基于香豆素的金属离子探针综述
基于香豆素的金属离子探针
赵伟良1
（云南师范大学昆明650000）
摘要：香豆素衍生物是自然界中广泛存在的一类重要天然杂环化合物。该类化合物除具有独特生物活性外，还具有优异的光学特性，其基本结构苯并毗喃是没有荧光的无色物质，但如果在7位上引入给电子基团，3或4位上引入吸电子基团后，形成推一拉电子体系，便得到强荧光物质。香豆素类荧光化合物具有荧光量子产率高、Stokes位移大、光稳定性好等诸多优点，设计合成新型香豆素类荧光化合物具有重要意义。本论文综述了香豆素类荧光分子探针识别机理，包括光诱导电子转移PET、分子内电荷转移ICT、激基缔合物和荧光共振能量转移FRET。总结了香豆素类荧光试剂的研究进展，包括香豆素类阳离子荧光分子探针、香豆素类阴离子荧光分子探针和香豆素类中性分子荧光分子探针，并提出了自己的一些想法。
关键词：香豆素荧光金属离子化学传感器
Based on the metal ion microprobe coumarin
Zhao Weiliang1
(Yunnan normal university kunming 650000)
Abstract：As an important group of organic heterocycles, coumarin derivatives are found to possess versatile biological activities. Besides, they have unique photochemical and photophysical properties. Coumarin is a kind of none fluorescent substance, while coumarins with an electron-donating substituent in position 7 .along with an electron withdrawing or electron delocalizing substituent in position 3 are known to exhibit particularly strong fluorescence. There are so many advantages of coumarin derivatives such as high fluorescence quantum yields二large Stokes shifts and good Dhotostabilitv, so design and synthesis of novel coumarin derivatives with fluorescent are very important.This paper summarized coumarin kind of fluorescent molecular recognition mechanism probe, including photoinduced electron transfer PET, intra-molecular charge transfer (ICT, stimulating and associating content and fluorescence resonance energy transfer FRET. Summary of the fluorescent reagents coumarin research, including some cation coumarin fluorescent molecular probe,coumarin anionic fluorescent molecule of probe and coumarin neutral molecules of fluorescent molecular probe, and puts forward some of his own ideas.
Keywords: coumarin fluorescence Metal ions Chemical sensors
