一种新型荧光探针———分子信标的研究及应用进展
一种小分子荧光探针及其制备方法与应用与流程

一种小分子荧光探针及其制备方法与应用与流程
小分子荧光探针作为一种重要的生物分子探测工具,在生命科学领域中具有广泛的应用前景。
本文将介绍一种新型的小分子荧光探针及其制备方法与应用与流程。
首先,该小分子荧光探针的制备方法非常简单,只需要将荧光染料与一种特殊的载体分子结合即可。
这种载体分子具有良好的生物透性和生物相容性,可以在细胞膜上自发结合,并产生强烈的荧光信号。
其次,这种小分子荧光探针的应用范围非常广泛。
它可以用于细胞分子成像、酶活性检测、蛋白质定位等多种生物学实验中。
例如,它可以用于检测细胞内的一些生物活性分子的水平,如钙离子、离子基团、ATP等,具有高灵敏度和高分辨率。
最后,该小分子荧光探针的实验流程也非常简单。
只需将其加入到细胞培养液中,等待一定的反应时间,即可通过荧光显微镜或其他荧光成像仪器观察到荧光信号的强度和分布情况。
总之,该小分子荧光探针具有制备简单、应用广泛、实验流程简便等优点,将为生命科学研究提供更多的实验工具和方法。
同时,我们也期待该小分子荧光探针在其他领域中的应用,为相关领域的研究带来新的突破。
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新型核酸分子荧光探针——分子信标的原理及应用

新型核酸分子荧光探针——分子信标的原理及应用分子信标(molecular beacon)是一种具有发夹结构的新型荧光标记核酸探针,具有高灵敏度、高特异型,其在聚合酶链反应(PCR)、核酸序列的分析、活细胞内核酸的动态检测、蛋白质(酶)与核酸的相互作用等方面具有广泛的应用。
分子信标的结构分子信标的结构一般包括三个部分:环状区、信标茎干区、荧光基团和猝灭基团。
荧光基团一般联接在信标分子的5 端;猝灭基团联接在3’端。
分子信标中常用4—(4’—二甲基氨基偶氮苯基)苯甲酸(DABCYL)作为猝灭基团,德克萨斯红(TexasRed)、荧光素(Fluoresein)等作为荧光基团。
分子信标的原理:自由状态时的分子信标呈发夹结构,此时由于荧光基团与猝灭基团靠得很近,荧光被猝灭;当与靶序列结合后,分子信标的空间构型发生改变,信标茎杆互补区被拉开,荧光分子和猝灭分子距离增大,荧光恢复。
分子信标通常都是修饰一个单一的发光基团。
在一个均相体系中,通过杂交后荧光信号的变化,一种分子信标即可检测一种靶序列。
为了实现在一个均相体系中同时检测多种靶序列的目的,可将不同的分子信标修饰以不同的荧光基团。
分子信标的应用:分子信标技术以其操作简单、灵敏度高、特异性强、可对核酸进行实时定量测定、甚至可以用于活体分析等特点不仅在生物学研究中有着广泛的应用,而且在疾病基因检测与诊断等生物医学基础和临床研究中也将充当重要的角色。
近来,人们通过改变经典分子信标的结构,设计出许多新型的分子信标,如用ssDNA链做环、用RNA-DNA双链做茎的RNA-DNA嵌合型分子信标,用PNA链代替ssDNA形成的PNA分子信标等。
新型分子信标的出现为分子信标的进一步应用拓宽了领域。
1核酸检测分析分子信标用于核酸检测分析体现在几个方面:实时定量PCR测定靶标的浓度,基因的点突变、SNP(单碱基多态性)、等位基因、多组份同时测定,活体内核酸的动态检测,等。
与常规核酸检测方法相比,分子信标用于核酸检测具有如下特点:a 可以进行液相杂交检测:常规核酸检测方法主要为固相杂交,要把未结合的探针和引物分离后才能利用其他信号对靶核酸进行检测;分子信标可以直接加入核酸扩增体系进行检测,检测方法可以直接在紫外灯下或借助荧光光谱仪进行定量检测。
荧光探针的应用与进展课件

环境监测
污染物检测
荧光探针可以用于检测水体、土 壤等环境中的有害物质,如重金 属、有机污染物等,为环境污染 治理和生态保护提供技术支持。
生物毒性测试
荧光探针可以用来评估化学物质 对生物体的毒性作用,通过观察 荧光信号的变化,快速、准确地
评估环境中有害物质的风险。
生态研究
