有机化学实验室探索分子探针的新领域

布莱恩·米歇尔 制造分子探针，当它们找到目标时会发光的智能分子.

Michel’s research group recently published a paper 正规赌博十大平台排行探测器的发射从绿光到橙光的变化. “这太酷了。, 和 it has applications,米歇尔说。, 他是正规赌博十大平台排行化学和生物化学副教授 College of Natural 科学s 和 Mathematics.

The National 研究院 of 健康 has awarded a $1.米歇尔将在五年内获得800万美元的拨款，以继续开发更灵敏的分子探针来检测乙烯, a hydrocarbon gas, 在哺乳动物中. 乙烯在植物成熟过程中所起的作用是众所周知的, 但是乙烯在哺乳动物生物学中的作用得到的科学关注相对较少.

“When we think about the molecules we exhale from our breath, hydrocarbons are not usually one of the things we think about. We think about things like carbon dioxide or oxygen,米歇尔说. 但是像乙烯这样的小分子可以让我们了解一个人是否患有氧化应激, 当自由基和抗氧化防御失衡时，就会出现这种情况——这可能是一种疾病的指标吗.

“People have proposed that it’s a biomarker of oxidative stress, but the tools to look at that are limited. We come in as tool developers, with the organometallic chemistry behind that, 和 how to apply that in different systems,米歇尔说.

一个这样的应用程序可以作为生物学家和生物化学家在实验中有用且成本更低的分析或测试. 他们目前使用的激光光声光谱仪是一种相当昂贵的检测哺乳动物乙烯的方法.

“There are only a h和ful of these in the world,米歇尔说. “如果我们能制造出一个或几个分子，我们就可以用小瓶子运送给人们, 和 anybody can run these assays in their labs, 然后我们就有可能开始回答更多正规赌博十大平台排行乙烯在生物系统中的作用的问题.”

Michel’s new NIH grant funds the broad sweep of his lab’s research. 这包括开发基于有机金属反应的乙烯检测工具. “与其他人开发探针型分子的方式相比，我们的方法是独特的,他说.

米歇尔第一次听说这个领域的工作是在他读本科的时候 the 2005 Nobel Prize in Chemistry 获奖理由是“发展了有机合成中的复分解方法”.” 复生通常被描述为原子“交换舞伴”形成新分子的一种方式.

将近20年后，Michel在全新的应用程序中使用了元数据. 这是基于他在传统催化方面的博士背景——加速化学反应速率的方法. 然后, as a postdoctoral scientist, 他做了类似的工作，用钯来检测细胞中的一氧化碳.

As an independent research scientist, 米歇尔了解到需要找到一种更好的方法来检测乙烯. 自2018年在该领域发表第一篇论文以来，他的团队已经开发了一系列探测器.

“We’re always looking to do new things with them. 有些新事物只是稳定的、系统的改进，”他说. “我们也在考虑如何采取根本不同的方法. 我们是否可以用另一种方式来看待可能存在自身问题但可能提供其他独特优势的检测系统?”

As Michel began exploring ideas about how to detect ethylene, 他注意到较小的烯烃——一种被称为烯烃的碳氢化合物——通常比较大的烯烃反应更快. As the smallest possible alkene, ethylene reacts quite quickly.

许多科学家认为乙烯是烯烃转化过程中的一个问题, 米歇尔说, “由于它的体积小，我们已经找到了一种方法来利用它与周围其他分子的反应方式有所不同.”

In developing his probes, 米歇尔应用的化学反应不同于哺乳动物系统的化学反应, yet do not affect their cells. 这一不断发展的领域被称为“新自然有机反应”,” “chemical biology,” or “developing chemical tools to study biological systems.”

“我们这样做的原因是，我们试图检测的分子没有足够的活性，无法与其他有机分子发生反应,他解释道.

A group of chemical elements called transition metals can help. The human body contains various transition metals, 包括铜, manganese 和 iron that perform important functions. Iron, for example, transports oxygen.

“过渡金属与这些小分子有一些额外的键相互作用，这使得生物系统中没有发生的化学反应得以发生,他说.

对于米歇尔的团队来说，追求完美的系统是一个持续的挑战. “Why is this one thing not quite fast enough? How do we make it faster? Why do we not get quite as much signal here?”

对高灵敏度检测系统出现的问题进行故障排除也带来了挑战, 米歇尔说. “它变得如此敏感，以至于发现导致事情出错的原因变得越来越困难.”