英文原题：De novo green fluorescent protein chromophore-based probes for capturing latent fingerprints using a portable system
通讯作者：吴庐陵，巴斯大学；黄楚森，上海师范大学；Tony D. James，巴斯大学
作者：Nanan Ruan, Qianfang Qiu, Xiaoqin Wei, Jiajia Liu, Luling Wu*, Nengqin Jia, Chusen Huang*, Tony D. James*
研究背景
指纹是每个人独一无二的生物特征，通过指纹检测可以实现个体的准确识别和身份确认，在维护社会安全、解决犯罪、确保司法公正等方面发挥着关键作用，成为现代犯罪学和法医学不可或缺的重要工具。其中，潜指纹（LFPs）的可视化识别，特别是在犯罪现场迅速捕捉潜指纹一直是刑侦检测中最具有挑战性且要求最高的技术。各种荧光纳米材料也被设计用于LFPs的检测。例如，上转换纳米颗、量子点、碳点和有机聚合物基材料都因其水溶性、高光稳定性和低背景干扰而成功用于开发LFPs。然而，这些纳米材料由于使用昂贵的稀土金属、重金属离子的毒性以及相对较长的LFPs显示时间而表现出内在的局限性。尽管潜指纹检测领域进展迅速，但仍然存在的主要挑战是需要找到适合的便携式方法，用于犯罪现场潜在指纹的快速可视化和法医调查。此外，该方法必须能够产生准确和高质量的指纹图像(最好产生3级细节)，以及不会破坏DNA样本的收集，并确保对使用者没有毒性。
成果简介
基于以上背景，上海师范大学黄楚森教授团队、英国巴斯大学Tony D. James/吴庐陵团队以咪唑啉酮为骨架，接入易溶于水的季铵盐，设计合成两个小分子荧光探针(LFP-Yellow和LFP-Red)作为化学试剂，与便携式系统结合使用，可以在不破坏DNA情况下，在犯罪现场快速捕获潜在指纹。该成果以“De novo green fluorescent protein chromophore-based probes for capturing latent fingerprints using a portable system”为题发表在国际权威杂志Journal of the American Chemical Society上。上海师范大学硕士生阮楠楠和邱前方为论文共同第一作者。巴斯大学吴庐陵博士，上海师范大学黄楚森教授和英国巴斯大学Tony D. James教授为论文共同通讯作者。本工作也受到上海师范大学贾能勤教授，广州市公安局刑事技术所专家 李越、杨幸怡 的大力支持。
文章介绍
本文中，作者报道了两个基于绿色荧光蛋白的开启荧光探针(LFP-Yellow和LFP-Red)，配备便携式指纹检测系统用于捕获指纹。该荧光染料能在水溶液中对于不同客体上的潜指纹进行快速（10秒之内）、高效的荧光显色。结合荧光染料开发了便携式显影设备，包括超声波雾化器和摄影系统，可以在犯罪现场快速捕获LFPs，在潜指纹领域这是首次将染料与设备结合使用。因为咪唑啉酮骨架本身的分子转动结构，探针LFP-Yellow和LFP-Red在水溶液没有接触到指纹区前保持荧光“暗态”，而一旦识别指纹区后则使得其扭转抑制转换为荧光“亮态”，从而实现对于潜指纹的高效“off-on”荧光成像。荧光染料具有较高的生物安全性，STR分析证实，使用这些染料进行DNA提取和鉴定时未观察到干扰。本文是第一个用STR分析证实 “off-on” 荧光试剂对于DNA提取完全无损。
图1. (a)用于传感的GFP发色团的化学结构；(b)探针用于犯罪现场潜在指纹可视化的过程。
图2. (a)LFP-Yellow和LFP-Red在纯水（50 μM）中的荧光光谱(0%表示纯水，95%表示纯水中95%的甘油）；(b)和(c)使用便携式超声喷雾器分别喷洒不同浓度的LFP-Yellow（锡箔底部）和LFP-Red（锡箔底部）溶液10秒后，LFPs在衬底物上的荧光图像。
图3. (a)分别喷洒LFP-Red, Control-Red, LFP-Yellow, Control-Yellow水溶液形成的不同底物上的RGB彩色荧光照片，这些照片是用我们的摄影系统拍摄的。染料的浓度为100 μM，辐照波长为445 nm ; (b)LFP-Red, Control-Red, LFP-Yellow, and Control-Yellow的化学结构。使用ImageJ开发的不同底物上去除底物颜色的; (c) RGB彩色荧光照片。
