汞离子游离于液体中，对环境污染严重，在水体样品中捕捉单个汞离子，有望以极高灵敏度实现汞离子精确测量，对于食品安全和环境评估意义重大；mRNA仅占细胞内RNA总量的2%~5%，但作为指导蛋白质生物合成的直接模板，作用极为重要，在单个活细胞中对mRNA实现示踪和量化分析，能够在单细胞层面深入研究RNA相关生物功能和代谢特性。

这些困难而有价值的科学问题，最近在南京农业大学动物医学院刘斐教授实验室中都得到了完美的解决：结合实验室建立的国内外领先的单分子技术平台，以及团队开发优化的单分子FRET技术、单分子荧光成像技术以及单分子传感技术，刘斐教授团队成功实现了单个汞离子以及单个活细胞水平mRNA的成像与分析，从而有望在超高灵敏检测以及单细胞分析等领域中获得重要应用。

基于胸腺嘧啶-汞离子-胸腺嘧啶结合原理，单分子荧光生物传感器可捕获单个汞离子并释放出荧光信号。此外，为了能够实际应用于农业/环境现场检测等领域，研究团队还开发了配套的便携式荧光显微成像设备作为单分子传感设备，不仅实现了单个汞离子荧光信号的采集，而且可以对单分子荧光信号进行分析并准确测量样品中的汞离子浓度。使用该单分子汞离子检测技术，30分钟内即可实现在单分子水平的汞离子超高灵敏检测，汞离子检出限仅为1 nM，明显低于国家卫健委规定的自来水汞离子含量上限（5 nM）。该成果以“On-site quantitative Hg2+measurements based on selective and sensitive fluorescence biosensor and miniaturized smartphone fluorescence microscope”为题，发表于著名学术期刊《Biosensors and Bioelectronics》（IF=9.518，中科院分区1区，Top期刊）。

为了在活细胞中对mRNA进行成像、示踪以及定量分析，刘斐教授团队设计了一种基于FRET quenching的特异性好、灵敏度高、抗核酸酶降解能力强的单分子RNA探针——比率分子信标（Ratiometric Molecular Beacon）。在此基础上，使用实验室优化并改进的单分子荧光成像平台，不仅实现了对于单个活细胞内mRNA的成像与示踪，而且通过分析比率分子信标提供的单分子荧光信号，准确测定了单个细胞内mRNA实时浓度变化。这项工作为研究RNA相关生物功能和代谢特性提供了重要的技术支撑。该成果以“Quantitative detection and real-time monitoring on intrinsic RNA in single live cell level using ratiometric molecular beacon”为题，发表于著名学术期刊《ACS Applied Materials &Interfaces》（IF=8.456，中科院分区1区，Top期刊）。

此外，刘斐教授团队还开发了基于太阳光的智能手机光谱仪，并实现了对于病毒的准确快速检测，该研究以“Sunlight based handheld smartphone spectrometer”为题同样发表于Biosensors andBioelectronics（IF=9.518，中科院分区1区，Top期刊），该小型化仪器有望在智能传感与检测、农业现场检测领域中得到广泛应用。

以上成果刘斐教授均为论文通讯作者，研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省自然科学基金、江苏高校重点学科建设基金等多个项目的支持。

自加入南京农业大学以来，刘斐教授创立了单分子纳米技术实验室，带领团队建立了国内外领先的单分子平台，开发优化了一系列前沿尖端的单分子技术，如单分子FRET技术、单分子荧光成像技术、单病毒示踪技术以及单分子传感技术等，开展了一系列前沿而富有价值的研究，并在解螺旋酶调控RNA代谢的分子机制、病毒与宿主相互作用的分子机制、新型食品安全与动物健康检测技术研究以及单分子荧光成像技术研究等方面取得了一系列进展，多项工作在ACS Applied Materials & Interfaces、Biosensors and Bioelectronics以及 Sensors and Actuators B:Chemical等Top期刊上发表。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.9b12394

https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.02.062

https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.111632