设计荧光探针毕业论文

科研选题的步骤与原则以及案例分析科研选题的步骤与原则大四要做毕业设计的时候，学院给我们了所有老师的资料及大概研究方向， 让我们自己联系确定导师以及毕业设计课题。而这就设计到了科研选题的问题。 科研选题是形成、 选择和确定所要研究和解决的课题。科研选题是科学研究活动 取得重大成果的一个关键因素，关系到科学研究的方向、目标和内容，直接影响 科研的途径和方法， 决定着科研成果的水平、 价值和发展前途。 虽然在做毕设时， 对科研选题的具体步骤和原则不是特别清楚，但一般的步骤和原则我们也遵循 了。（一）科研选题的步骤1.文献调研，科学分析 在选择毕业设计时， 我先确定要选我们学校特种功能材料国家重点实验室里 的老师， 因为重点实验室的老师水平相对来说会更高一些，而里面的有机组在科 研水平，老师实力，仪器设备上都是一流的，而且我对有机方面也很有兴趣。来 到该组后，我了解到该组一直在做的是 BODIPY（氟化硼络合二吡咯甲川类）荧 光染料， 该染料是一类性能优异的新型荧光染料， 具有优异的光化学光物理性质， 例如高的摩尔消光系数、 良好的光稳定性、 高的荧光量子产率等。 该组在 BODIPY 荧光染料合成方面积累了大量经验，大家都在做。而通过阅读文献及向老师和师 兄师姐们请教，我了解了 BODIPY 荧光分子 pH 探针是基于 BODIPY 类荧光染料发 展起来的一类新型 pH 分子探针，其具有很高的安全性、及高探测深度和灵敏度。 该探针合成要更复杂些，但在 pH 精度检测方面有更大应用前景。 2.提出选题，初步论证 鉴于 BODIPY 荧光分子探针的众多优异性能，我决定在该分子探针合成方面 进行尝试。 大量文献的阅读已经使我对该课题有了大概的实验思路和想法，而且 实验室在 BODIPY 染料合成方面积累了大量经验， 对于合成技术方面不存在问题， 而且仪器设备和实验药品均能保证，研二师兄也有在做这方面工作，可以相互配 合。虽然该分子探针短期内不会产生很大的经济效益，但它属于基础性研究，在 pH 精度检测方面有很大应用前景，可以对以后实验室条件下的 pH 检测提供更多 帮助。因此，该分子探针的合成是可行的。 3.评议和确定课题1经过阅读文献的积累和老师师兄的帮助，以及可行性的论证，我决定把毕业 设计题目选为 “新型 BODIPY 类荧光染料的合成及性能研究” ，因为该探针还属于 荧光染料的范畴，故选名还是 BODIPY 类荧光染料，只不过要突出是新型的荧光 染料。该课题也征得了指导老师的同意，院里的批准，可以作为毕业设计课题。（二）选题的基本原则我在选题时也遵循了以下一些原则。 1.需要性原则 实验室环境下， pH 的检测一般是用 pH 试纸， 但只能检测出一个大致的范围， 如果需要精确到小数点后几位的精确度，试纸做不到，这就需要有其他方法能进 行精度检测，BODIPY 荧光分子探针可以根据需要在不同的 pH 条件下发出各种不 同的荧光，然后通过荧光发射波长不同的原则，计算可得到不同 pH 值。其属于 实验室条件下的基础性研究，主要应用于实验室环境的 pH 检测。 2.创造性原则 创造性原则是指选出的课题应是前人没有解决或没有完全解决的疑难问题， 并预期从中能产生创造性的科学技术成果。 虽然实验室在BODIPY类染料合成方面积累了大量经验， 各种实验方法均已成 熟，但在分子探针方面，仍有大量工作要做。因为其一般具有合成难度大，难修 饰特点，限制了BODIPY荧光探针的应用。而在前人的基础上，我和师兄提出，相 对于异吲哚类BODIPY化合物、硼氧共轭结构以及3,5-位限制旋转的并环BODIPY 结构，3,5-位引入苯烯键较简单。引入笨烯键可以使合成变得简单，且经过后期 核磁氢谱， 紫外吸收， 荧光发射等一系列检测， 发现该合成物符合分子探针要求， 即通过实验合成了采用3,5位苯烯键修饰BODIPY探针。 3.科学性原则 以 BODIPY 为母体的 pH 探针即是在 BODIPY 类化合物上添加或修饰各种官能 团，以达到不同于之前化合物性质的目的。我们的实验也是以此为基础，是在 3,5 位上引入苯烯键，之前已查阅文献，以及讨论验证，在 3,5 引入笨烯键是可 以的，只是中间的实验方法与过程需要经过科学设计。我们采用 Vilsmeier 反应 生成 2- 醛基 -3,5- 二甲基吡咯，再经过三氯氧磷催化，三氟化硼的络合生成21,3,5,7-四甲基 BODIPY。通过 Knoevenagel 缩合和苯甲醛、对二甲氨基苯甲醛 反应生成具有较长吸收发射波长的两个化合物，即引入了笨烯键 4.可行性原则 可行性原则是指选择的课题应与研究者自己的主、客观条件相适应，即根据 已经具备的或经过努力可以具备的条件进行选题。上面已经提过，通过老师和师 兄们的帮助，以及阅读大量文献打下的基础，在课题组实验室条件下，合成 BODIPY 类荧光分子探针是可行的。后来的实验结果也证实，确实得到了 3，5 位 引入笨烯键的 BODIPY 荧光分子探针，在不同 pH 值下荧光强度不同。 以上即是我在选择毕业设计课题时所遵循的科研选题的步骤和原则， 而在研 究生阶段选择课题时，我们同样也要遵循以上原则。

