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西安交大科研人员对葡萄糖识别传感机理研究进行系统总结

科界 10月17日

来源:交大新闻网

葡萄糖作为一种主要生理物质影响着人们日常生活的方方面面,因此在各个领域(如医学、环境监测以及食品分析)中寻求一种快速、可靠和廉价的葡萄糖检测方法极其重要。但糖分子因其结构多样性、高溶剂化能等特性,生理条件下对其识别检测极其困难。

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继朱永勇和托尼·沙尔尼克于1992年发表第一个硼酸荧光系统之后,托尼·詹姆斯和世治新凯于1994年和1995年共同撰写了一系列论文,利用光诱导电子转移机理,开发了邻苯氨甲基硼酸荧光探针,成功应用于生理条件下糖分子的检测。这项研究在糖的检测方法上引发了一场革命,被大量应用报道,引发国际社会广泛关注。2003年,乔治亚州立大学王炳和教授通过理论计算和实验验证,对上述识别机理提出质疑,随后提出电离常数转换机理。2017年,埃里克·安斯林教授又提出聚集—解聚机理。但以上所有机理论断不能正确或完全解释荧光变化的真正原因。

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机理是基础理论研究,对于指导实践至关重要。西安交大博士孙晓龙在美国德州大学奥斯汀分校埃里克·安斯林团队博士后研究工作期间,联合巴斯大学托尼·詹姆斯,对四类邻苯氨甲基硼酸荧光探针进行了系统研究,借助于核磁共振技术、晶体结构解析、溶剂效应和质子同位素效应等技术手段,成功揭示了糖分子识别的新机理为分子内能量转移,否定了光诱导电子转移和pKa转换机理,为相关研究提供正确的理论指导。以上研究成果发表在《美国化学会志》期刊上,被美国化学会志选为热点以《点亮基于硼酸的荧光探针》为题报道。近期,孙晓龙教授联合美国德州大学奥斯汀分校埃里克·安斯林教授、英国巴斯大学托尼·詹姆斯和美国乔治亚州立大学王炳和教授在《自然—化学》上发表文章《硼酸酯形成和邻苯氨甲基硼酸荧光识别的机理》,深入探讨了电离常数的作用机理、化学结构、动力学/热力学和光物理等问题,对过去25年基于邻苯氨甲基硼酸荧光探针检测糖分子机理的研究做了系统性总结,得到编辑及审稿人的高度评价。西安交通大学为第一单位,孙晓龙教授为第一作者。《自然—化学》(5年影响因子IF: 27.347)是国际权威杂志《自然》的子刊,专门发表介绍化学领域最重要的科学发现。

团队介绍:西安交大生命学院仿生工程与生物力学研究所是围绕“基础理论—生物技术研发—应用推广”学术思想,以科学研究产业化为目标组建的多学科交叉研究中心,通过吸收不同背景的优秀青年人才,促进交叉学科领域的综合性研究工作,着力于解决生物医学工程的基础性研究以及临床医学治疗方案的设计、优化,培养具备跨学科能力的创新型科研人员。BEBC孙晓龙教授长期致力于分子识别和荧光传感领域的研究,针对传感机制不清晰的科学问题和检测灵敏度低、选择性差的技术挑战,基于原子协同作用、级联迭代放大、同位素效应等机理或技术手段,发展了高灵敏、高选择性分子探针,应用于生命体系中目标物的荧光识别检测。研究成果发表于《化学综述》《自然—化学》《美国化学会志》《德国应用化学》《美国化学核心科学》《化学科学》等学术期刊上。孙晓龙教授在糖分子识别研究领域的研究成果分别在《化学综述》《化学通讯》和《美国化学会界面和应用材料》上发表,报道了相关研究进展、存在的问题并预测了未来发展前景。

链接:https://www.nature.com/articles/s41557-019-0314-x


葡萄糖

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