2025 CASH丨鞠熀先教授：纳米生物传感技术的革新与应用

在细胞膜表面上分子的原位检测

01。糖基检测

在过去的三十年中，聚糖受到科学界的广泛关注，被认为是核酸和蛋白质后的“生命的第三链”。聚糖的生物学意义和功能是构成生活信息完全难题的必要组成部分。但是，聚糖不是由基因编码的，其原位分析受“缺乏空间特异性的分析工具”的限制。为了应对这个问题，Ju Xian教授和Ding Lin教授的研究团队致力于实现聚糖标签和分析的“空间特异性”。根据“局部酶催化聚糖标记”工具的设计，我们建立了局部空间聚糖。信号扩增和定量分析的新原理进一步实现了蛋白质特异性的聚糖编辑和细胞聚糖重塑，提供了一种全链研究工具，可揭示和干扰聚糖功能并开发针对聚糖的疾病治疗方法。

研究团队首先设计了“一个分子和两个表面”竞争识别策略，并使用细胞表面曼南（Cell Surface Mannan点探针。开发了用于原位检测细胞表面糖基细胞的阳极溶解技术（J. Am。Chem。Soc。2008，130，7224-7225）。同时用阵列电极进一步构建了一种同时的原位检测方法。通过监测通过抗癌药物孵育细胞后表面糖的变化，可以实现抗癌机制（Angew。Chem。Int。Int。2009，48，6465-6468）。

设计基于上转换纳米材料（UNP）的单个激发 - 元素发射的共振能量传递系统（D-LRET），并在特定的糖蛋白（MUC1）上实现了两个糖基（唾液酸和富藻糖）的同时成像检测，可提供强大的糖蛋白（MUC1）用于研究蛋白质糖基化过程的信号转导机制的工具，有助于基于聚糖表达开发新的肿瘤标记和治疗靶标（Angew。Chem。Int。Int。2016，128，5306）。

为了应对糖基代谢标记的问题，局部聚糖化学重建（LCM）策略和新方法用于原位检测细胞表面上的糖基（Angew。Chem。Int。Int。2017，56，8139），已经开发出来是独特的优势包括仅标记靶蛋白的靶聚糖，使用化学反应显示蛋白质 - 聚糖的相邻表达，以及短标记时间，为研究在不同的不同的工具和方法模型中研究了在不同的蛋白质上表达在不同的蛋白细胞系。

提出了DNA分级编码策略（HIECO），可以同时在细胞表面的特定蛋白上对多糖进行多种单糖。它通过DNA杂交事件巧妙地报道了分子内相邻表达，突破了传统荧光共振能量转移（FRET）技术的距离限制，并借助编码技术，特定的蛋白质，聚糖等，催化发夹组件（CHA）可以还解决了在特定蛋白上同时检测多种聚糖的问题（Angew。Chem。Int。Ad。2018，57，12007）。它是自然界（2018）列评估的“具有巨大的潜力，并且在开发类似的绿色荧光蛋白标记系统中迈出了重要一步。”

响应于2021年发现的细胞表面上低含量糖基化的RNA的检测需求，JU教授合并了他使用HCR信号扩增创建的DNA分级编码策略kaiyun全站app登录入口，以实现活细胞表面上特定RNA的SiAllyslated成像。通过比较解码前后同一细胞的表面荧光强度的变化，并结合唾液酸在体外实验中测量的RNA的代谢标记和点击反应效率，计算了单个Y5 RNA上唾液酸的数量，计算根据N-糖结构的特征，计算了不同RNA上的N-糖基化位点的数量（J. Am。Chem。2024，146，8780-8786）。

02。电化学发光（ECL）成像

ECL综合化学发光的优势高灵敏度和可控的电化学潜力被广泛用于分析化学和临床医学中。 JU教授的研究团队使用了共轭结构中分子内双电子转移增强的机制，以设计嵌入共同反应的聚合物量子点（PDOT），并开发出比经典的双吡啶二吡啶 - 辅助效率高的ECL效率。试剂系统（Angew。Chem。Int。2020，59，10446），发现了一种新的黑磷量子点的ECL机制，并用于构建用于细胞表面整合蛋白抑制剂评估的ECL方法（Nat。2022，13 ，7302），为在单细胞分析和生命活动动态研究中应用ECL开辟了新的方法。

