分子生物傳感器與細(xì)胞內(nèi)分子影像

王殿冰 崔宗強(qiáng) 張先恩

活細(xì)胞及活體內(nèi)生理和病理過程中關(guān)鍵分子事件的實(shí)時(shí)、可視化探測對理解基本生物學(xué)過程、闡釋疾病發(fā)生機(jī)制等具有重要意義。臨床上，疾病的診斷及精準(zhǔn)治療也越發(fā)依賴影像學(xué)手段。分子生物傳感器是一種通過產(chǎn)生可視、可定量信號來指示生物物質(zhì)或生物事件發(fā)生及存在的生物分子系統(tǒng)，在活細(xì)胞或者活體內(nèi)能夠?qū)崟r(shí)動態(tài)示蹤生物分子之間的相互作用、生物大分子的定位和運(yùn)動、生理環(huán)境的變化以及一些重要生化反應(yīng)等。近20年的研究充分表明分子生物傳感器是分子事件“眼見為實(shí)”的強(qiáng)有力工具。本文將聚焦其中研究熱度較高的分子信標(biāo)（molecular beacons，MB）、共振能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)（包括熒光共振能量轉(zhuǎn)移和生物發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移）和分子熒光互補(bǔ)系統(tǒng)（如雙分子熒光互補(bǔ)、三分子熒光互補(bǔ)等），重點(diǎn)闡述這幾種分子生物傳感器的原理、特點(diǎn)、活細(xì)胞中的應(yīng)用，探討可能面臨的挑戰(zhàn)及未來發(fā)展方向等。

1 分子信標(biāo)

1.1 分子信標(biāo)原理

分子信標(biāo)是由Tyagi和Kramer于1996年根據(jù)熒光共振能量轉(zhuǎn)移原理首次設(shè)計(jì)的一種具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的寡核苷酸熒光探針，亦稱發(fā)夾探針。經(jīng)典的分子信標(biāo)通常為25～35個核苷酸，包括環(huán)形區(qū)（Loop）、莖干區(qū)（stem）及其所連接的熒光分子和淬滅分子。其中，環(huán)形區(qū)由15～25個核苷酸組成，可特異性結(jié)合靶分子序列。莖干區(qū)是5～7個互補(bǔ)堿基對，可在分子信標(biāo)與靶分子結(jié)合過程中發(fā)生可逆性解離，用于維持分子特殊形狀。熒光基團(tuán)和熒光淬滅基團(tuán)則分別位于莖干區(qū)的兩個末端。當(dāng)無目標(biāo)序列存在時(shí)，分子信標(biāo)呈現(xiàn)自由狀態(tài)，莖干區(qū)互補(bǔ)堿基發(fā)生結(jié)合，促使分子信標(biāo)形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。此時(shí)，熒光分子和淬滅分子距離最為接近（約6～10 nm），促發(fā)熒光共振能量轉(zhuǎn)移，即：熒光分子發(fā)出的熒光被淬滅分子吸收，并以熱的形式散發(fā)，熒光幾乎完全淬滅。相反，當(dāng)存在目標(biāo)序列時(shí)，分子信標(biāo)的環(huán)形區(qū)與靶分子發(fā)生雜交，莖干中的互補(bǔ)區(qū)打開，由于熒光分子遠(yuǎn)離淬滅分子，分子信標(biāo)的熒光近乎100%恢復(fù)，其熒光強(qiáng)度與溶液中靶分子濃度呈正相關(guān)。

1.2 分子信標(biāo)應(yīng)用

分子信標(biāo)具有高靈敏度、高特異性、無須除去冗余等優(yōu)點(diǎn)。檢測聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）過程中的擴(kuò)增產(chǎn)物是分子信標(biāo)問世的初衷。如今，早非局限于此。研究者通過改造經(jīng)典的分子信標(biāo)結(jié)構(gòu)、發(fā)展多種熒光分子和淬滅分子、偶聯(lián)納米材料（如金納米粒子/石墨烯、碳納米管等）等，已成功構(gòu)建出各種具有優(yōu)越性能的新型分子信標(biāo)探針，并將其廣泛應(yīng)用于基因診斷、核酸檢測、分子示蹤等多個領(lǐng)域。本文主要聚焦分子信標(biāo)在活細(xì)胞內(nèi)分子影像中的應(yīng)用。