分子识别就是主体(或受体)对客体(或底物)选择性结合并产生某种特定功能的过程，是组装及组装功能的基础[1]。分子识别是自然界生物进行信息存储、复制和传递的基础，例如基因、酶和生物膜的功能都是基于分子识别的原理得以实现的。分子识别具有高度的专一性，其关键是要研究清楚超分子体系中分子间弱相互作用是如何协同、加和，之后又是怎样产生方向性和选择性的。它包含两方面的内容:一是分子间几何形状与尺寸的相互识别;二是分子间弱相互作用(如范德华力、氢键、静电相互作用、疏水相互作用等)的识别[3,4]。但是分子识别作为分子之间发生的事件只发生在微观世界，研究者需要借助一定的技术手段(如核磁共振、圆二色谱等)才能感知分子识别事件的发生。随着分析化学的发展，光学传感器以其高灵敏度、准确度和选择性等得到广泛的应用，其中以荧光分析技术发展最为迅速。为了使该类事件所包含的信息简单而有效地向外界传递，人们可以利用巧妙设计的分子器件所发出的
光学信号来表达这种信息。分子荧光作为传感信号具有以下优点:可达到单分子检测的高灵敏性、可开关、可实现人与分子的通讯、对亚微粒具有可视的亚纳米空间分辨并且是亚毫秒时间分辨的[5,6]。所以荧光分子识别(fluorescent molecular recognition)具有其独特的优越性。
荧光分子探针是分子识别和荧光技术结合的成就，通过特定的受体实现对目标的结合，将分子结合信息转变为易于检测的荧光信号，从而实现在单分子水平上的原位实时检测。它通常由三部分组成:受体、连接臂和荧光团，这三个部分分工明确，各司其职，其中受体和荧光团通过共价连接或者独立的连接臂连接[7,8]。评价一个荧光分子探针的性能主要从两个方面:分子识别的灵敏度和选择性、荧光信号的实时原位性，而这两方面是由受体、荧光信号传递机制和荧光团本身的性质决定的。受体和荧光团分别代表着微观和宏观，也是目前研究最广和最为成熟的两部分。近年来随着超分子化学和主客体化学突飞猛进的发展，针对不同底物如阳离子、阴离子和小分子等，其识别性能更是日新月异。受体研究的积祟大大的丰富了荧光探针分子的衍生，荧光探针研究者可以方便的将性能优良的识别功能团直接或改造后引入到白己的体系中。传递机制则是连接微观与宏观之间的桥梁，直接决定着信号的性能，从而影响到整个识别事件的表达。基于传递机制的研究依然很不成熟，需要有更多具有普遍性、可供使用的新的传递机制的出现[9]。
1.荧光团
荧光分子探针的最基本组成部分是荧光团，荧光团必须含有共扼大二键，共辘二键达到一定程度才会发射出荧光，如-CH=CH-)n {n>2)，苯、蔡、葱、对苯二酿、苯并杂环以及含有咕吨酮基团等，当然也与分子结构的其他因素有关。共扼体系越大，二电子越容易激发，荧光越易产生，荧光发射峰越向长波移动，多数情况下荧光量子产率增加，荧光强度大的有机化合物绝大多数含有芳香环或芳香杂环。
同时对于具有强荧光的有机化合物来讲，仅具有大的共扼体系还不够，分子的共扼体系必须具备共平面性和一定程度的刚性。
2.识别基团
识别基团即(受体)是为实现对识别目标的选择性结合而设计合成的结构单元，它决定了荧光分子探针和被识别客体结合的灵敏度和选择性。影响受体识别各种客体的因素主要有:受体空穴的大小、空穴的形状、配位数、配体种类等[11-13]。一般根据这些因素来设计恰当的识别单元。荧光分子探针中常用的识别基团有冠醚、开链聚醚、多乙烯多胺、多轰甲基胺、环糊精、杯芳烃、多肤等。
3.荧光分子探针识别机理
依据荧光团与受体的连接方式以及荧光信号的类型对荧光探针进行分类，包含光诱导电子转移((Photoinduced Electron Transfer)、分子内电荷转移ICT(Intramolecular ChargeTransfer)、激基缔合物({Excimer/Exciplex)、荧光共振能量转移(Fluorescence Resonance Energy Transfer)等。
3.1光诱导电子转移PET (photoinduced electron transfer)[16,17]
在各种阳离子荧光分子探针中，利用PET原理设计的荧光分子探针最为常见。通常PET 荧光分子探针体系是由荧光团((fluorophore)、具有客体结合位点的受体((receptor)和连接臂(spacer)组成，荧光团和受体通过烷基链的连接臂连接在一起。其中荧光团的功能是光吸收和荧光信号的发射并且它的发射强度与识别基团的结合状态相关;识别基团的功能是结合客体并将结合信息传递给荧光团;这两部分被连接基团相连成一个分子并且使识别信息有效地转化为荧光强度变化。基于PET机理的荧光开关作用原理如图1-1所示。在PET荧光分子