原位检测细胞中功能分子

01。microRNA

已经开发了一种新型的多功能二氧化锡（SNO₂）纳米探针（MF --SNO₂），其中含有叶酸（FA）和分子信标（MB）DNA探针或小型干扰核糖核酸（siRNA），这些核糖酸（siRNA）靶向探针，其递送过程和递送过程和递送过程和递送过程以及探针的探针。细胞内反应可以通过荧光可视化。使用四甲基唑盐（MTT）测定法研究了MF-SNO₂的细胞毒性。为了确认MF-SNO₂是由叶酸受体（FR）介导的，在没有叶酸的情况下，使用游离叶酸的竞争结合测定法和MF-SNO₂转染测定法。使用此探针实现了细胞内miRNA的第一个原位定量（Angew。Chem。Int。Int。2012，51，4607–4612）。

02。mRNA

设计目标响应性DNA纳米构造结构（DNSL），以通过DNA级联反应在活细胞中快速且高度敏感地检测mRNA（ACS Nano 2018，12，263）。 DNA纳米构造结构（DNSL）由DNA纳米线组成，其重复片段由滚环扩增产生，而DNA囊肿探针（H1和H2）可以在其间隔杂交中杂交。 DNA级联分化反应可以显着提高反应效率，缩短反应时间并减少反应检测极限，从而为实时细胞成像创建有效的检测平台，并具有潜在的疾病诊断和治疗应用。

03。端粒酶

端粒酶响应式介孔二氧化硅纳米颗粒（MSN）旨在实现细胞内端粒酶活性的原位“离合”成像。使用含有端粒和CCCTAA的DNA序列阻止MSN。在MSN探针中，黑洞荧光淬灭剂是在中膜内壁上共价固定的，而荧光素则加载在中膜中。在端粒酶和脱氧核糖核苷三磷酸（DNTPS）的情况下，端粒可以从TTAGGG序列延伸，形成具有CCCTAA的刚性发夹DNA结构，并从MSN表面脱落，从而在MSN探针中释放荧光。为了实现“不合格”可切换荧光成像（J. Am。Chem。Soc。2013，135，13282–13285）。

为了克服MSN探针上述稳定性对检测结果对检测结果的影响，研究团队进一步通过切口和端粒设计了即将发出的结构，并在金纳米颗粒上组装。使用金纳米颗粒对染料荧光的淬灭作用，它提出了一种信号稳定的金纳米探针，可实现原位成像和长期监测细胞内端粒酶活性（J. Am。Chem。Soc。2014，136，8205-8208） 。

原位检测细胞分泌物

基于嵌入在早期构建的共反应物中的PDOT，与单细胞微流体阵列相结合，构建了用于定量检测单细胞中多巴胺分泌的ECL成像平台。该阵列将单个细胞及其分泌的多巴胺捕获成微孔，形成独立的微型室，实现了单个细胞分泌的多巴胺的检测，揭示了单细胞的异质性（Biosens。Bioelectron。2022，2022，201，201，113959）。

已经开发了用于细胞分泌的原位检测策略，并通过将天线样质谱纳米探针插入活细胞膜上进行多种酶的分泌过程进行原位动态生物传感。所使用的质谱纳米探针包含用于细胞锚定的插入组和丰富的底物多肽作为质量编码，可以轻松，快速捕获细胞分泌的靶酶并进行原位MALDI-TOF MS检测。选择基质金属蛋白酶MMP-2和MMP-9作为模型证明，这种原位监测方案具有快速和高吞吐量的优势，并用于评估药物的效果（NANO今天2023，50，50，101889）。

