今日开课 || 27篇SCI的国家重点实验室大牛，都在研究什么？！

联合论坛第九讲

“高稳定性解聚集型荧光传感器的设计开发及其应用”

今晚19：30

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指·南·针·联·合·论·坛

指南针联合论坛第九讲“文献解读——‘荧光探针’篇”，论坛客座讲师魏刚与大家一起探讨“高稳定性解聚集型荧光传感器的设计开发及其应用”。

主题介绍
PART/01

Ⅰ 讲座主题：

高稳定性解聚集型荧光传感器的设计开发及其应用

Ⅱ 选题意义：

在土壤/水资源中，铅和汞等重金属污染引起了人们对生态系统和人类健康的潜在负面影响的担忧。汞离子(Hg2+)是一种广泛的污染物，具有明显的毒理学特征，高细胞毒性，腐蚀性和致癌性。通常在生物体血液和细胞中检测汞离子的方法主要有电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、原子吸收光谱法(AAS)、离子选择电极法(ISEs)、 紫外可见(UV-Vis)分光光度法、阳极溶出伏安法和荧光光谱法。荧光探针是检测Hg2+的便捷有效工具。

Ⅲ 文献简介：

荧光探针在实际检测中聚集会引起荧光猝灭，同时荧光稳定性降低，这使得探针对于在实际样品中连续和长期的应用不是很理想。为了解决这个问题，我们主要采用两种方法，一是环境氢键诱导增强发光方法实现利用环境氢键抑制荧光素基团的自由旋转，以增强探针对Hg2+识别的灵敏度，并消除Cu2+荧光干扰。通过牛血清蛋白作为理论模型，详细研究了环境氢键诱导发光(hydrogen-induced emission，HIE)的机理。并将探针应用于实际血清中Hg2+的高灵敏，高选择性检测和体内体外Hg2+的跟踪成像。二是采用共聚策略方法开发出两种高分子PAFH和PSAM，改善了材料的双亲性和光稳定性，降低聚集效应，提高生物相容性和细胞渗透性。实现了PAFH和PSAM在生物体内的高灵敏检测。

内容预告
PART/02

Ⅰ 研究思路
（1）解决光稳定性差的问题

设计合成荧光传感器PCFH，PCFH在乙醇/水体系可以检测Hg2+,但Cu2+会干扰其检测效果，同时PCFH在实际应用中稳定性会降低，为了解决这个问题。我们通过牛血清蛋白（BSA）抑制PCFH能够自由旋转的基团（荧光素部分的两个羟基）从而提高其光学检测能力（图一），同时BSA与铜离子的作用力大于PCFH与铜离子的作用力，巧妙的抑制了铜离子的干扰。

（2）探究BSA对探针PCFH的作用机理

我们尝试使用L-半胱氨酸作为BSA的代表性成分，并且半胱氨酸可以与PCFH相互作用。我们在Gaussian 03软件下进行了理论计算，采用B3LYP/LANL2DZ基组，将探针PCFH，PCFH-Hg2+和PCFH-Cysteine的模型进行优化计算得到了探针与金属离子和氨基酸之间的最高分子占有轨道(HOMO)和最低分子未占有轨道(LUMO)的能量和带隙，如图二。根据PCFH-L-半胱氨酸的能量优化结构，L-半胱氨酸和Hg2+与PCFH的结合将HOMO-LUMO能隙从4.382 eV降低到1.201 eV，暗示PCFH和BSA之间的强氢键相互作用。

（3）解决解聚集效应

我们设计合成聚合物PAFH，并在高斯中以B3LYP / 6-31G为机组对聚合物PAFH的基本重复单元和聚合单体进行了理论计算，优化其空间几何构型，尤其是生色团之间的间距。具有悬垂结构的PAFH和聚合单体的最佳空间构型如图三所示。从图中可以看出，悬挂在聚丙烯酰胺主链上的分子生色团之间的平均间距为9.650 Å，而聚合单体的两个分子之间的间距为6.611 Å。通过共价键将生物活性聚丙烯酰胺主链引入到荧光素荧光团中，可以将生色团的间距从6.611 Å扩大到9.650 Å，此间隔足以有效地抑制有机生色团的聚集作用。因为当分子间距大于7.0 Å，偶极-偶极作用和π-π堆积作用非常弱，导致分子间的电荷转移不在发生。

图一 PCFH和BSA作用机理
图二 PCFH-Hg2+, PCFH-Cysteine, and PCFH的HOMO和LUMO轨道能级计算
图三 (a) 聚合物PAFH和 (b) 聚合单体的最佳空间构型，O，N，C和H原子分别表示为红色，蓝色，灰色和白灰色。 

客座讲师
PART/03

魏刚，2020年9月获得东华大学博士学位。博士期间获得国家奖学金，国家励志奖学金各一次，学业奖学金2次。发表SCI论文27篇，第一作者论文11篇，撰写专利17项，已授权5项。 现就职于上海交通大学医学院附属瑞金医院，主要研究方向：新型化学传感器和骨再生影像诊疗水凝胶微球/纺丝。

项目经验：

2014.09—至今 纤维改性国家重点实验室—多功能有机无机杂化纳米机器人的制备与性能

• 在与亨斯迈聚氨酯有限公司项目中为主要开发者，提出创新方案并开发了一种新型阻燃剂。
• 与内蒙古军工单位合作，主要负责开发POSS基新型耐高温材料，用于航天器的外涂层材料。
• 课题主要设计合成新型POSS基荧光纳米机器人用于检测识别且清除体内外金属离子，达到重金属离子检测解毒的作用；开发集识别检测荧光标记治疗于一体的多功能有机无机杂化POSS基纳米机器人用于诊疗肿瘤的生物应用。
• 撰写专利11个，其中已授权4个。第一作者撰写7篇SCI文章，其中已接收5篇，1篇revision，一篇under review。

2009.09—2013.06 新材料改性重点实验室—磁性纳米粒子的制备及性能

• 主要通过溶胶凝胶法制备钕，钴，锰复合氧化物，通过BET，SEM，TEM，磁性等测试表征了其结构性能。

讲座安排
PART/04

Ⅰ 讲座形式（B站线上直播讲座）
UP主：指南针学院直播地址：
http://live.bilibili.com/21727250
Ⅱ 幸运抽奖
讲座开始后当晚举行线上幸运抽奖，具体参与规则详见直播中主持人解释。
Ⅲ 讲座时间
2020年11月8日19:30
Ⅳ 联系人

需要进相关讲座交流群，扫描添加小枫师妹微信

并备注“课程交流群”

讲座相关问题均可在群内讨论

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