探针中，识别基团与荧光团之间的识别信息与荧光信号之间的转化是靠光诱导电子转移完成的。PET荧光分子探针的具体工作过程如下:具有电子给予能力的识别基团能够将其处于最高占有轨道担OMO)电子转入激发态荧光团因电子激发而空出的HOMO，使被光激发的电子无法直接跃迁回原基态轨道发射荧光，导致荧光团的荧光淬灭;然而，当识别基团与客体结合后，氧化电位升高，降低了识别基团的给电子能力，受体的HOMO在能量上低于荧光团的HOMO，上述PET过程被减弱或不再发生，使荧光团的荧光得到恢复。囚此在未结合客体之前，探针分子不发射荧光，或荧光很弱。一旦受体与客体相结合，荧光团就会发射出强荧光。由于与客体结合前后，荧光强度差别很大，呈明显的“关”，“开”状态，这类探针又被称为荧光分子开关。
图1-1 PET荧光开关示意图
化合物6[18]是第一个识别客体氢离子的探针，N被质子化后，阻断了PET过程，使得荧光增强。在此基础上开发了一系列烷基苯胺类氢离子探针，化合物7[19]和8 [20]是这一类典型探针。
3.2分子内电荷转移ICT (intramolecular charge transfer)
典型的ICT荧光探针分子是由荧光团与识别基团直接相连构成的，这类探针的荧光团上分别连有推电子基(电子给体)和吸电子基(电子受体)，构成一个强的推拉电子体系，并且推电子基或吸电子基团本身又充当识别基团或识别基团的一部分。该分子被光子激发后会进一步增加从电子给体向电子受体的电荷转移。当识别基团与客体结合时，会对荧光团的推一拉电子作用产生影响(减弱或强化电荷转移)，从而导致荧光光谱的变化，主要是光谱蓝移或红移。一般情况下，ICT荧光探针对荧光强度的影响不像PET荧光探针那样显著。
阳离子型ICT探针在结合底物后荧光光谱的波长变化如图1-2所示。
图1-2 阳离子对荧光探针吸收及发射波长的影响
化合物13是一个典型的用于分子细胞内Ca2+识别的荧光探针[25]。当Ca2+与受体结合后，由于金属离子的拉电子效应，降低了N原子的供电子能力，因此发生荧光蓝移，且荧光增强。识别基团为电子接受体的ICT荧光探针如化合物14，在探针分子处于未结合状态时，二甲氨基和氮杂冠醚部分均为电子给体;当冠醚与碱土金属Ca2+结合后，拉电子能力增强，使探针转化成推一拉电子体系，荧光发生红移[26]
3.3激基缔合物(excimer/exciplex)
当两个相同的多环芳烃类荧光团连接到一个受体分子的合适位置时，其中一个被激发的荧光团(单体)会和另一个处于基态的荧光团形成分子内激基缔合物。它的发射光谱不同于单体，表现为一个新的、强而宽、长波、无精细结构发射峰。由于形成这种激基缔合物需要激发态分子与基态分子达到“碰撞”距离3.5A以内，因此荧光团间的距离是激基缔合物形成和破坏的关键。所以利用各种分子间作用力改变两个荧光团之间的距离，如用结合客体前后单体/激基缔合物的荧光光谱变化表达客体被识别的信息。蔡、花、葱等荧光团由于具有较长的激发单线态寿命，易形成激基缔合物，常常被用于此类探针中。
化合物15是两个葱通过柔性醚链连接的，当Ca2+与醚链络合后，两个葱环被拉近，产生激基缔合物，使得单体葱的荧光减弱，出现一个新的激基缔合物的荧光峰[28]。化合物16
是两个花通过柔性链相连接，Hg2十对酞胺的脱氢作用使得两个花的方位被扭转，激基缔合物荧光下降[29]
3.4荧光共振能量转移FRET {fluorescence resonance energy transfer)
如果两个以上不同的荧光团彼此之间的位置合适，同时其中一个发色团(Energy Donor)的荧光发射光谱和另一个发色团(Energy Acceptor)的吸收光谱交盖，当Donor被激发以后就会和Acceptor形成电子能量转移，其荧光发射光谱特征表现为Donor的特征峰减弱或者消失，代之而起的是Acceptor的发射峰。如化合物17和Cu2+离子形成复合物后，两个发色团之间的距离被缩短，从而发生了从Donor到Acceptor的电子能量转移，荧光发射光谱表现出的只是Acceptor的荧光[30]。
4.香豆素类荧光试剂的研究进展
香豆素类化合物作为一类重要的有机试剂，在荧光染料方面有极其广泛的应用。由于香豆素类荧光团具有荧光量子产率高，Stokes位移大，光稳定性好等优点，近年来被应用于荧光分子探针设计中。