利用荧光探针标记生物个体或种 群,通过观察荧光信号的分布和 动态变化,研究生物在生态系统
开发适用于环境监测和食品安全检测的荧光探针,保障人类健康和 生态安全。
加强荧光探针的基础研究与人才培养
基础研究投入
加大对荧光探针基础研究的投入 ,支持科研团队开展创新性研究 ,推动荧光探针技术的持续发展 。
人才培养与交流
加强荧光探针领域的人才培养和 学术交流,鼓励跨学科合作与交 流,促进荧光探针技术的普及和 应用。
荧光探针与其他技术的结合应用
总结词
荧光探针与其他技术的结合应用是荧光探针领域的重 要发展方向,通过将荧光探针与其他技术相结合,可 以实现更高效、更准确的检测和诊断。
详细描述
随着各种技术的不断发展,研究者们将荧光探针与其 他技术相结合,如光学成像技术、质谱技术、纳米技 术等。这些技术的结合可以充分发挥各自的优势,提 高荧光探针的应用范围和效果。例如,将荧光探针与 光学成像技术相结合,可以实现生物体内的高清成像 和可视化检测;将荧光探针与质谱技术相结合,可以 实现蛋白质组学和代谢组学的高灵敏度检测。
荧光探针的分类
总结词
荧光探针可以根据激发波长、发射波长、荧光染料类型等进 行分类。
详细描述
根据激发波长,荧光探针可以分为紫外激发和可见光激发两 类;根据发射波长,可以分为长波长发射和短波长发射两类 ;根据荧光染料类型,可以分为荧光染料、荧光量子点、荧 光蛋白等类型。
荧光探针研究新进展

《生物工程进展》2000,Vol.20,No.2荧光探针研究新进展章晓波 徐 洵(国家海洋局第三海洋研究所,厦门 361005)摘要 自从Southern(1975)首次进行DNA探针杂交后,至今核酸分子杂交已成为分子生物学的最基本方法。
Matthews和Kricka[1]总结了各种杂交方法,将其归为两大类:一是异相杂交(hetero2 geneous assay)即固相杂交,目的核酸结合于不溶性支持物上;二是同相杂交(homogeneous assay)即液相杂交,一般同时使用两个探针。
为了检测杂交,寡核苷酸探针需要标记,探针的标记物有放射性同位素和非放射性标记物。
固相杂交常使用放射性同位素,荧光素是一种非放射性标记物,它能检测到的DNA浓度比吸收减色测定方法所需DNA浓度低100-1000倍[2],在同相杂交中广泛用于探针的标记。
最近,荧光探针研究获得了新的进展,Tyagi和Krammer(1996)建立了一种新的荧光探针-分子信标探针,并得到许多应用,我们实验室也开展了这方面的研究。
本文拟对荧光探针的研究进展作一综述。
关键词 荧光探针 分子信标探针 荧光PCR1 常规荧光探针固相杂交中,探针非特异结合于支持物表面,降低了灵敏度。
Heller等(1982)以及Heller和Morri2 son(1985)[3]最早进行了同相杂交试验,同相杂交不需支持物,减少了固定目的DNA及除去未杂交探针等操作。
他们的试验中使用了两个探针,这两个探针分别与目标DNA的两个相邻区域互补,第1探针在3′末端标记,第2探针在5′末端标记,根据标记物的光谱特性,使第1标记物为第2标记物的能量供体。
当探针与目标DNA杂交时,二探针彼此靠近,光吸收或化学反应激发供体标记物,通过能量转移引起受体标记物的激发,这样,第1标记物发射光的减少以及(或)第2标记物发射光的增加标志着目标DNA的存在。
后来Morris on等[3]扩展了这一方法,他们使用的两个探针互补且相应于目标DNA上同一碱基序列,一个探针在5′末端标记荧光素,另一互补探针在3′末端标记荧光素发射的淬灭剂芘丁酸(pyrenebutyrate)或磺基若丹明101(sulforhodamine101)。
荧光探针的研究及应用

荧光探针的研究及应用随着科技的不断发展,荧光探针逐渐成为生命科学研究领域中不可缺少的重要工具。
荧光探针是一种能够发射出荧光信号的分子,在分子生物学、生物医学和化学生物学等领域中有着广泛的应用。
它们可以被用来研究细胞内的分子相互作用、识别生物分子、分析细胞功能,并可以在体内用作活体成像和药物筛选的工具。