（1）分子信標(biāo)在活細(xì)胞內(nèi)示蹤mRNA的研究最為豐富。1998年，Sokol等首次實(shí)時(shí)示蹤了RNA-DNA雜交，在熒光顯微鏡下檢測到原癌基因vav的10個mRNA分子，即0.1 ag（1 ag＝1×10-18g）的分子信標(biāo)所產(chǎn)生的雜交信號。隨后，Bratu等開辟了利用分子信標(biāo)在活細(xì)胞中研究mRNA定位、轉(zhuǎn)運(yùn)的先河。該團(tuán)隊(duì)在黑腹果蠅卵母細(xì)胞中觀察了天然mRNA的運(yùn)動，并發(fā)現(xiàn)mRNA 3′端非翻譯區(qū)的遺傳操作或細(xì)胞內(nèi)微管蛋白網(wǎng)絡(luò)的化學(xué)擾動可以明顯改變mRNA的分布。Vargas等則通過分子信標(biāo)追蹤活細(xì)胞中mRNA分子，進(jìn)一步對mRNA-蛋白復(fù)合物從轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)到核孔的轉(zhuǎn)運(yùn)行為進(jìn)行了可視化研究，提示其轉(zhuǎn)運(yùn)過程依賴于酶促反應(yīng)。筆者團(tuán)隊(duì)利用分子信標(biāo)技術(shù)率先建立了一種在活的寄主細(xì)胞內(nèi)病毒核酸可視化的方法，在熒光顯微鏡下可直觀地看到脊髓灰質(zhì)炎病毒的正鏈RNA和甲型流感病毒mRNA的動態(tài)行為，同時(shí)結(jié)合其他實(shí)驗(yàn)手段，探討了病毒核酸轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。

（2）分子信標(biāo)還較為普遍地用于細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、ATP等分子的檢測與示蹤。這主要通過分子信標(biāo)與適配子形成的適配子信標(biāo)（aptamer beacon）來完成。Yamamoto等首次證明了將目標(biāo)物的適配子結(jié)合位點(diǎn)插入分子信標(biāo)中的可能性，構(gòu)建了靶向HIV病毒Tat蛋白的高親和力適配子信標(biāo)。與傳統(tǒng)的分子信標(biāo)相比，這些信標(biāo)與目標(biāo)物序列的匹配數(shù)目減少了一半（8個堿基）。筆者團(tuán)隊(duì)利用相同策略，構(gòu)建了特異識別HIV逆轉(zhuǎn)錄酶的適配體分子信標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞中HIV逆轉(zhuǎn)錄酶的可視化。Zhang等構(gòu)建了ATP的分子信標(biāo)檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在白血病細(xì)胞K562和乳腺癌細(xì)胞4T1中ATP的檢測，體外檢測下線低至（1.1～3.2）×10-7mol/L。Tan等和Liu等分別將氧化石墨烯作為ATP分子信標(biāo)的淬滅分子，獲得了更加穩(wěn)定、特異的適配子信標(biāo)，前者可以半定量檢測活細(xì)胞內(nèi)ATP，后者可響應(yīng)5 mmol/L Ca2+誘導(dǎo)的ATP升高。

目前，針對性發(fā)展多功能分子信標(biāo)，在單細(xì)胞、單分子水平示蹤關(guān)鍵分子事件的研究工作已經(jīng)萌芽。例如，Li等設(shè)計(jì)了一種雙功能分子信標(biāo)，能夠同時(shí)檢測并抑制斑馬魚中的microRNA。Chen等利用分子信標(biāo)最小工程化地點(diǎn)亮單分子RNA，通過成像技術(shù)深入研究了單細(xì)胞非編碼RNA（lncRNA）的動力學(xué)和定位。這些方向可能成為分子信標(biāo)在細(xì)胞成像領(lǐng)域應(yīng)用中的主流。

2 共振能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)

共振能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)是利用能量轉(zhuǎn)移原理和基因操縱技術(shù)構(gòu)建的分子傳感體系，主要包括熒光共振能量轉(zhuǎn)移（fluorescence resonance energy transfer，F(xiàn)RET）和生物發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移（bioluminescent resonance energy transfer，BRET）。

