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隨著抗生素的濫用，臨床多重耐藥菌（超級細菌）的出現(xiàn)嚴重危害了住院病人和老齡人口的生命健康，由此，對于超級細菌便捷、快速的探測將有助于細菌感染的早期診斷和精準治療。針對傳統(tǒng)微生物檢測技術操作繁復、耗時長、對儀器設備要求高等缺陷，研究團隊發(fā)展了一種新型簡易的多色熒光傳感陣列，實現(xiàn)了細菌的高效識別與區(qū)分。前期研究工作中，團隊與美國德克薩斯大學奧斯汀分校Jonathan Sessler教授團隊合作，對FDA批準的一種鐵螯合劑藥物Deferasirox (ExJade)進行結構改性，合成了具有熒光性質的ExJade衍生物，并初步驗證了其在細菌生物被膜熒光可視化中的應用（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 1278-1283）。

在上述研究基礎上，團隊進一步對ExJade的多個苯環(huán)取代位點進行化學修飾，通過調控母體結構的電子供受體效應，構建了熒光發(fā)射幾乎涵蓋全可見光譜帶的ExJade衍生物庫。理論結合實驗研究表明，這些衍生物在水溶液中表現(xiàn)出包括聚集誘導發(fā)光（AIE）、激發(fā)態(tài)分子內質子轉移（ESIPT）和電荷轉移等在內的混合發(fā)光機制，并可通過與三價鐵離子的螯合猝滅本征熒光。熒光成像實驗表明，該系列衍生物可實現(xiàn)細菌的多熒光通道成像，且與商業(yè)細菌染料Syto 9不串光，為細菌的精準可視化研究提供了新的化學工具。此外，團隊還構建了基于ExJade多色熒光衍生物庫的細菌傳感陣列，針對細菌對該系列衍生物不同的內化動力學，以及衍生物對細菌內源性三價鐵離子差異化的熒光猝滅動力學，選取最大熒光差異窗口獲得該陣列對不同細菌的高通量特征識別信號，繼而應用主成分分析法對獲取信號進行降維分析，成功實現(xiàn)了革蘭氏陽性菌和陰性菌，臨床分離耐藥菌和藥敏菌，以及經(jīng)藥物誘導產(chǎn)生不同耐藥性金黃色葡萄球菌之間的精準區(qū)分，從而為臨床超級細菌的快速甄別提供了一種高效、簡易的新型化學探測工具。

化學與分子工程學院青年教師胡習樂博士、美國德克薩斯大學奧斯汀分校Adam Sedgwick博士和Daniel Mangel博士為本文共同第一作者，賀曉鵬教授、Jonathan Sessler教授和Adam Sedgwick博士為本文共同通訊作者，研究工作得到了田禾院士的悉心指導。研究工作的光學性能測試和微生物實驗主要由化學學院博士研究生尚瑩、甘慧麒協(xié)助完成。本研究獲得了國家自然科學基金委、材料生物學與動態(tài)化學教育部前沿科學中心、上海市科技重大專項、上海市科委國際合作項目資助。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c01155。

參考資料：https://chem.ecust.edu.cn/2022/0604/c6623a145462/page.htm