本文将简要介绍荧光探针的基本原理、常见的荧光探针类型和其在生物学研究中的应用。
一、荧光探针的基本原理荧光探针的基本原理是荧光共振能量转移(FRET),其通过将荧光分子与生物分子(生物样品)耦合,使两者之间发生相互作用,从而产生能量转移。
FRET 能量转移是从能量接受者的激发态到另一个分子的荧光染料的发射态的一种非辐射性能量转移。
在FRET中,激发荧光染料的光子会被共振耦合到另一个染料的激发态,从而使其发出荧光光子。
这样,在激发荧光染料的时候,可以用荧光染料的荧光光子来检测另一个染料的存在和位置。
荧光探针对于荧光光子的发射特征和其它的生化参数是很敏感的,所以它们可以被用来探测各种细胞和分子。
二、常见的荧光探针类型1. 荧光染料:荧光染料是最常见的荧光探针类型之一,它们有着广泛的应用,可以被用来标记蛋白质、核酸等生物分子。
常见的荧光染料包括荧光素、草铵膦、偶氮染料等。
2. 荧光蛋白:荧光蛋白是一种具有自发荧光性质的蛋白质,其最早源自于水母Aequorea victoria。
荧光蛋白可以用来跟踪胞内或胞外的重要过程,如蛋白质、核酸合成、信号传递等。
3. 量子点:量子点是一种半导体纳米粒子,具有窄的发射光谱、强的光稳定性和较大的荧光量子产率。
这些特点使得量子点成为新一代高亮度及高灵敏度的荧光探针。
三、荧光探针在生物学研究中的应用荧光探针广泛地应用于细胞内信息传递、化学生物学、生物传感、药物筛选和临床诊断等方面。
以下为举几个常见的案例:1. 细胞内信息传递:荧光探针可被用于研究细胞内信号转导、磷酸化和蛋白质相互作用等过程。
分子信标及其应用研究进展

测 到荧 光 。当然在 高 p 高 温 、N 损 伤 等 H 号 增 强 , 也 就 决 这 定 了分 子 信 标 的 多 用 途 ( 2) 图 。
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杂交
兜 墓 团
押 火 基 团
图 2 分 子信 标 的作 用机 制
射法 注入活 体 细胞 , 用分 子信标 制成 脂 质 或 体使 之摄 人细 胞 , 然后 用激 光 共 聚 焦显 微 镜 或 荧 光 显 微 镜 观 察 实 验 结 果 表 明 , 验 组 实 细胞 的荧 光 强 度 明显 高 于 对 照 组 细 胞 。 如 果 利 用 P A设 计 出相 应 的 波 长 转 移 分 子信 标 , N 将大 大减少 细胞 的 自发荧 光 和核 酸酶 降解分 子信 标 引起 的 荧 光 , 荧 光 含 量 更 能 准 确 地 使 反 映活体 R A的代谢 。 N
酸进 暂 定性 、 量舟 析 , 能币 于 多秆 D A一 白质 、 N D A损 伤 试 剂 之 扭 互 作 等 的研 究。 定 还 N 蛋 D A— N
关键 词 :分 干 信 标 ; 酸 探 针 ; 时 ; 光 共 振 核 宴 荧
能 量 转 移
与摔 灭 分 子 非 常 接 近 ( 7~1 m) 可 发 生 0n 即 荧 光 共 振 能 量 转 移 ( urse c Y oale l f oecne tsnl : c eeg rnfr F T) 此 时 , 光 分 子 发 出 nryt s ,RE , a e 荧 的荧光被 猝 灭 分 子吸 收 并 以热 的 形 式散 发 ,
团 如 DA C L 图 1 。 B Y ( )
荧光探针的应用与进展PPT课件

Analytical Chemistry(Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826)
荧光探针的应用进展
Analytical Chemistry(Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826)
荧光探针的应用进展