2.1 熒光共振能量轉(zhuǎn)移

2.1.1 原理

FRET是1948年由F?rster提出的一種基于能量轉(zhuǎn)移來測量分子間距離的技術(shù)。其基本原理是當(dāng)供體的熒光發(fā)射光譜與受體的吸收光譜重疊，并且供體和受體的距離合適時(shí)（一般小于10 nm），就會發(fā)生一種非放射性的能量轉(zhuǎn)移。當(dāng)以適當(dāng)頻率的激發(fā)光照射供體時(shí)，供體會產(chǎn)生振蕩偶極子并與相鄰受體的偶極子產(chǎn)生共振。供體熒光團(tuán)的能量由于偶極子之間的相互作用非放射性地轉(zhuǎn)移到受體熒光團(tuán)。總體而言，產(chǎn)生FRET現(xiàn)象需要同時(shí)具備兩個條件：（1）供體分子具有較高的量子產(chǎn)率，其發(fā)射光光譜與受體分子的激發(fā)光光譜有效重疊；（2）供體和受體分子都處于被激發(fā)狀態(tài)，兩者之間距離在1～10 nm之間。

2.1.2 特點(diǎn)

在生物學(xué)研究領(lǐng)域，F(xiàn)RET技術(shù)是研究生物大分子間相互作用，特別是在活細(xì)胞生理?xiàng)l件下研究蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)間相互作用的有力工具。FRET供、受體主要是熒光蛋白、有機(jī)熒光分子、無機(jī)納米熒光材料等，其發(fā)生需要外界光源激發(fā)熒光供體。青色熒光蛋白（CFP）和黃色熒光蛋白（YFP）是最常用的一對供受體。由于FRET嚴(yán)格依賴空間距離（1～10 nm），且大多數(shù)生物分子介于該尺寸之間，因此，F(xiàn)RET是一把丈量分子空間距離的光學(xué)“分子尺”，可以解決生物學(xué)中諸多難題，如蛋白質(zhì)動力學(xué)、蛋白質(zhì)構(gòu)象變化等。有別于經(jīng)典的分子發(fā)射光譜分析法，F(xiàn)RET最大優(yōu)點(diǎn)是，該技術(shù)利用信號比值而非信號強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，消除了取樣誤差而造成的信號間差異。近年來，由于新型熒光材料的出現(xiàn)、光學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及顯微成像工具的發(fā)展，F(xiàn)RET技術(shù)在空間分辨率、檢測靈敏度等方面有了極大的提升，目前已實(shí)現(xiàn)單分子FRET（SmFRET）。

2.1.3 應(yīng)用

FRET在活細(xì)胞中的應(yīng)用非常之多，即利用兩個蛋白分子之間相互作用的空間信息以回答分子運(yùn)動、蛋白構(gòu)象、轉(zhuǎn)錄調(diào)控等相關(guān)生物學(xué)問題。技術(shù)上，主要通過顯微鏡，利用受體漂白、導(dǎo)致的供體熒光增強(qiáng)、供體熒光漂白、受體熒光壽命增長、供-受體熒光強(qiáng)度比率法等多種手段來檢測FRET現(xiàn)象，在此介紹部分代表性研究。

（1）活細(xì)胞內(nèi)生理狀態(tài)下的離子檢測是FRET技術(shù)較為經(jīng)典的應(yīng)用。例如，Myawaki等發(fā)展了一種由CFP、YFP、鈣調(diào)蛋白和鈣調(diào)蛋白結(jié)合肽M13組成的活細(xì)胞鈣離子指示劑。其原理是，細(xì)胞里的Ca2+促進(jìn)鈣調(diào)蛋白與M13結(jié)合，進(jìn)而增加了熒光蛋白之間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移，因此可通過檢測FRET現(xiàn)象和數(shù)據(jù)校正，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞器中鈣離子的監(jiān)測與定量。無獨(dú)有偶，Zhang等利用FRET探針對活細(xì)胞中Hg2+進(jìn)行了高靈敏檢測。另外，針對活細(xì)胞中ATP、pH值等重要生理參數(shù)，均有巧妙的FRET示蹤體系被相繼報(bào)道。

