā)表于《美國化學(xué)會志》（Journal of the American Chemical Society）。精密測量院副研究員柴兆斐和博士生王瑋璇為共同第一作者，研究員李從剛為通訊作者。
該研究得到中國科學(xué)院、科技部等項目資助。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c21094