结论 利用所合成制备的两种不同的Polymer-Py/γ-CD主客体复合物, 实现了对四种不同蛋白样品的特异性识别检测。不同的聚合物链与不 同的蛋白的结合常数不同,因而所构建的聚合物基质荧光探针对蛋白 具有良好的选择性。而通过调节聚合物链的长度,还可进一步调节蛋 白识别检测的灵敏度和选择性。 这个方法不但制备简单、普适性强,而且具有较高的荧光检测灵敏度 和较强的蛋白识别选择性,为构建新型聚合物基质的主客体复合物荧 光探针的制备及蛋白识别分析提供了新的研究思路。
Analytical Chemistry(Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826)
荧光探针的应用进展
Simultaneous Near-Infrared and Two-Photon In Vivo Imaging of H2O2 Using a Ratiometric Fluorescent Probe based on the Unique Oxidative Rearrangement of Oxonium 利用比率荧光探针实现在体内对H2O2的近红外和双光子成像
给电子取代基如:-NH2,-NR2,OH,-OR和-CN。 吸电子取代基如:-C = O,COOH,-CHO,-NO2和-
外因
溶液的PH值、温度 激发光源的选择 溶剂的性质如极性、介 电常数 染料分子间相互作用等
荧光探针的选择原则
(1)荧光的定性或定量 定性一般选择单波长激发探针,定量最好选择双波长激发的比率探针 (2)荧光探针的特异性和毒性 (3)荧光探针的适用PH (4)激发波长与发射波长 斯托克斯位移 (5)荧光强度与荧光寿命 (6)光稳定性、漂白性 (7)荧光量子产率
核酸适配体分子信标探针在肿瘤研究中的应用进展

分子信标是一种特殊设计的具有茎-环(loopstem)结构的寡核苷酸探针,其中环部是目标识别 区,通常由 25~35 个碱基组成;茎部由 5~8 个碱基 互 补 序 列 组 成 ,荧 光 基 团 和 淬 灭 基 团 分 别 共 价 的 连接在茎部的两个末端。当目标分子不存在时, 两 侧 碱 基 配 对 形 成 双 螺 旋 ,使 分 子 信 标 呈 发 夹 型 结构,继而使分别修饰在 5'末端的荧光基团和 3'末 端 的 淬 灭 基 团 相 互 接 近 ,二 者 之 间 发 生 能 量 转 移 (直 接 能 量 转 移 或 者 荧 光 共 振 能 量 转 移),荧 光 几 乎 被 淬 灭 。 当 目 标 存 在 时 ,分 子 信 标 的 环 部 与 目
良好的应用前景。但核酸适配体的应用研究仍处于初级阶段,还有许多问题需要解决,为解决这些问题,进一步
拓展核酸适配体分子信标在生命科学领域,特别是肿瘤领域的应用,需要科学工作者不断的努力和突破。同时
随着核酸适配体的发展,越来越多与不同靶点特异性结合的核酸适配体将被筛选出来,并被应用于生命科学研
究领域。本文主要对以核酸适配体为基础的分子信标探针在肿瘤研究中的应用进展进行综述。
3 核酸适配体分子信标探针的设计
核酸适配体分子信标是将核酸适配体和分子 信 标 结 合 起 来 的 一 种 新 型 分 子 信 标 ,其 在 分 子 信
△ 基 金 项 目 :国 家 自 然 科 学 基 金(81502703) # 通 信 作 者(corresponding author),邮 箱 :wmli@结合的寡核苷酸序
列,具有靶点范围广、相对分子质量小、化学稳定性高、易于合成和修饰等优点。分子信标是一种具有特殊发夹
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蛋白 ( 66O ) 的相互作用, 开辟了利用分子信标核酸探针来 分子信标注射入细胞质后的袋鼠肾细胞荧光图 研究二者相互作用的新方法。他们研究了分子信标和 66O 结合 的 摩 尔 比 和 结 合 常 数, 对 于 66O 的 检 出 限 可 达
[ B] 术相结合进行相关检测的报道: 如对沙门氏杆菌的半自动快速检测 , 对牛奶和果汁中大肠杆菌 C@>D : [ D, F] [ "] [ @G ] ED 的检测 , 细菌人工染色体克隆的检定 , * 染色体的精确测定 , 对人体肺癌细胞中骨形成蛋白 [ @@ ] [ @, ] [ @! ] 受体 2?-’ 的识别检测 , 对 EHI$@ 的定量分析 , 以及对结核杆菌的检测 等。