4.1香豆素类阳离子荧光分子探针
冠醚分子由于具有对介质的两亲性和选择性与金属离子的配位性能，是客-主识别中最主要的受体。1993年Ualeur[32]小组设计了化合物18，由于冠醚具有柔性，两个香豆素分子相互靠近导致主体荧光自淬灭，当18与Ba2十或K+与氮杂冠醚络合时，两个香豆素的碳基位于离子的两侧使得自淬灭被禁阻而荧光增强。
2001年Li等合成了化合物29，当络合碱金属时表现出荧光增强，络合碱土金属时伴随着荧光增强光谱向红移，这是由于香豆素的内脂碳基参与了碱土金属离子的络合[40]。之后Gawley和Leblanc等合成了化合物30和31，研究了它们对Na+, K+的识别作用[4l]。2002年Chen等合成了高选择性的Pb2十荧光探针32，它与Pb2+形成了2:2的络合物，由于ICT和与金属络合后产生的构型限制作用引起荧光光谱荧光40倍增强，紫外吸收光谱红移15 nm o 32在竞争离子过量50倍时，对Pb2+的荧光测定也没有干扰[42]
近年来基于Schiff Base和踪类的探针成为大家关注的热点，2007年Wang等合成了Zn2+探针58，由于Zn2十的络合阻止了C=N键的顺反异构，实现了荧光由关到开的过程[62]。之
后他们又合成了一种Hg2十的比色探针59。当络合Hg2+后紫外吸收红移约75 nm,颜色由黄色变成红色[63]
4.2香豆素类阴离子荧光分子探针
阴离子在生命过程，环境变迁中发挥着重要的作用，因此，发展阴离子荧光探针成为化学家们研究的热点[64-66],2002年Kikuchi[67]等设计了一种适合在中性水溶液里进行检测的阴离子探针60，当阴离子存在时，它将取代香豆素上的氨基与Cd2+形成的配位形成新的配位进而引起荧光信号的变化。60可以有效识别焦磷酸根和柠檬酸根，对氟离子、高氯酸根离子没有响应;同时它对A TP ,ADP也具有很强的检测信号，还可以实时监测水解环核昔酸的磷酸二酷酶的活性。
2008年，Kim和Hong等设计了一种CN荧光化学计量探针(chemodosimeter) 65，当CN 亲核进攻香豆素的甲酞基后，由于氢键作用香豆素酚轻基的质子迅速转移而形成酚氧负离子，产生很强的荧光限]0
4.3香豆素类中性分子荧光分子探针
中性分子最明显的特征是缺乏足够的电荷变化，所以设计中性分子的荧光探针更具难度，传统的这类探针主客体之间常常通过范德华力或者氢键等弱相互作用力来进行识别[73]。近年来，通过中性分子与探针分子之间的化学反应来改变系统的荧光逐渐为化学家所关注。
1995年Shinkai小组利用硼酸与糖分子的相互作用合成了糖分子荧光探针“。香豆素的氨基与硼酸部分存在弱的分子内相互作用，当糖分子与硼酸部分相互作用时，硼原子与香豆素的氨基氮原子形成较强的作用，使得荧光淬灭的同时红移，经过测试发现在50%的乙醇
水溶液中果糖荧光光谱红移最大[74]
2005年Imato等设计了化合物69，当H202将二苯基腾氧化后，由二苯基胰向香豆素部分的PET过程被阻止使得荧光恢复而增强[75]
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检测锌离子的荧光探针
检测锌离子的荧光探针 姓名：徐英学号：51007008 专业：应用化学 摘要：锌是人体必需的微量元素之一，是维持机体正常生长发育、新陈代谢的重要物质。锌的过量与不足都会导致人体代谢异常，产生疾病，因此，Zn2+含量的测定在临床、医药、食品、环境监测及科研中都有极其重要的意义。本文简要综述了测定细胞内游离锌离子荧光探针物质的化学规律、性质和优缺点。 关键词：Zn2+、荧光探针、定量检测 1、前言 在自然界元素的丰度顺序中，锌排在第25位，在地壳中的平均含量波动于0.004-0.02%之间。锌是位于元素周期表第II副族的过渡金属元素，具有3d104s2的价电子结构，通常只失去s电子而成+2氧化态。Zn2+的原子半径较小，且因其带两个正电荷，所以它对电子的亲和力很高，是一个强的质子受体[1]。 1940 年Eggleton首先提出人类需要锌[2]。Prasad和Sandstead 等研究明确了锌是人类必需的微量元素[3]。Zn2+是人体内第二富集的过渡金属，广泛分布于人体内部。 