（2）FRET無疑是研究蛋白質(zhì)互作的最好手段之一。蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用涉及生命體中眾多生理過程和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，在細(xì)胞活動中扮演關(guān)鍵性角色。利用FRET技術(shù)檢測蛋白質(zhì)互作的策略通常是利用基因操縱，將兩個目標(biāo)蛋白分別偶聯(lián)一個供體或受體，并在細(xì)胞內(nèi)融合表達(dá)。在特定時(shí)空及生理?xiàng)l件下，如果存在互作，供體和受體會相互靠近產(chǎn)生FRET現(xiàn)象，反之則無。利用這一策略，細(xì)胞中多種蛋白之間的互作已被鑒定和示蹤。例如，高遷移率族蛋白1（HMGB1）、Toll樣受體（TLR）與晚期糖基化終產(chǎn)物受體（RAGE）之間的相互作用；亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中表皮生長因子受體（EGFR）與和其結(jié)合蛋白Grb2之間的互作；基質(zhì)相互作用分子1（STIM1）之間的寡聚化及其易位、靶向等。

除此之外，F(xiàn)RET也普遍用于活細(xì)胞中RNA檢測、蛋白質(zhì)動力學(xué)等相關(guān)研究。

2.2 生物發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移

BRET于1999年問世，與FRET基本原理相似，有異曲同工之妙。BRET體系中的供體主要是熒光素酶（Luc）。其中，海腎熒光素酶（Rluc）以腔腸素（Coelenterazine）為底物，螢火蟲熒光素酶（Fluc）以DLuciferin和ATP為底物，海螢熒光素酶（Cluc）則以海螢熒光素為底物，這些均是BRET常用供體。如圖3所示，這些底物及其衍生物會被相應(yīng)的熒光素酶催化并氧化發(fā)光。由于A-B分子的相互作用，供受體相互靠近。當(dāng)兩者距離1～10 nm時(shí)，BRET現(xiàn)象產(chǎn)生，受體發(fā)光。底物飽和狀態(tài)下，受體熒光強(qiáng)度與酶濃度呈正相關(guān)。較FRET比，由于BRET無須外界光源激發(fā)供體，因此可避免強(qiáng)光源導(dǎo)致的光漂白、光吸收、組織損傷等現(xiàn)象，同時(shí)能夠降低因生物體內(nèi)自發(fā)熒光產(chǎn)生的背景信號。

在活細(xì)胞影像的應(yīng)用方面，BRET和FRET大致相同，如蛋白質(zhì)相互作用、ATP檢測、蛋白質(zhì)活性測定等。值得一提的是，在富含血細(xì)胞或血紅色素的組織及活體成像中，由于生物體內(nèi)光吸收、自發(fā)熒光的減少，使BRET在信噪比方面具有明顯優(yōu)勢。

3 分子互補(bǔ)系統(tǒng)

分子互補(bǔ)系統(tǒng)是利用蛋白質(zhì)片段互補(bǔ)技術(shù)構(gòu)建的分子傳感體系。本文著重闡述的是以熒光蛋白為信號元件的分子互補(bǔ)系統(tǒng)，包括雙分子熒光互補(bǔ)（bimolecular fluorescence complementation, BiFC）、三分子熒光互補(bǔ)（trimolecular fluorescence complementation，TriFC）等。

3.1 雙分子熒光互補(bǔ)

3.1.1 原理

BiFC起源于蛋白質(zhì)片段互補(bǔ)技術(shù)，由Ghosh等于2000年首次報(bào)道。熒光蛋白在特定區(qū)域（通常是loop區(qū)）通過基因剪接形成兩個非熒光片段，稱為N片段和C片段。N、C兩個片段通過Linker肽分別與一對相互作用的靶蛋白融合表達(dá)。由于靶蛋白對之間的相互作用，熒光蛋白N片段和C片段會緊密靠近，形成空間互補(bǔ)，進(jìn)而發(fā)生分子重建恢復(fù)構(gòu)象，并在合適的激發(fā)波長下產(chǎn)生熒光。反之，若靶蛋白之間不存在相互作用，則無熒光產(chǎn)生。

3.1.2 特點(diǎn)