分子生物技术在微生物降解环境 污染物中的应用 [摘要〕介绍了与环境微生物关键降解酶基因的筛选、克隆及应用相关的分r生物技术，包括聚合酶链式反应技 术、基因重组技术、荧光原位杂交技术和生物信息学等技术，并对这些技术在污染物降解基因检测、筛选和克隆方 面的应用进行了阐述与探讨、 [关键词]分子生物技术;微生物;基因;环境污染物;降解 随着现代j:\地技术的发展，多环芳烃、含氯有 机物和硝基苯类化合物等人工合成井难以降解的 污染物大量排放，造成世界范围内的环境污染和生 态破坏，严重地威胁人类和其他生物的正常生存和 发展。利用微生物修复技术对受污染的水体及土 壤进行处理，凸显了其重要的意义和可行性。研究 人员发现并筛选到一些微生物，它们不仅对环境有 较高的适应性、对污染物有较高的耐受性，而且对 污染物有较强的降解效率和专一性。然而环境中 存在的大量微生物中仅有少于1%可通过传统的培 养方法进行培养、分离和纯化，绝大多数细菌需要 非常严格的营养条件川。因此，为了对修复环境有 所贡献却难以培养的微生物进行更全面了解，也为 了筛选到更多有利于降解环境污染物的微生物菌 种及其关键酶基因，分子生物技术和手段逐渐被广 泛应用到环境可降解污染物及降解机理方面的研 究中。 本文对近年来发展起来的聚合酶链式反应 (PCR)技术、基因重组技术、荧光原位杂交(FISH) 技术和生物信息学等多种分子生物技术进行了介 绍，并总结了它们在污染物降解基因检测、筛选和 克隆方面的应用。 1与环境污染物降解相关的分子生 物技术 及其相关技术 PCR是一种利用脱氧核糖核酸(DNA)半保留 复制原理，在体外扩增位于两段已知序列之间的 DNA区段从而得到大量拷贝的分子生物技术。根 据其模板、引物来源或扩增条件的不同，PcR技术 可分为以下几种:(l)反转录pCR(RT一PeR)技 术，将mRNA反转录为cDNA后再对其进行PCR 扩增，可用来构建cDNA文库，分析不同生长时期 的mRNA表达状况和相关性以及mRNA的定量测 定等;(2)巢式PCR技术，在扩增大片段目的DNA 时，先用非特意性引物扩增再用特意性引物对第一 次扩增产物进行第二次扩增，以获得可供分析的 DNA;(3)竞争PCR技术，是一种定量PCR，向PCR 反应体系中加人人工构建的带有突变的竞争模板， 通过控制竞争模板的浓度来确定目的模板的浓度， 对目的模板作定量研究;(4)实时荧光定量PCR技 术，在PCR反应体系中加人荧光基团，利用荧光信 号积累实时监测整个PCR进程，最后通过标准曲线 对未知模板进行定量分析，该法已广泛用于基因表 达研究、转基因研究等方面;(5)扩增的rDNA限制 酶切分析技术，根据原核生物rDNA序列的保守性， 将扩增的rDNA片段进行酶切，通过酶切图谱来分 析菌间的多样性;(6)RNA随机引导PCR技术，基 于任意寡核昔酸引物与RNA之间可能的配对，在 低严谨度条件下经聚合酶催化使链延伸，将细胞总 RNA或InRNA作为反转录反应的模板，此技术结 合单链构象多态性，用非变性胶分辨大小相同而构 象不同的片段，可用于诊断遗传突变及分析污染条 件下序列的多态性;(7)随机扩增多态DNA (RAPD)技术，是一种基于PCR检测PCR引物结合 位点序列改变的方法，通常以10bp的寡核昔酸序 列为引物，对基因组DNA随机扩增，电泳分离染色 扩‘增产物，再分析多态性。 技术 FISH技术利用荧光标记的探针在细胞内与特 异的互补核酸序列杂交，通过激发杂交探针的荧光 来检测信号。荧光探针比放射性探针更安全，具有 较好的分辨力，不需要额外的检测步骤。