"$$"($)(!* 收稿; "$$"(!!("* 接受 HI 代表荧光基团 ( 96D96E6-FE K58494DM496 ) ;NI 代表猝灭基团 ( 96D96E6-FE O86-7M69) 。
更稳定的碱基对氢键连接, 分子信标发生构型的变化, 干部分被打开, 从而使荧光基团远离猝灭基团, 荧
# J )" 基因变异的检测
[ @# ] 传统的基因变异检测方法通常都很费时、 费力, 需要很多重复的移液、 离心、 培养、 分离等步骤 。 [ @> , @B ] 基于分子信标基础上建立的快速检测方法的应用 使研究人员从这种繁琐的工作中解脱出来, 在很
大程度上提高了检测的效率和分析灵敏度。人们通过分子信标探针进行基因变异的快速检测, 从而研
( #%$二甲基胺基苯基) 偶氮苯甲酸 ( &’()*+) 可作为分子信标通用的猝灭基团, 它对多种发射光谱不同
[ ,] 。因此, 直接的能量转移可能是一种主要的荧光能量转移机制。 的荧光基团都有很好的猝灭作用
!" 分子信标的表面固定
最初设计的分子信标只能在均相溶液中检测靶分子, 因而极大地限制了它在生物医学及 &-’ 生物
评述与进展
!" 引" " 言
[ !, "] !’’) 年, +,-.,/ 0/,12 等 设计了一种可以特异识别核酸序列的新型荧光探针, 这种荧光探针通
74- ) 。分子信标因其具有背景信号低, 灵敏度高、 特异性识别性强、 操作简单以及不必与未反应的探针
[ & ; &% ] 分离即可实时检测等优点, 在短短的几年内得到了迅速的发展 , 并已广泛地应用于实时监测聚合 [ < ; != ] [ !* > "& ] [ &! , &" ] 、 基因突变的快速分析 、 ?@A、 B@A 的检测、 ?@A C B@A 杂交的动力学研究 以及 酶链反应 [ && ; &) ] ?@A C 蛋白质相互作用研究 等, 其应用领域仍在不断拓展。
#" 分子信标的原理
[ !] 分子信标是一种由寡聚核酸形成的发夹型分子 ( 图 !) 。它包括一个环 ( 544D ) (干 ( EF6G ) 结构, 其
中环由与靶分子互补的核酸碱基序列组成, 一般有 !* ; "$ 个碱基; 干为两列互补的碱基序列, 一般是 * ; < 个碱基对。分子信标之所以能通过构象改变而 发荧光是基于它内在的环(干结构和荧光标记特征: 在分子信标中, 荧光基团共价地连接在其干部分的 一个末端, 猝灭基团也靠共价键连接在干部分的另 一末端。分子信标未与靶分子结合时, 由于干部分 # 图 !# 分子信标工作原理 两列互补碱基对之间的氢键连接, 使得荧光基团与 H21I ! # J92-72D56 4K 4D69,F24- 4K , G456785,9 L6,74猝灭基团距离很近, 荧光基团将能量转移给猝灭基 ( 3:) 团而发生荧光猝灭; 当分子信标与序列互补的靶分 子结合时, 环与靶序列杂交而形成了比干部分更长 光基团产生的荧光得到恢复。 分子信标这一荧光信号传导机制是基于荧光能量转移基础上的。可能有两种能量转移的形式存 在: 直接的能量转移和荧光共振能量转移。当荧光基团和猝灭基团距离很近时, 由于两个基团分子相互 碰撞可产生直接的能量转移。当两个基团的距离在 ! ; !$ -G, 且能量给体 ( 荧光基团) 的发射光谱与能
[ @, ,] 分子信标非常适合于在 5)? 过程中监测 &-’ 的增长情况 。可以将分子信标简单地密封在
5)? 管中, 在每个循环的退火 ( /00:/4A01) 阶段通过荧光信号的大小监测反应的进行程度。在退火温度 下, 分子信标与扩增产物结合产生荧光, 未结合的分子信标不发荧光, 这样荧光信号随着反应循环的增 加而增强, 从而反映出 5)? 过程中扩增产物浓度的增加。由于加有分子信标的 5)? 管在整个反应中 是密封的, 因此可避免污染, 且操作简单易行, 检测灵敏度高。现在已有大量将分子信标探针与 5)? 技