据研究表明，锌在许多生理、生化过程中发挥着极为重要的作用，例如:锌离子是组成三百多种生物酶活性催化中心的重要金属离子之一；它可作为金属蛋白酶的结构因子或转录因子；可以和许多调控酶相互作用，作为第二信使触发或阻断诸如细胞凋亡等重要生理过程；具有调控大量离子通道的能力，参与神经传导的过程；同时，锌离子在中枢神经系统（CNS）中还扮演着非常重要的角色。新近研究还表明，锌离子的浓度大小与多种疾病的发生紧密相关[4]。 缺锌对机体有重要影响: 一是对生长发育和组织再生的影响；二是对性器官和性功能的影响；三是锌依赖酶(含锌酶)的活性降低；四是缺锌可使胰岛素降解加剧，引起血中胰岛素水平下降及对葡萄糖利用率减少，葡萄糖耐量下降；五是缺锌可引起血液内视黄醇结合蛋白的浓度降低，影响组织对维生素A 的利用，使人的暗适应能力下降，还有对皮肤及味觉等的影响[5]。虽然缺锌给人体带来了极大的伤害，但是人体内锌含量的超标也会造成同样大的伤害，如：补锌过量会使人的免疫力下降；可诱发人体的铜缺乏；过量补锌可降低机体内血液、肾和肝内的铁含量，出现小细胞低色素性贫血，红细胞生存期缩短，肝脏及心脏中超氧化物歧化酶等酶活性下降 (6) 因此，若能实时跟踪、监测生物体中的锌离子，就有可能使人们在细胞层次或者组织层次上进行锌离子的生理、生化行为的研究。这对揭开生物体系中锌离子与生物体内许多重要生理、生化功能之间的关系之谜具有极其重要的科学价值。 自1987年第一个锌离子荧光探针(TsQ)诞生以来，陆续研制开发了几种锌离子荧光探针，如Zinquin，Zinpyr-l，ACF-l，ACF-2，NewportGreen等。人类利用这种方便快捷的方式检测Zn2+，为研究生物体内Zn2+的功能和性质以及它的结合方式，探索锌在生物体中的作用做出了卓越的贡献[7]。但在测定生物活体内的游离Zn2+的浓度方面仍存在一定的困难。 2、荧光离子探针识别机理及影响因素 在锌离子的荧光检测中，最关键的是荧光选择性配体的设计。目前报道的荧光选择性配体的基本结构可分为:荧光发色团—间质—识别基团三部分(如图1所示) [4]，其设计大多基于光致电荷迁移(PCT)和电子迁移(PET)两种荧光机理。也有将两种机理结合起来设计的荧光配体。但无论基于何种机理，荧光配体中的荧光发色团和识别基团的选择均极为重要。
荧光比率探针及其应用研究进展
７ 前 言 荧光比率技术是荧光分析中的一项重要技术。该技术在生物染色剂中，可被紫外线或蓝紫光（短波长光）激发而发射荧光的染料，称为荧光染料（荧光色素）。可被长波长光激发，这些荧光色素常称为荧光探针。荧光探针通常用于固定组织和细胞的染色，以及或活细胞中的应用， 此外还包括应用于体内荧光探针。 分子荧光探针按用途分类包括离子探针、极性探针、粘度探针、ＰＨ值探针、膜荧光探针、细胞活性探针、细胞器探针、位点特异性荧光探针等等。探针通过与分析物（如生命金属离子）进行结合后，引起荧光特性发生变化，通过测定荧光的激发波长、发射波长、荧光强度、峰位、荧光寿命、荧光量子产率和各向异性等，获得相关信息。 荧光方法测定中，荧光探针在与反应物结合后，出现激发或发射光谱移位的探针，可使用在两个不同波长测定的荧光强度比率进行测定，称为比率测量。因为通过二个选择性的波长的荧光强度变化可作为定量的依据， 通常指在波长范围内有荧光强度明显的变化。同普通荧光探针相比，比率测量探针可以被分为两部分。 一种是荧光比率效果是通过原来荧光谱的迁移。通常，这些迁移的背景是荧光探针激发态的电子转移。它被激发通过改变发色团同周围分子或原子交互作用的能量改变（溶剂化显色迁移），同外部电场的交互作用（电致显色迁移）和在发色团中的双电弛豫（双电弛豫迁移）。 另外一种结合探针，荧光谱包括２个或更多的谱带。通常，是这些谱带相对强度的改变，激发态同荧光探针发色团反应。这些反应在不连续的能量状态。 荧光比率探针及其应用研究进展 杨柳＊ ，郭成海，张国胜 （防化研究院第四研究所，北京 １０２２０５） 摘要 本文介绍了荧光比率探针，包括阳离子探针、阴离子探针、ｐＨ值探针、极性探针、氧化性和分子的比率测量探针的应用及近几年的研究进展。关键词 荧光分析，比率测量 ＊作者简介：杨柳（１９７５－），男，助理研究员，博士研究生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｌｉｕｊｉｎｊｉｎ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 所以在初始和产物状态都随着能量转移而发射荧光。 