近年来， 由于FISH技术具有灵敏、便捷等优点，迅速发展完 善成为研究环境微生物的有力工具。此外，可用不 同激发和散射波长的荧光染料标记探针，在一步反 应中同时检测几个靶序列。该技术主要包括试样 固定、预处理、预杂交、探针和试样变性、杂交、漂洗 去除未结合的探针、检测杂交信号等步骤。由于 165rRNA具有遗传稳定性，因此成为FISH技术检 测最常用的靶序列。 基因重组技术 基因重组技术是从供体生物的基因组中通过 酶切扩增等手段获取目的基因，与载体连接形成重 组DNA分子，再导入到受体细胞中，让外源基因得 以表达。在已经分离出的许多菌株中，与降解能力 有关的基因多在质粒体上。由于质粒很容易在细 菌的繁殖过程中遗失，对细菌降解能力的长期稳定 非常不利，可将其与污染物降解有关的酶基因重组 到大肠杆菌等微生物中进行表达，以此构建的各种 生物降解特性增强的重组菌可用于污染环境的治 理修复或发酵某些废弃物。 生物信息学 20世纪后期，生物学的迅猛发展，从数量上和 质量上极大地丰富了基因组数据库、蛋白质数据 库、酶数据库和文献数据库等许多生物科学的数据 资源。已有多个国家和国际科研组织建立了生物 信息数据库，如欧洲分子生物学实验室(Eur叩ean MolecularBiologyLaboratory)核酸序列数据库和美 国国家生物技术情报中心(Nationaleente:fo:Bio- technologyInformation，NCBI)基因序列数据库等。 科学家利用计算机及生物信息分析软件分析这些 数据资源，确定大分子序列、结构、表达模式和生化 途径与生物数据之间的关系，区分生物个体间遗传 差异，揭示DNA多样性。例如，基本局部比对搜索 工具(BasieLoealAlignmentSearehTool，BLAST)， 是一套在蛋白质数据库或DNA数据库中进行相似 性比较的分析工具。它基于Altschul等的方法「2〕， 在序列数据库中对查询序列进行同源性比对工作。 BLAST程序可对一条或多条、任何数量、任何形式的 序列在一个或多个核酸或蛋白序列库中进行比对，甚 至将有缺口的比对序列也考虑在内，利用比较结果中 的得分对序列进行相似性说明。基因的序列分析可 揭示出生物物种之间的关系，在污染治理研究中可用 于生物基因组特殊区域或特异基因的测序。 2分子生物技术在环境污染物降解 中的应用 土壤试样总DNA的提取 用适当方法直接从土壤中提取DNA并纯化， 是从分子生物学角度对土壤微生物进行研究的前 提条件，而后可进行酶切、PCR扩增、核酸分子杂交 等分子生物学技术操作。从土壤中提取微生物 DNA主要分为汽接法和间接法}’{。直接法是在 ogram等的方法基础卜发展起来的，其主要包括2 个步骤:(l)原位细胞裂解;(2)DNA提取和纯化。 直接法提取的DNA超过细菌总DNA的60%且省 力，但提取的DNA常常有折断、腐殖酸污染、甚至 提取物中还夹杂有未知的胞外DNA和真核生物的 DNA。最先报道间接法的是Faegri等[‘〕，其主要包 括4个步骤:(l)分散土壤;(2)分离细胞与土壤; (3)细胞裂解;(4)DNA纯化。间接法提取DNA 产量低且费力，但纯度较高、DNA损伤小，提取的 大片段DNA可用来构建cos而d和细菌人工染色体 文库等。 采用PCR及相关技术扩增分析DNA片段 可降解污染物的微生物必然能产生分解代谢 该污染物的酶。selvaratnam等L’l用编码苯酚单加 氧酶dmpN摹因的RT一PCR技术来检测序列间歇 式活性污泥反应器‘{一，降解酚的假单胞菌。