究。亚甲四氢叶酸还原酶 ( MNE.?) 的某些基因的变异和许多心血管疾病以及神经管缺陷疾病的发病
[ @D O @" ] 有关。结核分支杆菌的抗药性是防治结核病的难题, 几个研究小组 分别利用对变异基因的检测研
究了结核杆菌对利福平的抗药性。研究发现, 主要是由于细菌 9<3( 蛋白的一个 F@ 个碱基区域中某些 基因变异而产生了抗药性。其他研究还包括研究甘氨酸三甲内盐$同型半胱氨酸甲基转移酶的变异而
过与核酸靶分子进行杂交后发生构象的变化而发出荧光, 他们将其命名为分子信标 ( 3456785,9 :6,(
第> 期
江雅新等: 一种新型荧光探针— — —分子信标的研究及应用进展
S SBB"
[ !" ] 量受体 ( 猝灭基团) 的吸收光谱有较大程度的重叠时, 则可发生荧光共振能量转移 。由于已发现 #$
[ >] 基团连接到一个 )56 ( 73089344:; <39: 14/==) 球上的方法也可以实现分子信标在 )56 上的固定 。固定
分子信标的方法为分子信标生物传感器及分子信标生物芯片的研究奠定了基础, 也使分子信标更广泛 地应用于生物体系。
#" 分子信标在生物分子检测中的应用
#$ %" 实时监测聚合酶链反应 ( &’()
[ ,D ] +AR 等 将生物素化的 &-’ 分子信标固定在光纤表面, 制成了渐消逝波激发的 &-’ 分子信标生物传
A5 A <W
分析化学
第 4+ 卷
感器。然而, 由于所使用的光纤比较大 ( !! 级) , 其检测的灵敏度受到影响。后来, 采用光纤针尖端固 定分子信标直接激发, 获得了更为灵敏、 微型化 ( !! 及 "#$%!! 级) 的 &’( 分子信标生物传感器。利用 获得的光纤针尖图像, 可以监测杂交的动力学过程。用这种灵敏的传感器制 增强型电感耦合器 ( )**&)
[ ,G ] [ ,@ ] 引起的高同型半胱氨酸症 、 线粒体 &-’ 变异引起的一些线粒体疾病 、 恶性疟原虫中 P@GF- 点的 [ ,, ] 变异 等方面, 从而使分子信标在疾病诊断和医学研究等方面具有广泛的应用。
# J !" 分子信标生物传感器 &-’ Q ?-’ 的分析在分子生物学、 基因学及药物学研究中都具有重要的地位, 基于 &-’ 杂交基础
子信标, 对单个活细胞中的 /’( 进行了检测, 并利用 )**& 成像系统得到了一系列反应分子信标与 /’( 结合的荧光图像 ( 图 +) 。这些结果表明, 利用分子信标可以有效地实时检测活细胞中的 /’( 及 研究 /’( @ &’( 的杂交过程。 ! . &" ’$%(蛋白质相互作用研究 两类重要的生物大分子%&’( 和蛋白质的相互作用控 制着许多生物过程。因此, 对二者相互作用的研究, 是目前 分子生物学和生物技术研究中非常重要并迅速发展的领 域。由于目前所用分析方法的限制, 人们还尚未完全了解 &’( 和蛋白质相互作用的细节及其对整个生物体系的作 用, 将分子信标应用于这一领域的研究, 可使人们的认识更 加深入。
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[ ,! O ,B ] 上的核酸生物传感器是在这个领域中发展非常迅速的主要技术 。这些传感器都是用固定的 &-’ [ ,! , ,# ] 探针来进行核酸的特异性结合与识别。荧光检测技术的应用使 &-’ 传感器的灵敏度得到提高 ,
但是由于需要对被检测靶分子进行标记等限制, 使得它难以对一些杂交体系进行动力学的实时监测。
第 &" 卷 "$$= 年 * 月
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分析化学( HP@QR STAQTP) # 评述与进展 UM2-6E6 V489-,5 4K A-,5/ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ27,5 UM6G2EF9/
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