图4. 通过放大塑料和钢上LFPs的部分区域，从荧光图像中可以清晰地看到塑料和钢上LFPs的(a)1级和2级细节；(b, c)通过部分区域的荧光显微镜图像显示3级细节；(a, b, c)对于LFP-Red处理过的LFPs。
图5. (a)指纹在锡纸上陈化1天、4天和7天后，喷洒LFP-Red (100 μM)水溶液；(b)指纹脊与指纹沟沿白线的荧光强度变化；(c)新鲜LFP-Red水溶液(100 μM)保存2个月后，用喷雾法在锡纸上显影LFPs (LFPs来自同一手指)。
图6. (a)血液样本中DNA的STR分析；(b)LFP-Red溶液处理后DNA的STR分析。
图7. (a)血液样本中DNA的STR分析；(b) LFP-Yellow溶液处理后DNA的STR分析。
本文成功开发了两种基于绿色荧光蛋白发色团的荧光染料，并结合了一个便携式的荧光检测系统。与传统的LFPs化学试剂相比，LFP-Red和LFP-Yellow可以通过荧光“off-on”模式快速可视化LFPs（在10秒内）。这些荧光染料水溶性好，细胞毒性低，确保不破坏生物样品，不对用户有害。这些荧光染料通过直接荧光信号读出，与用于LFPs检测的传统化学试剂相比，这些染料具有较好的水溶性，可以快速显示1-3级的细节。此外，所开发的基于GFP发色团的荧光染料不会导致DNA污染和阻碍鉴定。STR分析证实，当使用这些染料进行DNA提取和鉴定时，没有任何后续干扰。最后，所开发的便携式设备，包括超声波喷雾器和摄影设备，可以通过喷雾法同时快速捕捉犯罪现场的潜在指纹。该方法有望被用于有效地开发犯罪现场的潜在指纹。
通讯作者简介
吴庐陵（右）
英国巴斯大学博士
吴庐陵，英国巴斯大学博士。其博士由国家留学基金委和巴斯大学共同资助。2022年至2023年在西湖大学进行博士后研究，期间获得博士后国际交流计划引进项目。随后在巴斯大学从事由英国工程与自然科学研究理事会（EPSRC）资助的博士后研究。主要研究方向是基于多种逻辑与双重响应策略，发展针对多种目标物的同时成像分析方法；开发基于薁以及卓鎓的新型荧光团和探针。目前以第一或通讯作者在J. Am. Chem. Soc. (4篇), Nat. Rev. Chem. (1篇) 等期刊发表论文27篇，其h指数21。参编英文专著一本，并撰写其中一个章节。担任JACS , Chem. Rev., Chem. Sci.等期刊的审稿人。
Tony D. James（左）
英国巴斯大学教授
Tony D. James教授，英国巴斯大学化学院教授、副院长，英国皇家化学学会会员。1986年于英国东安格利亚大学获得学士学位，1991年于加拿大维多利亚大学获得博士学位，1992到1995年期间于日本Shinkai教授课题组做博士后，1995到2000年期间于英国伯明翰大学任皇家学会研究员。2013年因对日本和英国科研合作做出的杰出贡献获得了达亿瓦-艾德里安奖。长期从事分子识别，分子组装，荧光探针方面的研究，是糖识别及超分子化学方向的国际知名专家。Tony D. James教授已出版三本专著，在Nature, Nat. Chem., Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., JACS和Angew. Chem. Int. Ed.等国际学术期刊上发表457余篇学术论文，此外拥有30项国际专利。
https://researchportal.bath.ac.uk/en/persons/tony-james
黄楚森
上海师范大学教授
黄楚森教授，上海师范大学化学与材料科学学院教授。主要从事精细化工领域中的高性能有机荧光染料研究。围绕功能性荧光染料及其生物医学应用这一研究方向，针对活细胞内分子事件实时跟踪、公共安全和重大疾病诊疗精准测量的实际需求，聚焦于生物检测用功能染料的高选择性、定量检测、多功能识别等关键科学问题，开展了系统的基础研究，发展了系列高性能的荧光探针分子。近年来，以第一作者或通讯作者身份发表SCI论文32篇，包括Chem. Soc. Rev.、Coord. Chem. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Biosens. Bioelectron.、Anal. Chem.、Ind. Eng. Chem. Res.等期刊。获授权中国发明专利11项，以第一发明人申请中国专利7项，授权4项。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
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