检测结 果表明，RT一PCR技术不仅能检测微生物降解酚的 能力，还能测量dmpN基因的转录水平，从而确定假 单胞菌特殊的分解活性，发现了在转录水平下，酚 浓度与通气时间之问存在正相关关系。 将PCR技术和变性梯度凝胶电泳(DGGE)结 合起来，在变性条件适当的情况下能分辨一个碱基 对，分辨率较高。染色后的凝胶用成像系统进行分 析，可在一定程度l几反应试样的复杂性。条带的多 少能反应试样「 一 }1微生物组成的差异，条带的亮度能 反应试样中微生物的多少。基于以上优点，日前该 技术在微生物群落结构的分析和动态研究方面得 到了厂‘泛应用。DGGE可通过分析PCR扩增的基 因点突变来探索微生物的复杂性。徐玉泉等[“〕从 某废水中分离出一株能以苯酚为惟一碳源的菌株 PHEA一2，使用PCR一DGGE技术对该菌165 rDNA进行分析，发现该菌与醋酸钙不动杆菌同源。 M盯sh等r了)利用PcR一DGGE技术获得了活性污泥 中真核微生物的种群变化情况。王峰等下8〕采用 PCR一DGGE技术对城市污水化学生物絮凝处理中 活性污泥和生物膜微生物种群结构进行了分析，结 果表明活性污泥培养前后微生物种群结构发生r 很大改变。 RAPD技术也是一种应用比较广泛的以多态性 引物来扩增某些片段的技术。RAPD技术可用于检 测含有混合微生物种群的各种微生物反应器中微 生物的多样性。用RAPD技术分析检测实验室规 模的油脂淤泥培养料中的细菌菌群发现，用油脂淤 泥改良过的培养料比未改良的更适于不同的微生 物种群生长[9j。vainio等t’。〕从516种孤立的菌落 中提取出165rDNA，经PCR扩增后进行测序，检测 活性污泥中微生物种群的结构。这些组合技术的 应用显著增强r对微生物的检测和鉴定能力，为理 论研究工艺优化及提高生物处理效率提供了条件。 基因重组 基因工程技术应用于环境保护起始于20世纪 80年代。其基本原理是通过基因分离和重组技术， 将目的基因片段，比如可编码降解某种污染物的 酶，转移到受体生物细胞中并表达，使受体生物具 有该目的基因表达显现的特殊性状，从而达到治理 污染的目的。找到特定污染的抗性基因，利用基因 重组技术转基因后也可获得其他抗性植株以及筛 选到可转化污染物的植物，还可开发超量积累植物 进行污染土壤的生物修复。 罗如新等L”〕用放射性同位素标记tfdc基因片 段作探针，Southemblot杂交定位Ll菌株的邻苯二 酚1，2一双加氧酶基因位于Pstl的I片段和BamH I的M、N片段，回收并将其直接克隆至表达载体 pKT230卜，获得的重组子能转化不具开环酶活性 的甲胺磷降解菌P2，得到高于天然宿主21倍的邻 苯二酚1，2一双加氧酶。stingley等{”〕通过构建基 因文库和重组质粒等基因工程方法证实了NidAB 双加氧酶是降解菲的关键酶类，并首次鉴定出此基 因通过磷苯二甲酸实现降解功能。chae等‘”}发现 不能降解苯酚的su如lobusso扣taricu、98/2菌株中 的儿茶酚2，3一双加氧酶基因与能降解苯酚的 sulfolo右u，，o如taricu、咫有[6J源区，分析得知它们 是山共同祖先进化而来。把儿茶酚2，3一双加氧酶 基因克隆到大肠杆菌中表达，可获得有较高降解活 性的双加氧酶。 重金属污染是环境污染的重要方面之一。随 着分子生物学技术的发展，越来越多的修复性蛋白 基因正被从植物、微生物和动物中陆续分离出来， 如汞离子还原酶基因、有机汞裂解酶基因、汞转运 蛋自基因、金属硫蛋白基因、植物络合素合成酶基 因、铁离子还原酶基因和锌转运蛋白基因L’‘〕。这些 基因通过基因工程的改造，重组到合适的受休细胞 中表达相应的蛋白质和酶，达到治理难以降解的有 毒有害污染物的目的。