通过细胞内功能分子介导的诊断和治疗应用

自2012年以来，Ju Yingxian教授的团队在该领域使用了该领域的分子识别和信号扩增策略，并通过设计刺激反应机制来实现细胞内功能分子介导的诊断和治疗的整合。他们引入了沉重的原子SE和pH敏感的基团，设计了一种敏感的近红外光敏剂，并提出了一种新的pH介导的肿瘤靶向的高效光动力疗法（J. Am。Chem。Soc。2013，135，18850）；进一步封装了适体囊泡中的pH敏感性荧光分子和光敏剂，并构建一种纳米探针和癌症诊断和治疗方法，以整合目标识别，光动力治疗以及对治疗效应的实时成像监测。它已经实现了由细胞内功能分子介导的癌症诊断和治疗的整合（Angew。Chem。Int。Int。2014，53，9544），有效地避免了癌症过度治疗和提高功效。为了解决癌症光动力疗法中肿瘤微环境的厌氧问题，Ju Xian教授的团队提出了能量浓度结构域的概念，以提高发光能量转移效率（LRTE）和发光强度，并开发了一种高度敏感的功能分子荧光检测方法细胞和光动力疗法技术（Angew。Chem。Int。Int。2019，58，12117）。

为了实现早期癌症的准确光动力治疗，他们设计了一种具有上流纳米颗粒的光反应DNA“光链拉链”，以开发近红外的光学切换miRNA放大器。在808 nm激光照射下，UCNPS发射紫外线。光线，切断“轻型拉链”以使其脱落，从而暴露了miRNA-21识别区域，并在放大器中发生级联杂交反应，放大并激活修改后的光敏剂PPA'，该反应在放大器中具有良好的应用前景。早期癌症精确治疗的领域（Angew。Chem。Int。2020，59，21454-21459）。

细胞膜是将细胞与外部环境分离出来的天然屏障。通过通过核酸适体与膜蛋白结合，DNA纳米机器可以在细胞膜表面进行逻辑操作以产生输出信号。使用此原理，该团队使用核酸适体与细胞表面上两个特定受体的结合形成了双锁定结构，提出了双感受器介导的siRNA递送系统，从而实现了细胞亚型和低毒性，低毒性，低毒性的区别有效的siRNA递送解决了药物输送和控制释放的问题，并提高了癌症基因治疗的准确性和治疗作用（Nat。Commun。2016，7，13580）。进一步设计了用于跨细胞膜的DNA逻辑门操作的纳米机器。 The two-step DNA operations were completed on the cell membrane and in the cytoplasm, which effectively avoided the non-specific activation of DNA nanoprobes in the solid tumor microenvironment, and achieved Accurate photodynamic therapy for solid tumors in vivo (J. Am. Chem SOC。

Based on the team's proposed local glycan chemical reconstruction (LCM) strategy and the correlation between immunotherapy and cell surface glycan structure, the team recently developed a triple-enhanced immunotherapy strategy for binding of bisaccharide remodeling to perforin ( Adv. Sci. 2014, 11, 2304971）和功能性树突状探针增强了高乳糖基化的免疫动力学作用（Angew。Chem。Int。20224，E202319849）提供了增强免疫疗法的作用的新旅程。

Ju Yingxian教授的团队将解决精确癌症和治疗方面的关键科学问题作为其核心目标，始终遵守“四个方面”，不断扩大生物传感的新领域，并为细胞信号提取和功能性生物分子创建现场定量方法在纳米生物学方面，在感应及其诊断和治疗应用方面，已经从三个层面上实现了创造性和领先的结果：体外，细胞和生活，以及用于准确诊断和治疗主要疾病（例如癌症诊断和治疗）的新范式和肿瘤。首先，为功能生物分子的有效的信号扩增策略和有效的检测方法。该措施旨在从细胞和分子水平深入揭示生命过程的信息细节，为对与癌症相关的生命过程的全面理解奠定了坚实的理论基础。其次，建立一个分子识别系统，并促进识别技术，标记策略和分子成像探针的创新发展。这对于实现细胞和活器官中肿瘤标记的准确测量至关重要。准确的测量能力与癌症的早期检测直接相关。具有准确的诊断。最后，我们致力于多模式融合成像探针和成像技术的研究和开发kaiyun官方网站登录入口，并通过整合各种成像技术（例如光学成像，核素成像，磁共振成像，CT成像和超声成像）来建立连续而动态的分析方法系统。 ，为了获得更丰富，更准确的生物学信息。该技术的实施将大大提高现场分析的敏感性，分辨率和准确性，实现多功能成像的高标准要求，并最终为癌症的准确诊断和治疗提供强大的技术支持，并促进疾病诊断的显着准确性。推动。