BiFC可應(yīng)用于體內(nèi)和體外，具有高靈敏、低噪聲等特點(diǎn)。BiFC分子元件預(yù)先通過基因操縱導(dǎo)入細(xì)胞中表達(dá)，無須外源添加即可直接利用熒光觀測活細(xì)胞或活體中生物分子的相互作用及其空間位置信息，因此避免了外源物質(zhì)對細(xì)胞的干擾和觀察的失真。與FRET和BRET技術(shù)相比，BiFC不用復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，常規(guī)熒光顯微鏡即可滿足。利用不同顏色的熒光互補(bǔ)系統(tǒng)，還可以在活細(xì)胞內(nèi)同時(shí)檢測多個蛋白的相互作用。鑒于這些特點(diǎn)，BiFC被廣泛用于生物分子相互作用的研究，特別是細(xì)胞內(nèi)之間、細(xì)胞與環(huán)境物質(zhì)之間的相互作用。

目前所報(bào)道的BiFC系統(tǒng)通常不可逆、即結(jié)合重構(gòu)后很難再被打開。這個特點(diǎn)使得BiFC靈敏度很高，可檢測KD接近1 mmol/L的弱相互作用，但也阻礙了BiFC監(jiān)測蛋白質(zhì)相互作用的動態(tài)變化。為此，Tchekanda等利用基因改造的近紅外熒光蛋白突變單體IFP1.4發(fā)展了可逆的BiFC系統(tǒng)，進(jìn)一步擴(kuò)展了BiFC技術(shù)的應(yīng)用。

3.1.3 應(yīng)用

BiFC常用于研究蛋白質(zhì)寡聚化（protein oligomerization）。其中，α-突觸核蛋白（α-synuclein）的錯誤折疊——寡聚化和纖維化被認(rèn)為是帕金森和其他相關(guān)神經(jīng)疾病發(fā)生和發(fā)展的核心事件。Outeiro等通過BiFC直觀地觀察了突觸核蛋白在活細(xì)胞中的寡聚化，并發(fā)現(xiàn)蛋白寡聚化導(dǎo)致的細(xì)胞毒性增加可通過Hsp70來緩解。除此之外，G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs）的寡聚化是又一重要研究領(lǐng)域。GPCRs及相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)涉及諸多疾病，其寡聚化在調(diào)節(jié)受體藥理學(xué)和功能中具有重要作用。目前大約30%～40%藥物的細(xì)胞靶標(biāo)針對GPCRs而設(shè)計(jì)。在該領(lǐng)域，有大量基于BiFC的研究與發(fā)現(xiàn)，包括GPCR二聚化和二聚化的抑制、腺苷A2A受體的分布和其在質(zhì)膜上的組裝、利用GPCR二聚體成像研究神經(jīng)肽YY1/Y5 受體異二聚體的藥理學(xué)等。Cirulela和Vilardaga更是詳細(xì)總結(jié)了BiFC在GPCR研究中的應(yīng)用。因此，BiFC不僅是示蹤蛋白寡聚化的重要工具，更是尋找相關(guān)疾病治療靶標(biāo)和藥物的有效手段。

BiFC也廣泛用于研究病毒與宿主之間的相互作用。這些研究對于理解病毒的生命周期和致病機(jī)制具有重要意義。例如，Hemerka等利用BiFC揭示了流感病毒聚合酶復(fù)合物PA與PB2亞基之間前所未知的相互作用，并對PA-PB2二元復(fù)合物的亞細(xì)胞定位與進(jìn)核進(jìn)行了詳細(xì)分析，其研究思路為進(jìn)一步探索PA-PB2互作與甲型流感病毒聚合酶活性、病毒復(fù)制的生物相關(guān)性提供了一個框架。目前，利用BiFC對人類病毒的研究還涉及Epstein-Barr病毒潛伏膜蛋白1的表征、基于Beclin1-Bcl2復(fù)合物解離的自噬抑制劑藥物篩選、HIV病毒非結(jié)構(gòu)性蛋白Vpr分子之間的互作等。