荧光比率测定法可消除光漂白和探针负载和留存及设备因素（照明稳定性）引起的数据的失真。如阴离子探针可通过有机离子载体从细胞排除，如ＡＭ酯可被Ｐ糖蛋白多药载体排出荧光比率测定法可减少探针渗漏对实验结果的影响。探针与离子结合后，出现激发或发射光谱移位的探针可使用在两个不同波长测定的荧光强度比率校准，可克服由于离子浓度的变化而造成的荧光信号人工假象。 Ｂｒｉｇｈｔ等（１９８９）发现比率测量减少或消除几种决定因素的变化对测量荧光强度的影响，包括探针浓度、激发光的光路长度、激发强度、和检测效率。消除的人工假象包括光漂白、探针渗漏、细胞厚度、探针在细胞内（区室化作用引起）或不同细胞群之间（负载效率差异造成）的不均匀分布。 比率测量探针已经应用于不同的测量领域：离子探针（阳离子探针Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋，Ｚｎ２＋，Ａｇ＋等）阴离子探针（Ｃｌ－，ＣＮ－，Ｆ－等），膜探针、活性氧和一氧化氮探针，极性探针、ＰＨ值探针等等。 １应用比率测量的阳离子探针： 各种各样的阳离子在生命活动中起重要的作用， 如构成细胞和生物体某些结构的重要成分，参与并调节生物体的代谢活动等，荧光方法通常用来测定阳离子在生物体不同组织的含量和分布。阳离子比率测量探针也在不断发展。 １．１ Ｃａ２＋检测的比率测量探针： 探针与Ｃａ２＋结合后出现光谱移位的探针可进行比率测量。主要包括：Ｆｕｒａ－２、双－ Ｆｕｒａ－２、Ｆｕｒａ－４Ｆ、Ｆｕｒａ－５Ｆ、Ｆｕｒａ－６Ｆ、 ｉｎｄｏ－１、ｉｎｄｏ－５Ｆ、ｍａｇ－Ｆｕｒａ－２
2017肿瘤检测相关公司汇总
厦门艾德 K-ras ；BRAF ；PIK3CA ；NPM1； 突变检测或多态性检测；荧光定量/毛细管电泳 EGFR ；EML4-ALK 有无医疗器械证 江苏为真 EGFR ;KRAS ;EML4-ALK ;KRAS ;BRAF ;PI3K ;C-kit ;P DGFRA Taqman-ARMS qPCR-HRM ERCC1; BRAC1; TUBB3; BRAC1; STMN1; RRM1; RRM1; EGFR 荧光定量PCR CYP19A1；UGT1A1；CYP2D6；MTHFR ；DPD ；ERCC1；GSTP1； XRCC1 荧光定量PCR+高分辨率熔点曲线 分析（HRM ） EML4-ALK 融合基因检测试剂盒 通过RT-PCR 方法检测EML4-ALK 的多种融合突变 武汉友芝友 人类EGFR 基因29种突变检测试剂盒（PCR-荧光探针法） 采用ARMS-PCR 荧 光定量技术 人类KRAS 基因7种突变检测试剂盒（PCR-荧光探针法） 采用ARMS-PCR 荧 光定量技术 人类BRAF V600E 突变检测试剂盒（PCR-荧光探针法） 采用ARMS-PCR 荧光定量技术 北京雅康博 人EGFR 基因突变检测试剂盒（荧光PCR 法） 采用荧光PCR 技术 人KRAS 基因突变检测试剂盒（荧光PCR 法） 采用荧光PCR 技术 人PIK3CA 基因突变检测试剂盒（荧光PCR 法） 人EML4-ALK 融合基因检测试剂盒（荧光PCR 法） 人VEGF 基因表达量检测试剂盒（荧光PCR 法） 人RRM1基因表达量检测试剂盒（荧光PCR 法） 人ERCC1基因表达量检测试剂盒（荧光PCR 法）
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PCR 1 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)。无目标DNA 时,两探针结合,荧光素的能量转移至淬灭剂,不产生荧光。存在目标DNA时,探针与目标DNA之间竞争杂交,由于探针与目标DNA的结合,在494-496nm 光照下,产生荧光,目标DNA浓度越高,荧光信号越强,最低可检测到4pM的目标DNA,此方法得到一些应用[2,4,5]。Cardullo等[4]在应用Morris on方法的同时,提出在两个互补探针的5′末端分别标记荧光素和四甲若丹明(T etramethylrhodamine),因为荧光共振能量转移(fluorescence res onance energy trans ferr FRET)的效率随供体和受体之间距离的-6次方而减少,当两者相距20个核苷酸(70!)即产生不明显的能量转移,因此此方法中所使用的探针长度较短,特异性降低。 