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在超低场磁探测技术、分子和细胞的磁成像及生物大分子间的相互作用等纳米生物技术研究领域做出了具有创新性的工作。通过高灵敏的光学原子磁力仪,开发磁性纳米颗粒物的定量成像技术和新型的磁基分子探测技术,研究分子和细胞的磁成像和生物分子间的相互作用。

现已发表SCI科研论文40余篇(第一作者12篇,其中4篇发表于Angew. Chem. Int. Ed.),申请美国发明专利3项。

1)基于超灵敏光学原子磁力仪,开发了一种新型的扫描磁成像技术

纳米磁颗粒物在生物医学上的广泛应用使得人们对磁颗粒物成像产生了极大的兴趣。这种新型的扫描磁成像技术可以在避免使用强磁场和接近室温的工作环境下,直接测量磁性纳米颗粒物产生的超弱磁场,在获得颗粒物定量信息的同时,也能得到空间成像信息,进而提供一种高分辨率和高灵敏度的纳米颗粒物成像技术,适合于多种生物医学的应用。研究结果于2009年发表在Angew. Chem. Int. Ed.上,并被Nature nanotechnology作为Research Highlights报道。

 

2)将这种新型的扫描磁成像技术应用于分子成像的研究

当颗粒物表面被不同的生物分子修饰后,这些磁性粒子便可应用于生物传感器、磁分离技术、医疗成像、药物输送的载体等方方面面。在这些应用中,磁纳米颗粒物精确的定量和定位是至关重要的。在进一步实现了多个样品的二维磁成像之后,利用其高灵敏度和高分辨率的特性,开展了以抗体/抗原为代表的分子成像研究。这是一种新的磁免疫技术,提供了宝贵的定量成像信息,其实验检测限可与磁探测最灵敏的超导量子干涉仪(SQUID)相媲美。而检测距离能够更远,适用于更多的实际环境。研究成果于2010年发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。

3)将扫描磁成像技术与外界微扰力相结合,进一步开发了力诱导的剩磁谱技术(FIRMS)。

将扫描磁成像技术与外界微扰力相结合,进一步开发了力诱导的剩磁谱技术(FIRMS)来探测生物分子间(抗体-抗原、受体-配体、DNA/RNA、蛋白质、酶)的相互作用。FIRMS技术不需要繁琐的物理分离,而是采用分子间特异的相互作用力来探测多种不同生物分子,其力谱的分辨率可以达到鉴别DNA单碱基对。同时,通过FIRMS技术还开展了检测特异性靶细胞的工作,定量研究了CD3+T细胞表面的物理吸附和特异性吸附,这对分子识别和医学诊断具有重要的现实意义。研究结果于2011和2012年发表于Angew. Chem. Int. Ed.J. Phys. Chem. B。

4)采用DNA-RNA双链分子间的相互作用力作为内标,研究了蛋白质合成过程中分子马达EF-G所产生的动力冲程

生物体内的各种组织、器官乃至整个个体的运动最终都归结为分子马达在微观尺度上的运动。蛋白质合成过程中核蛋白体的移位需要马达蛋白EF-G的作用。利用FIRMS技术,我们测量了一系列DNA-RNA双链分子间的相互作用力。进而以分子间的相互作用作为参照力研究了马达蛋白EF-G所产生的动力冲程。研究成果于2013年发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。

5)将扫描磁成像技术与分子间的交换反应相结合,开发了一种新型的microRNA检测方法,交换诱导的剩磁谱技术(EXIRM)

miRNA是一类非编码的短链RNA 分子,调节着人类三分之一的基因。我们采用microRNA目标分子和磁标记分子之间的交换反应,利用原子磁力仪的超高灵敏度,能够实现zeptomole(10-21mol)量级的高灵敏度检测,避免了物理分离和放大技术的干扰,将适用于癌症早期诊断中microRNA的筛选。研究结果2013年发表于Chem. Commun.