基于单个聚合物分子链的FRET体系在生物酶活性比率检测中的应用

Enzymes, a large family of proteins, have an essential role in catalyzing all the key cellular processes in living organisms. Imbalance of some enzyme can cause the occurrence of certain diseases. Currently, determination of enzyme activity in living systems has attracted considerable attention. Among various detection techniques, fluorescence method is considered to be sensitive, simple and rapid; hence this method has been widely used in biological detection. In this study, a fluorescence resonance energy transfer (FRET) system was built based on single polymer chain by anchoring the donor and acceptor at the same location. This FRET system can serve as a ratiometric sensing system for enzyme activity in aqueous solution and biological fluid. This study will explore the rational design of polymer chain to develop the FRET sensing system with photostability, water-solubility and biocompatibility. In addition, this FRET system will be investigated to trace and image intracellular enzyme activity by using Confocal Laser Scanning Fluorescence Microscope and Fluorescence-activated Cell Sorting (FACS). This strategy may provide a new approach for constructing FRET-based ratiometric systems for detecting analytes in clinical diagnosis.

生物酶在生物体内发挥着非常重要的功能，参与到所有的生命活动中，任何一种酶缺失或突变都会引起某种疾病的发生，因此，对生物酶的定量检测在临床医学诊断中具有重要的意义。其中，荧光检测法由于具有灵敏、快速的特点，已被广泛用于生物检测中。本研究拟以单个聚合物分子链为基体，在聚合物分子链的同一位置处引入一对适当的荧光团，构建荧光共振能量转移体系。该体系在生物酶的作用下，通过改变供体/受体的间距和体系的光谱学性质，实现在水相和生理液（如血清）中对生物酶活性定量检测；本研究将利用激光共聚焦荧光显微镜和流式细胞仪等测试手段，研究体系在活细胞中对生物酶活性的比率检测和示踪成像。该体系克服了某些基于小分子和纳米粒子能量转移体系存在的问题，拓展了以聚合物分子为基体的能量转移体系在生物检测中的应用范围，为荧光检测体系在临床医学诊断中的应用提供一种新的思路与方法。

生物分子含量的异常表达常常会伴随着某种疾病的发生，实现对生物分子的定量检测在临床医学中具有重要的意义。荧光检测技术由于具有灵敏度高、响应时间快及操作简便等优点，目前已被广泛应用生物检测中。本研究设计一系列分子荧光探针，利用探针分子中特定的基团与生物分子之间的化学反应，生成具有不同荧光发射信号的探针产物，实现了不同发射光（绿光和近红外光）的比率检测。实验结果表明，本研究设计开发的荧光探针具有响应时间快、检测灵敏度高、选择性好且无毒等特点，从而为荧光检测生物分子提供了一种新的思路和途径。此外，通过二硫键开环聚合的方法，合成了多种不同构型的聚二硫，对比考察了其在分子药物和核苷酸输送方面中的应用，并进一步将合成聚二硫修饰到介孔硅纳米粒子表面，构建了可快速进入细胞质的纳米诊疗体系，实现了对目标RNA的荧光检测和下游蛋白的水平调控，进一步拓展了荧光技术和聚合物纳米材料在生物领域中的应用。