2 分子信标探针 同相杂交一般同时采用两个标记探针,Tyagi 和Kramer(1996)[6]首次建立了分子信标探针(molecular beacon probe),在同一寡核苷酸探针的5′末端标记荧光素、3′末端标记淬灭剂(DABCY L)。分子信标探针能形成发夹结构,探针的噜扑环与目的DNA碱基互补,噜扑环两侧为与目的DNA无关的碱基互补的臂。无目的DNA时,探针形成发夹结构,荧光素靠近淬灭剂,荧光素接受的能量通过共振能量转移至淬灭剂,DABCY L吸收能量后以热量形式消失,结果不产生荧光。当探针遇到目的DNA 分子时,形成一个比两臂杂交更长也更稳定的杂交,探针自发进行构型变化,便两臂分开,荧光素和淬灭剂随之分开,此时在紫外照射下,荧光素产生荧光。 影响分子信标探针构型变化的参数主要有[6]:臂长、臂序列GC含量、噜扑环长度和溶液盐浓度,尤其是二价阳离子如Mg2+对两臂形成的杂交茎有较强的稳定作用,在Mg2+存在条件下,4～12个核 41
荧光探针汇总
1.Fluo-3 AM （钙离子荧光探针） 原理Fluo-3 AM是一种可以穿透细胞膜的荧光染料。Fluo-3 AM的荧光非常弱，进入细胞后可以被细胞内的酯酶剪切形成Fluo-3，从而被滞留在细胞内，和细胞内游离 的钙离子结合，结合钙离子后可以产生较强的荧光。 生理意义细胞内钙离子增多是细胞损伤的结果，因此此探针能表征细胞损伤程度 激发波长506nm 发射波长526nm （绿色） 备注推荐使用 2.Mag-fura-2 AM（钙离子荧光探针） 原理Fura-2 AM是一种可以穿透细胞膜的荧光染料。Fura-2 AM进入细胞后可以被细胞内的酯酶剪切形成Fura-2，从而被滞留在细胞内。Fura-2可以和钙离子结合，结合 钙离子后在330-350nm激发光下可以产生较强的荧光，而在380nm激发光下则会 导致荧光减弱。这样就可以使用340nm和380nm这两个荧光的比值来检测细胞内 的钙离子浓度，可以消除不同细胞样品间荧光探针装载效率的差异，荧光探针的渗 漏，细胞厚度差异等一些误差因素。 生理意义细胞内钙离子增多是细胞损伤的结果，因此此探针能表征细胞损伤程度 激发波长为340nm和380nm 发射波长510nm （蓝色） 备注仪器滤光片不适用 3Fluo-4-AM （钙离子荧光探针） 原理Fluo 4 是一种将Fluo 3结构中的Cl替换成F的钙荧光探针。由于将Cl替换成了电子吸引力更强的F，它的最大激发波长会向短波长处偏离10 nm左右。所以用氩 激光器激发时，Fluo 4的荧光强度比Fluo 3强1倍。由于Fluo 4与钙离子的亲和力 和Fluo 3近似，所以使用上和Fluo 3也基本相同 生理意义细胞内钙离子增多是细胞损伤的结果，因此此探针能表征细胞损伤程度 激发波长494nm 发射波长516nm （绿色） 备注用激光器激发时荧光强度强，因此不推荐 4.DCFH-DA （活性氧荧光探针） 原理DCFH-DA本身没有荧光，可以自由穿过细胞膜，进入细胞内后，被细胞内的酯酶水解生成DCFH。而DCFH不能通透细胞膜，从而使探针很容易被装载到细胞内。细胞内的活性氧可以氧化无荧光的DCFH生成有荧光的DCF。 生理意义检测细胞内活性氧表征细胞损伤程度 激发波长485nm 发射波长520nm （绿色） 备注推荐使用 5.DHR 123 （活性氧荧光探针） 原理本身无荧光, 在超氧化酶存在时可被过氧化氢(H2O2)氧化, 转变成发射绿色荧光的罗丹明123 (Rhodamine 123), 因此广泛应用于检测细胞内活性氧(ROS), 如过氧化物, 次氯酸和过氧亚硝基阴离子等。 生理意义检测细胞内活性氧表征细胞损伤程度 激发波长507nm 发射波长529nm （绿色） 备注氧化后成罗丹明123，荧光强度可能受到线粒体膜电位的影响 6.RhodamineI23 （线粒体膜电位荧光探针） 原理细胞膜通透的阴离子绿色荧光染料, 能够迅速被活线粒体摄取, 而无细胞毒性。 生理意义标记线粒体膜电位 激发波长488nm 发射波长515 ~ 575nm （绿色） 生理意义检测线粒体膜电位