Ju Qingxian教授

南京大学国家关键生命分析化学实验室主任

南京大学教授，国家生活分析化学实验室主任，国际电化学学会会员，皇家化学学会会员，中国化学学会会员。 1986年，1989年和1992年，他在南京大学获得学士学位，硕士学位和博士学位后，留在学校教书。 1993年，他被任命为副教授。 1996年至1997年，加拿大蒙特利尔大学的博士后研究员于1999年担任教授，于2003年赢得了国家杰出青年科学基金会，并曾是教​​育部的全国长江学者和“新世纪的国家候选人”的国家候选人。数百万人才项目”。 2009年，他是973节目项目的第一个席位。科学家在2005年至2014年担任国家自然科学基金会创新研究小组的负责人，于2011年从国务院获得了特殊的政府补贴。研究方向是生物分析化学和分子诊断，主要研究领域是纳米亲子，细胞，细胞，细胞。分析化学，生物成像和临床分子诊断。 963篇论文已发表（685篇> 5个出版物）；已申请了102份专利（62个授权），已出版了4篇英语专着，4项编辑作品，7篇中文专着和教科书，并发表了20章。到2025.1.10，该论文在科幻期刊中被引用了49,183次（他引用了47,311次），H-Index为110（Google Scholar H-Index为121，引用了> 56,300次）。

Ju Yingxian教授还担任中国仪器协会分析工具分支的副主席kaiyun.ccm，电气分析化学专家小组主任和化学传感器专家小组副主任；中国化学学会分析化学纪律委员会副主任兼有机分析专业委员会副主任；中国生物学学会的生物学副主任，中国药理学学会分析药理学专业委员会副主任，中国新材料发展行业联盟副主席；中国生物物理学协会糖生物学分支的成员；江苏化学和化学工程学会分析化学专业委员会主任兼质谱专业委员会副主任；江苏分析测试协会副主席。 “Front。Chem。：Anal。Chem。”，“目标”，“传感器”，“ J.肛门测试”，“ Engmedicine”，“通用J.电化学”，“生物电解化学”和“电分析”和“电分析”和“电分析” thr趋势肛门，生物传感器和生物电子学：X，肛门。 Hainan医科大学和Jinan大学是重庆教授和博士主管，Hainan医科大学，Hainan医科大学和Jinan University。大学和吉南大学（Jinan University）。 - 重庆医科大学，海南医科大学和吉南大学的时代教授。他是海南医科大学的重庆医科大学的兼职教授，并曾在海南医科大学的重庆医科大学兼职教授，并且曾在重庆医科大学，海南医科大学，兼职教授并曾在海南科明医科大学（Hainan医科大学）担任兼职教授，并曾在海南科明医科大学的重庆医科大学兼职教授，并且曾是重庆医科大学的兼职教授Hainan医科大学的重庆医科大学的兼职教授，一直是一部分。 Sci。》和其他编辑委员会成员。

Ju Yingxian教授赢得了中国化学学会的青年化学奖和Liang Shuquan基础研究奖，分析化学奖，江苏青年科学家奖，美国化学学会2022年高级测量科学演讲奖和2019年中国化学化学传感器的首个奖项Lei Magnation杰出成就奖。研究结果在2001年，2009年和2013年赢得了教育部自然科学的三项首次奖品，2011年，2014年和2016年在江苏省的科学与技术中获得了三项奖品，以及2008年江苏省的科学和技术的两项第二次奖品。 ，2019年和2022年4项，2015年和2018年江苏省科学技术的第三次奖品，以及2008年，2009年，2014年和2023年中国分析和测试协会的第4项奖品。 2017年，广西科学与技术的三分奖项和2020年和2021年的广西科学技术获得1次奖金，2024年山东自然科学和技术进步获得了2次奖金。