开发具有良好生物相容性的探针并实现活细胞内检测对生物医学和生命科学意义重大，但仍是挑战。本文报道了一种基于谷胱甘肽（GSH）和抗坏血酸（AA）美拉德反应荧光产物（MRFPs）作为探针的快速、高选择性活细胞Fe3+生物传感器。实验表明MRFPs无细胞毒性且生物相容性优异。在生理pH条件下，MRFPs对Fe3+相对于其他金属离子具有快速...
烟草蚀刻病毒蛋白酶（TEVp）因其对底物的高特异性和高效切割能力，被广泛用于条件性控制融合蛋白的切割。温度诱导因响应快、组织穿透性好且适用于多种模式生物，成为调节基因功能的常用策略。本文通过 N 端截短工程化获得温度敏感型 TEVp（tsTEVp），在 30°C 诱导后约 4 h 内实现高效蛋白水解，而在 37°C 下保持相对不活。...
准确、灵敏地监测和成像活细胞中线粒体 pH 对化学生物学和生物医学具有重要意义。本文设计了一种基于刚果红（CR）修饰双发射半导体聚合物点（Pdots）的新型比率型荧光化学探针，用于活细胞线粒体 pH 的监测与成像，其机制为竞争性荧光共振能量转移（FRET）。Pdots 由三苯基膦（TPP）修饰聚氧乙烯壬基苯基醚（CO-520）、聚(...
本研究以高收率合成了一种三足型双功能荧光探针L1，其结构由罗丹明B（Rhodamine B）和1-萘异硫氰酸酯（1-naphthaleneisothiocyanate）经三(2-氨基乙基)胺连接而成。识别性能研究表明，探针L1对Al3+具有高灵敏度和高选择性，可通过FRET荧光响应和比色响应进行检测，检出限达10−8 M量级；同时，...
氰化物阴离子是一种急性有毒污染物，可抑制细胞色素氧化酶并损害中枢神经与呼吸系统。本文开发了一种基于银@金核壳纳米颗粒（Ag@Au NPs）与铱(III)配合物1的发光“开启”传感平台，用于高灵敏检测氰化物。该体系利用Ag@Au NPs对配合物1发光信号的猝灭作用；加入氰化物后，氰化物可选择性溶解金壳，使配合物从金壳表面解离，发光信号...
受激发射损耗（STED）显微镜是一种常用的超分辨成像技术。除合成染料和荧光蛋白外，遗传编码生物传感器也可作为 STED 荧光团使用。将生物传感器与目标蛋白融合，可在活细胞内实现亚衍射极限的大分子结构成像，同时获取细胞活动相关的功能信息。本文介绍了一种用于 HyPer2 生物传感器活细胞 STED 成像的实验方案。HyPer2 是一种...
本文设计并合成了一种水溶性荧光pH探针ADA，其结构为2-(6-(4-氨基苯乙烯基)-1,3-二氧代-1H-苯并[de]异喹啉-2(3H)-基)-N,N-二甲基乙胺，属于D-π-A型萘酰亚胺体系。探针以二甲氨基乙胺为质子受体和光诱导电子转移（PET）猝灭体，以乙烯基苯胺为质子化位点和分子内电荷转移（ICT）响应基团，在pH 3–6范...
本文提出一种评估药物及候选药物进入活细胞摄取的新方法。该方法将某类化合物的蛋白靶标改造为荧光生物传感器，通过测量不同化合物在活细胞内与其同源生物传感器的结合，并与体外测量值比较，从而对细胞摄取和胞内浓度进行排序。作者展示了两种传感器设计：一是由自标记蛋白 SNAP-tag 与化学修饰抑制剂组成的半合成传感器，用于人碳酸酐酶 II（H...
本文提出一种通用的保护-脱保护策略，用于设计荧光蛋白生物传感器，并构建了一种开启型 Hg2+ 传感器。作者结合荧光蛋白工程与非天然氨基酸突变，将经典化学氧汞化反应转化为生物传感格式。不同于以往依赖 Hg2+ 与半胱氨酸巯基结合的荧光蛋白汞传感器，该传感器在 sfGFP 的 Tyr66 位点遗传编码 p-乙烯氧基-L-苯丙氨酸（ViP...
本文构建了一种基于DNA四面体的多色纳米探针，用于在活细胞中同步成像三种肿瘤相关mRNA。该探针通过竞争性链置换反应引起荧光恢复实现检测。用于构建四面体的寡核苷酸在5'端分别延伸三条21碱基识别序列，并标记不同荧光基团FAM、Cy3和Cy5；三条11碱基互补序列分别标记淬灭剂BHQ1（对应FAM）和BHQ2（对应Cy3、Cy5），与...
