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湖南師大熊二虎教授課題組Angew:炔基肽鏈納米金探針構建及應用

來源:湖南師范大學      2025-02-21
導讀:盡管基于金-巰(Au-S)鍵的納米金(AuNPs)生物探針被廣泛應用于生物傳感、細胞成像和生物醫學研究等領域,但在復雜的生物環境中,生物硫醇可能會通過配體交換嚴重干擾這些探針的穩定性,造成非特異性的檢測信號。針對這個問題,湖南師范大學熊二虎教授團隊在《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed.)上報道了一種穩健、快速的基于金-炔鍵(Au-C≡C)的肽鏈納米金探針構建新方法。

背景介紹

金納米顆粒(AuNPs)因其獨特的物理化學特性而備受關注,包括高消光系數、優異的生物相容性、尺寸依賴的光學特性以及高效的熒光共振能量轉移(FRET)能力。基于這些特性,研究者們通常通過金-巰(Au-S)共價鍵將各類功能分子(如抗體、適配體、多肽和聚合物等)修飾到AuNPs表面,構建多功能納米探針。這些功能化的AuNPs在生物傳感、細胞成像、藥物遞送和疾病治療等領域展現出巨大的應用潛力。然而,Au-S鍵固有的化學不穩定性限制了其實際應用:在復雜的生理環境中,特別是面對細胞內高濃度的生物硫醇(如谷胱甘肽,半胱氨酸等)時,Au-S鍵容易發生配體交換反應,導致探針結構破壞和功能喪失,最終造成檢測信號失真,嚴重影響其在生物醫學應用中的可靠性和準確性。這一局限性促使研究者們致力于開發更穩定的AuNPs表面修飾策略。

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圖1. 肽鏈納米金探針構建

針對上述挑戰,近日,湖南師范大學熊二虎教授課題組創新性地提出了基于炔基(-C≡C-)與金原子強相互作用的解決方案開發了一種快速、穩健的肽鏈功能化AuNP偶聯物(PFCs)構建新方法,整個偶聯過程僅需兩分鐘即可完成(圖1。研究表明,與傳統的Au-S鍵肽鏈偶聯物相比,這種基于Au-C≡C鍵的偶聯物具有顯著優勢:在生物硫醇抗性方面,即使在高濃度谷胱甘肽溶液中仍能保持結構完整性;在環境穩定性方面,可在高鹽濃度、寬pH范圍和高溫條件下維持穩定性能,其穩定性與金硒(Au-Se)鍵肽鏈納米金探針相當(圖2。值得注意的是,該探針在抗氧化性、肽鏈修飾成本和組裝效率等方面均顯著優于Au-Se鍵探針。

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圖2. 肽鏈納米金探針穩定性考察

研究團隊評估了基于Au-C≡C鍵的肽鏈納米金探針在腫瘤細胞成像中的信號保真度(圖3。研究結果表明,細胞內的生物硫醇不會干擾該探針的信號輸出,只有Caspase-3對探針上肽鏈的特異性切割才能產生有效的成像信號。這一特性顯著提高了檢測信號的保真度和特異性,為細胞成像分析提供了一種更為可靠的工具。

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圖3. 金炔鍵肽鏈納米金探針細胞成像分析


總結與展望

該策略不僅成功解決了傳統巰基肽鏈納米金探針在生物硫醇環境中穩定性不足的問題,還為構建新型肽鏈納米金探針開辟了全新途徑,使其成為臨床診斷、藥物遞送以及生物醫學研究等生物應用領域中極具價值的重要工具。

該工作近期發表在Angew. Chem. Int. Ed.上,第一作者為湖南師范大學博士研究生都金蓮和碩士研究生徐海麗,通訊作者為熊二虎教授,該工作得到了國家自然科學基金項目、湖南省杰出青年科學基金、湖南省青年科技人才計劃等項目的支持。


通訊作者介紹

熊二虎,“瀟湘學者”特聘教授,博士生導師,湖南大學/美國德克薩斯大學奧斯汀分校聯合培養博士,湖南省杰青,湖南省青年科技人才-荷尖人才,湖南省化學化工學會第十九屆青年化學化工獎,湖南省湘江新區青年科技工作者聯合會理事,J. Anal. Test.IMed期刊青年編委。目前主持國家自然科學基金面上和青年項目,以及省部級項目多項,授權中國和美國發明專利各1件,申請國家發明專利6件。近年來,共發表學術論文40余篇,其中以第一/通訊作者身份在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed. (3)JACS AuACS Nano, Natl. Sci. Rev., CCS Chem., Sci. China Chem., Anal. Chem.(5)等國際權威期刊上發表論文30篇,5ESI高被引論文,2篇熱點論文,論文總引用3260余次。研究成果發表后,受到國內外相關領域著名專家和學者的廣泛關注,并在Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., Nat. Biomed. Eng.等國際權威期刊上給予大篇幅引用和肯定性評價。

文獻詳情:

Robust Peptide-Functionalized Gold Nanoparticles via Ethynyl Bonding for High-Fidelity Bioanalytical Applications

Jinlian Du, Haili Xu, Xinyue Zhu, Keyu Long, Jiaqi Lang, Ling Jiang, Erhu Xiong, Ronghua Yang, Juewen Liu

Angew. Chem. Int. Ed.2025

https://doi.org/10.1002/anie.202424351

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