隨著生物技術的迅猛發展，實時、原位監測生物過程在推動科學創新和技術進步中發揮著關鍵作用。新興的檢測技術不僅深化了我們對復雜生物過程的理解，促進了工藝優化和質量控制，還為跨學科應用奠定了堅實基礎。盡管對生物機制、代謝途徑和藥物毒性效應的分子層面研究至關重要，傳統監測手段在面對復雜生物基質和結構相似的分析物時，常常受限于靈敏度和分辨率，影響了檢測結果的準確性。將19F核磁共振與化學傳感策略相結合，能夠有效減少背景干擾，顯著提升檢測靈敏度，為生物代謝小分子的高效分析提供創新性解決方案。
 

　　中國科學院有機化學研究所趙延川研究團隊長期致力于含氟核磁共振探針及相關檢測技術的研發 (Chem. Rev.2019,119, 195;Chem. Rec. 2023,e202300031)。團隊發展了識別賦能色譜核磁檢測方法 (Recognition-Enabled Chromatographic NMR)，基于含氟探針與分析物動態相互作用產生的特征性氟譜信號，與分析物一一對應。這一檢測方法不僅可以用于高靈敏度復雜體系原位分析檢測 (Anal. Chem.2021,93,2968;Anal. Chem.2022,94,8024;Anal. Chem. 2024,96,6463),也可以用于手性醇、胺、羧酸、腈等化合物的對映體組成分析及絕對構型判定 (Cell Rep. Phys. Sci.2020,1,100100;JACS Au 2023,3,1348;Anal. Chem. 2024,?96,730;Anal. Chem. 2024,96,1144;Anal. Chem. 2024,96,13551)。
 

　　近日，該團隊開發了一種新型自組裝19F標記核磁探針用于生物代謝小分析的實時分析檢測，相關研究發表于Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.202417112)。這種探針能夠與核苷酸等小分子結合，觸發探針的解聚集過程進而激活19F核磁共振信號，同時產生對應于每種分析物的獨特信號指紋，從而實現多種分析物的同時精確識別與檢測。這項技術為生物機制研究、酶動力學分析、藥物篩選及疾病診斷等領域提供了新的原位檢測方法。
 

圖1. 智能自組裝含氟探針檢測小分子生物代謝物
 

　　以ATP水解酶Apyrase活性的檢測為例，當探針與ATP、ADP和AMP結合時，將產生與各分析物對應的獨特19F NMR信號。這些信號的強度變化能夠精確追蹤ATP在Apyrase催化下的逐步水解過程。具體表現為，隨著反應的進行，ATP信號逐漸減弱，而ADP信號先是增強然后減弱，AMP信號則持續增強。此外，通過對不同來源的Apyrase樣品進行檢測，該系統能夠區分其ATPase與ADPase的活性，從而證實該技術在酶活性評估及質量控制中的應用價值。這種19F標記的探針為酶促反應的實時監測提供了一種高效工具，不僅能精確評估酶活性，還適用于藥物篩選。隨著此技術的進一步普及與應用，其將在疾病診斷和生物技術領域發揮更大的作用。
 

圖2. 利用含氟探針原位檢測ATP水解過程
 

　　上海有機所趙延川課題組的徐振創博士、王晨陽碩士、何勝源碩士為該論文的共同第一作者，趙延川研究員為通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金和中國科學院上海有機化學研究所先進氟氮材料重點實驗室的經費支持。