sorsa等〔”〕把MTS插人 LamB序列的153位点，在中表达MTs，解决 r细胞内MTs对金属离子有限的吸附能力。综L 所述，基因重组技术具有快速、高效的特性，已逐渐 成为环境生物技术的研究热点。 技术 FISH技术利用核糖体内长度适中(约1500bp)、 高度保守的165:RNA序列作为理想的基因分类靶 序列，其中使用的165:RNA寡核普酸探针一般是 进行了荧光标记的20bp左右特异性核昔酸片段， 利用该报告分子(如生物素、地高辛)与荧光素标记 的特异亲和素之间的免疫化学反应，经荧光检测系 统对待测DNA进行定性、定量或相对定位分析。 FISH技术能提供处理过程中微生物的数量、空间分 布和原位生理学等信息。 硝化细菌是一类生理上非常特殊的化能自氧 菌，传统的研究方法要经过富集、分离、分类和鉴定 步骤，耗时长。HSH技术的引人解决了上述困难。 FlsH技术还被广泛用于活性污泥系统、硝化流化床 反应器和膜生物反应器等废水处理系统}’61。 基因工程微生物越来越多地被用于农业害虫 控制和环境污染的生物修复，对人类健康和环境的 影响引起广泛关注。1994年出现了一种新的标记 系统:绿色荧光蛋白(GFP)，由于GFP基因表达产 物对细胞没有毒害作用，且由GFP产生的荧光标记 检测卜分方便、简单。在某些被污染的环境中可分 离出降解该污染物的细菌，通过基因重组等手段使 用GFP分子标记，可更容易的分离检测被标记的 细胞叫。 Bastes等[’8]进行了苯酚降解菌染色体GFP基 因标记实验。通过PCR和Southemblot分析，证明 GFP基因已成功整合到宿主细胞的染色体中。对 标记菌与野生型的降解能力比较结果证明，GFP分 子标记的插人并不影响细胞的苯酚降解能力。 用G即标记Pseudomonasputida，研究活性淤 泥中细菌存活情况{’9飞。Pseudomonasputida被转到 活性淤泥2min后，观察到细胞在淤泥絮凝物间自 由游动;培养3d后，发现荧光细胞减少，大部分已 被合并到淤泥絮凝物中，以防止细菌被原生动物捕 食。用oFP标记石.eozi和Serraliamarceseern，考 察菌株附到絮凝物卜的过程{’()j。使用表面荧光显 微镜能将带有GFP标记的细胞从活性污泥中区分 开，井进行观察和记数。而聚焦激光扫描显微镜 (cLsM)可使GFP标记细菌产生三维轮廓，结合表 面荧光显微镜和CLSM观察GFP标记细胞，结果表 明，细胞表面疏水性在细菌附到絮凝物的过程中起 重要作用，两种细菌附在絮凝物上的模式有很大不 同，通过这种方法可更好地理解细菌赫附机理，有 助于提高废水处理效果。 3结语 分子生物技术的应用使研究人员可从微观的 角度更细致深人地了解微生物对污染物降解的具 体生理生化机制，在分子水平 _ _ [揭示生物体吸收、 迁移、积累有害物质最终被毒害，及适应、抗性等生 态问题，从而筛选到更多有利用价值的微生物。随 着越来越多微生物全部基因序列的解码，对各种细 菌体内可降解基因的分布和表达会有更深人的了 解，有关技术的发展和成熟必将对污染物的降解过 程有一个整体的、生态水平上的认识。 参考文献 l李凤，刘世贵 . 分子生物学技术在环境微生物研究中的 应用 . 世界科技研究与发展，2003，25(4):88一92 2AltsehulSF，GishW，MillerW， mentsearehtool . 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作者 | 倪伟波 唐琳