微管相关蛋白Tau是一种天然无序蛋白，参与多种神经退行性疾病（tauopathies），并在神经原纤维缠结中聚集。Tau如何从结合微管的状态转变为易聚集状态，以及tauopathy相关突变如何影响其在细胞中的行为仍不清楚。为此，作者开发了一种基于全长Tau蛋白的遗传编码FRET生物传感器（CST），用于在活细胞中实时监测Tau构象变...
硫氧还蛋白（Trx）是哺乳动物两大硫醇依赖性抗氧化系统之一，在氧化还原稳态和信号转导中发挥关键作用。由于缺乏在活细胞中实时监测 Trx 氧化还原动态的方法，Trx 系统的生理和病理功能研究受到限制。本文报道了首个用于监测 Trx 氧化还原状态的遗传编码荧光生物传感器 TrxRFP1。作者将人 Trx1 与氧化还原敏感红色荧光蛋白 r...
本文介绍一种用于活细胞内局部产生并检测过氧化氢（H2O2）的遗传编码系统。该系统由酵母D-氨基酸氧化酶（DAAO）和两种光谱可区分的荧光生物传感器 HyPer2 与 HyPerRed 组成；二者分别基于循环置换黄色荧光蛋白和循环置换红色荧光蛋白，可实现细胞内 H2O2 动态的时空产生与检测。协议以简单细胞培养模型为例，给出转染、成像...
血小板衍生生长因子受体（PDGFR）感知胞外生长因子并将信号转入细胞内，调控细胞增殖、迁移和存活。关于 PDGFR 位于哪些膜微区以及如何在不同微区调控多种胞内信号通路，仍存在争议。本研究开发了一种基于荧光共振能量转移（FRET）的新型 PDGFR 生物传感器，可在活细胞中以高时空分辨率实时检测 PDGFR 活性。为研究膜微区中的亚...
溶酶体pH稳态对细胞生理功能至关重要，开发用于溶酶体成像和比率pH测量的小型荧光纳米传感器具有重要需求但颇具挑战。本文利用pH敏感荧光素（FAM）标记的AS1411适配体，通过交联剂Sulfo-SMCC共价修饰无标记荧光硅纳米点（SiNDs），构建了一种比率型pH生物传感器。该适配体传感器具有超小尺寸、低毒性、良好的pH可逆性和光稳...
FRET（Förster 共振能量转移）显微镜是分子生物学与医学研究中用于实时监测和定量蛋白质-蛋白质相互作用及生化过程的重要工具。该技术可在完整细胞、组织乃至亚细胞区室中研究多种新型信号转导机制。典型单分子荧光生物传感器由目标分子结合域和分别位于两侧的供体与受体荧光蛋白组成；供体在单波长光激发下发射能量，可部分转移至邻近受体，使受...
基于 Förster 共振能量转移（FRET）的遗传编码生物传感器是活细胞成像的重要工具。作者团队此前开发了名为 ATeam 的 FRET 型 ATP 指示剂，用于在单个活细胞内可视化 ATP 水平，并进一步实现线粒体基质中 ATP 的实时监测。ATeam 由供体荧光蛋白、ATP 感应域和受体荧光蛋白组成，ATP 结合诱导感应域构象...
本文构建了一种基于谷胱甘肽（GSH）修饰的锰掺杂硫化锌量子点（QDs@GSH）向氧化石墨烯（GO）发生荧光共振能量转移（FRET）的荧光开启型生物传感器，用于检测活细胞和人尿液中的谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）。QDs@GSH通过表面GSH与GO之间的氢键吸附在GO表面，导致QDs荧光被猝灭，FRET效率为86.3%。加入GSTs后...
基于荧光蛋白变体间 Förster 共振能量转移（FRET）的荧光生物传感器探针，被广泛用于监测多种生物现象，通常通过配体诱导受体结构域结合来检测目标分子。抗体是各种生物分子特异性识别元件的重要来源，但其潜力尚未被充分开发。本研究构建了一种由荧光蛋白融合抗体可变区片段组成的 FRET 探针，用于检测骨代谢标志物骨钙素（BGP）。该探...
光学传感器是活细胞研究的重要工具，可实时追踪脂质、离子和酶等关键细胞组分的定位、浓度变化或活性。现有探针大多基于荧光，在高端显微镜支持下可提供高空间与时间精度，但要求事件时间尺度与传感器响应时间匹配。过去20年发展出的许多传感器为遗传编码型，其设计多样，应用从简单到复杂。遗传编码传感器在荧光蛋白被发现、其光学性质被工程化改进以及通过...