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近日，美國哈佛大學醫學院/麻省總醫院的冉崇昭教授課題組通過設計了一系列化學發光探針ADLumin-Xs。這類探針在量子產率（QY）、發射波長和信噪比（SNR）方面都具有優勢，可以滿足三維 （3D）腦成像的要求，實現了對阿爾茲海默癥（Alzheimer’s disease, AD）模型小鼠的3D腦成像，并且通過信號強度可以區分健康和AD小鼠。該技術為臨床前小動物3D腦成像研究提供一種新方法（圖1）。

圖1. ADLumin-Xs探針的設計策略以及體內三維成像中的應用說明。圖片來源：PNAS

通過在分子骨架中引入呋喃環增加體系的電子密度和限制雙鍵的旋轉，以及引入不同的供/吸電子基團的策略，作者設計了探針ADLumin-Xs (X = 5-8)，期望實現高量子產率和長發射波長。由DFT理論計算得出，ADLumin-6相對于其他探針具有最低的HOMO-LUMO能量差從而獲得最長的發射波長，并且理論計算值與實驗值具有很好的相關性，證明了探針設計的合理性（圖2）。由于ADLumin-5具有最高的量子產率，ADLumin-6具有最長的化學發光波長，最終作者選擇二者進行小鼠體內實驗。

圖2. ADLumin-Xs探針和DFT理論計算。圖片來源：PNAS

在小鼠的體內實驗中，ADLumin-5/6均可以透過血腦屏障并且具有良好的組織穿透性。其中，ADLumin-5可使轉基因組相較于野生型組的信號增長1.5倍，ADLumin-6可增長5.1倍，這與體外實驗結果的趨勢性一致（圖3）。而且，ADLumin-5在小鼠體內化學發光強度可達4 × 10⁷ photon/s/cm²/sr，滿足3D腦成像的基本要求。

圖3. ADLumin-5/6探針的體內實驗。圖片來源：PNAS

在小鼠的3D腦成像研究中，作者發現信號可達小鼠腦部深層0.5 cm處（圖4）。并且，對比野生型和AD小鼠不同位置的3D腦成像信號強度均有不同，差別可達2.72倍，相較于二維腦成像的信號差別（1.8倍）有所增加。所以，該方法不僅可以區分健康和AD小鼠，同時也提高了定量分析結果（圖5）。

圖4. ADLumin-5探針的三維腦成像。圖片來源：PNAS

圖5. 三維腦成像區分健康和疾病小鼠。圖片來源：PNAS

綜上所述，作者利用化學發光探針實現了AD小鼠模型的3D腦成像，該方法具有成本低、快速和靈敏度高等優勢，有希望應用于更大的動物模型中，為臨床前腦疾病研究提供一種新方法。

相關成果近期發表在Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)上，哈佛大學醫學院/麻省總醫院的博士后張晶為文章的第一作者，冉崇昭教授、邵義漢教授為共同通訊作者。

原文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2310131120

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