近日，《化学科学》以在线形式发表的一项研究成果显示，来自北京大学和西湖大学的研究人员合作研发出两款新型探针——PK Mito Red（PKMR）和 PK Mito Deep Red（PKMDR），首次在活细胞水平上实现了光毒性的明显降低。

21世纪被认为是生命科学的时代。科学家为了进一步揭开细胞生物学过程的神秘面纱，研发了各种各样的生物成像技术。其中，荧光超分辨率成像因简单的成像条件及对生物样品的相容性脱颖而出。

突破超分辨成像“卡脖子”问题

早在2018年，北京大学分子医学研究所陈良怡团队研发的海森结构光显微镜（Hessian SIM），首次揭示了活细胞中线粒体的精细内嵴结构及其动态变化。

为了满足新型光学显微镜的需求，国内外诸多科研团队发展了多种光稳定性的新型线粒体探针，用于观察线粒体内嵴结构。

然而，超分辨率成像需要的高激发光强往往使线粒体荧光探针更易产生活性氧物种（ROS），且不随采样时间的间隔增加而消失。

这样的超分辨率成像，即便荧光探针本身并未被完全漂白，也将迅速破坏线粒体内嵴，使线粒体肿胀、变圆。

“光毒性虽然对光学分辨率没有影响，但是会对细胞结构产生极大影响，细胞会受伤害甚至死亡，这种情况下看到的东西与生理反应完全不同。”

此项工作的通讯作者之一、北京大学分子医学研究所研究员陈知行告诉《中国科学报》。

换句话说，活细胞超分辨率成像需要解决的主要问题实际上是改善光毒性，而不仅仅是光漂白。

针对这一领域的新痛点，陈知行团队利用分子内缀合环辛四烯的策略，成功合成了两种新型低光毒性线粒体荧光探针——PKMR和PKMDR，首次在活细胞水平上实现了光毒性的明显降低。