3.2 分子互補(bǔ)系統(tǒng)的發(fā)展

3.2.1 遠(yuǎn)紅外和近紅外BiFC

在哺乳動物中存在細(xì)胞成像的近紅外（NIR）光學(xué)窗口（650～900 nm），以避免生物體內(nèi)水、血紅蛋白等分子對光的吸收。為了解決這個問題，筆者團(tuán)隊(duì)利用mCherry（λex/λem＝587 nm/610 nm）、mNeptune（λex/λem＝600 nm/650 nm）等熒光蛋白開發(fā)了系列長波長熒光分子互補(bǔ)系統(tǒng)。另外，為了更好地實(shí)現(xiàn)深部組織成像，我們打破利用GFP-like熒光蛋白構(gòu)建BiFC這一常規(guī)，創(chuàng)新性的發(fā)展了以細(xì)菌光敏色素iRFP為基礎(chǔ)的近紅外BiFC系統(tǒng)（λex/λem＝690 nm/713 nm）。該工作為生理?xiàng)l件下研究蛋白質(zhì)相互作用提供了強(qiáng)有力工具，同時(shí)也為活細(xì)胞中的藥物評價(jià)提供了新策略。

3.2.2 三分子互補(bǔ)系統(tǒng)

鑒于細(xì)胞內(nèi)未知的蛋白質(zhì)-RNA之間互作，基于BiFC建立的TriFC系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。在TriFC系統(tǒng)中，熒光蛋白的C片段通過已知蛋白質(zhì)（A′）和RNA（D）之間的相互作用，附著于報(bào)告mRNA。N片段與RNA-結(jié)合蛋白B′融合表達(dá)。如果RNA結(jié)合蛋白與報(bào)告基因mRNA中的靶序列相互作用，則N和C兩片段緊密接近，恢復(fù)熒光蛋白構(gòu)象產(chǎn)生熒光。TriFC不僅可用于鑒定RNA-蛋白質(zhì)相互作用，還可分析活細(xì)胞中RNA-蛋白質(zhì)相互作用的定位和動力學(xué)。大量研究已驗(yàn)證該方法的實(shí)用性。其中，筆者團(tuán)隊(duì)利用TriFC重點(diǎn)研究了流感病毒和HIV病毒mRNA與宿主蛋白之間的相互作用，并闡釋了相關(guān)生物學(xué)機(jī)制。

最近，筆者團(tuán)隊(duì)還發(fā)展了三片段熒光互補(bǔ)系統(tǒng)（three-fragment fluorescence complementation，TFFC），用于蛋白三聚體的成像研究。我們把具有光轉(zhuǎn)換和光激活特性的熒光蛋白mIrisFP拆分為3個片段，結(jié)合超分辨成像，在單分子水平示蹤了活細(xì)胞中G蛋白三聚體亞基間的相互作用。除此之外，在熒光蛋白第10個和第11個β-strand之間“切割形成的分子互補(bǔ)系統(tǒng)”（splitfluorescent proteins complementation）也被用于活細(xì)胞可視化研究，如蛋白質(zhì)的定位、胞漿肽的輸送等。

4 結(jié)語與展望

近20年來，上述以熒光為信號的分子生物傳感技術(shù)進(jìn)展迅速，大量相關(guān)研究論文被發(fā)表，涵蓋了材料、化學(xué)、物理、生物醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)等多個學(xué)科。從活細(xì)胞層面的應(yīng)用態(tài)勢來看，利用多色標(biāo)記，結(jié)合超分辨成像，在單細(xì)胞、單分子水平實(shí)時(shí)動態(tài)觀察多個關(guān)鍵分子事件將成為主流。但是，這些分子生物傳感器在組織、器官和活體的深層次應(yīng)用仍然面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。提高信噪比、避免生物物質(zhì)光吸收、允許長時(shí)示蹤都還是難題。亟待創(chuàng)造生物相容性好、亮度高、抗淬滅熒光探針，提出超高靈敏傳感新體系，改進(jìn)成像數(shù)據(jù)算法，也需要進(jìn)一步推動光學(xué)技術(shù)、成像工具的發(fā)展等。隨著技術(shù)進(jìn)步，分子生物傳感器將使我們前所未有地實(shí)時(shí)觀察獲取生命過程深層次信息，從而回答一系列重要的生命科學(xué)基本問題，并將拓展到臨床應(yīng)用，為人類健康服務(wù)。