不仅如此，陈知行团队通过与陈良怡团队、西湖大学雷凯团队合作，通过更进一步的实验，证明新染料对细胞的光毒性显著低于MitoTracker系列商业染料，可实现1000帧以上、线粒体内嵴形状基本不变的超分辨成像；首次证明该探针可以用于涡虫的干细胞流式分选，且不影响干细胞的多能性，可以真正用于研究如干细胞重编程等生理过程中的线粒体功能。

低光毒 更温柔

陈知行介绍，荧光探针的光毒性一般来自于激发过程中由第一激发单重态（S1）经过系间窜跃产生的第一激发三重态（T1），T1态与氧气作用可产生单线态氧等活性氧物种，进而破坏生物分子。

为了最大程度抑制这一过程从而减少光毒性，团队采用了之前应用于染料激光、单分子成像等领域减少光漂白的分子内缀合三线态淬灭剂（自修复染料 Self-Healing Dye）的策略。

HeLa细胞的光照存活实验发现，常见三线态淬灭基团中只有环辛四烯（COT）能有效降低荧光成像中的光毒性。

更为重要的是，团队还观察到，能够降低光漂白的基团（硝基苯）并不一定能减少光毒性。

正因为如此，“荧光探针的光毒性和光漂白性质应该被分别测试，但以往的荧光探针设计中往往忽视了对探针光毒性等性质的详细表征”。陈知行解释道。

在此基础上，团队以COT作为三线态淬灭基团，合成了两种以Cyanine为母核的荧光探针PKMR和PKMDR。

HeLa细胞的光照存活实验表明，新探针的光毒性不及对应光谱的商业探针（MitoTrackers）的1/5，并能在相同条件下提供同样甚至更高的亮度。

“可以说，此项工作为该领域找到了新方向，未来希望能将探针的光毒性降到更低，甚至彻底消除。”陈知行表示。

协同创新 迈向极致

2018年6月，回国后的陈知行加入到北京大学分子医学研究所。

彼时，陈良怡团队研发的Hessian SIM不仅将光学显微镜的性能提升到一个全新的高度，还从数学和物理两方面大大改善了超分辨成像技术的光毒性。

要将超分辨成像技术做到极致，必须从化学探针方向进行协同创新。

而化学研究出身的陈知行的加入，无疑为团队注入了一股强劲的动力。

从2018年6月开始进行探针研究，到如今取得重要突破，团队只用了1年多的时间，却迭代了3代设计，最终找到了有效方案。

长期从事涡虫干细胞再生研究的雷凯团队在测试了新探针在涡虫干细胞分选领域的应用后，发现新探针标记线粒体可以帮助分选出干细胞群，而且新探针标记的干细胞在体外仍能维持较好的活性和干性，充分展示了其在流式荧光分析分选中优秀的生物相容性。

更难能可贵的是，新探针在长时程超分辨成像方面也显示出卓越的优势。

Hessian SIM成像结果显示，新探针在提供了接近2D Hessian SIM理论值的分辨率、展示了清晰线粒体嵴结构图像的同时，最大程度保留了线粒体 健康 的原始形态。

而使用商业染料MitoTracker Red CMXRos （MTR）标记的线粒体在140帧左右就发生了肿胀和明显形变，200帧以上已不可见嵴等正常生理结构，而PKMR标记的线粒体可以提供1000帧以上的 健康 线粒体图像，2000帧左右线粒体的形变程度仍小于商业探针的200帧。

“下一步，我们将继续在数学、物理、化学三方面协同推进，把技术推到极致。同时，争取将来发力转化，打破外国公司在高端成像仪器/探针方向的垄断，真正实现为生物医学研究者提供超越国外产品的国产高端成像工具。”陈知行表示。

相关论文信息：

《中国科学报》 （2020-09-07 第3版 医药 健康 ）