【CN110128395A】一种用于水中金属离子含量检测的荧光探针及其应用【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910236424.0 (22)申请日 2019.03.25 (71)申请人 天津农学院 地址 300384 天津市西青区津静路22号天 津农学院 (72)发明人 刘大颖 尹鑫 何华瑞 王钰婷 郭静 邓欣欣 (51)Int.Cl. C07D 311/80(2006.01) C09K 11/06(2006.01) G01N 21/64(2006.01) (54)发明名称 一种用于水中金属离子含量检测的荧光探 针及其应用 (57)摘要 本发明公开了一种用于水中金属离子含量 检测的荧光探针，所述化合物以N -乙酸基苯胺作 为金属离子络合体，在其分子中引入罗丹明荧光 基团，生成金属离子特别是锌离子的荧光指示 剂。本发明的化合物还可以应用于细胞原位成 像。能够适用于各种环境中的金属离子浓度的连 续检测， 尤其是水中对锌离子浓度的连续测定。权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 110128395 A 2019.08.16 C N 110128395 A
1.一种用于水中金属离子含量检测的荧光探针，所述化合物包含取代或未取代的N -乙酸基苯胺作为金属离子络合体，并在其分子的对位引入罗丹明荧光基团。 2.根据权利要求1所述的有机化合物， 其特征在于所述化合物具有如下结构式： 3.权利要求1至2中任一项所述的荧光探针在水中金属离子含量检测中的应用。 4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于所述金属离子选自重金属锌离子。 5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于所述检测为荧光检测，连续检测。 6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于所述检测可应用于细胞荧光成像检测。 权 利 要 求 书1/1页2CN 110128395 A
应用化学毕业论文开题报告-新型铜离子荧光探针的合成及性质研究
毕业设计(论文) 开题报告 题目新型铜离子荧光探针的合成及性质研究 学院化学与化工学院 专业及班级应用化学1101班 姓名王彩花 学号1115020104 指导教师李侃社、李锦、闫兰英、牛红梅、康洁、朱雪丹、陈创前、章结兵日期2015年03月27日
西安科技大学毕业设计(论文)开题报告
1.3 铜离子荧光探针 1.3.1发展背景及研究意义 随社会科技的发展铜元素作为生物体内所必需的一种微量重金属元素和必需的营养素在各个领域受到了广泛的关注，其在细胞中的含量仅次于锌和铁，在各种有机体的基本生理过程中发挥着重要作用，铜离子在生物体内的含量很小，但铜缺乏可导致生长和代谢的紊乱，铜离子的含量过多同样也会对生物体产生巨大的毒害作用。体内的铜离子代谢平衡受到破坏会导致神经退行性疾病的发生，例如缅克斯综合症、威尔森氏综合症、家族性肌萎缩症和阿尔茨海默氏症等疾病。因此，寻求一种快速灵敏简便的铜离子检测方法在生物研究和医学诊断中具有重要的意义。金属离子与生命科学、环境科学、医学等领域有着密不可分的联系，对其识别和检测是化学、生物学、临床生物学及环境学众多研究领域的热点课题。目前，检测Cu2+已知的主要方法有原子吸收光谱法、原子发射光谱法、电化学法、荧光光谱法等。其中荧光法因检出限低、操作简单和高选择性，已得到了广泛的关注。 它是一类能特异性识别目标分子并适合直接检测或带有可检测标记物的高效探测试剂,随着21世纪生命科学的迅猛发展，在揭示和了解生命的奥秘、疾病的诊断与治疗、环境监测等重要科学研究领域，对光学探针技术提出了大量崭新的课题，目前主要集中在蛋白质、核酸和多肤等生物大分子分析，生物药物分析，超痕量和超微量生物活性物质分析等。由于二价铜离子是d轨道结构顺磁性离子，对荧光具有较强的猝灭性，大多数报道的铜离子荧光分子探针都是猝灭型的，在探针识别客体时荧光猝灭不利于高通量信号输出，所以开发高灵敏、高选择性的荧光增强型铜离子荧光分子探针具有重要意义。在近几年中，文献报道了多种基于不同检测机理的铜离子荧光探针，基于化学反应机理的铜离子荧光探针引起了人们的极大关注。和其他方法相比，荧光探针具有高选择性、灵敏度、实时监控、方法简便、取量少等优点，现已被广泛应用于环境监测、水质和土壤分析、临床化验、海洋考察、工业流程控制以及地质、冶金、农业、食品和药物分析等领域。所以努力研究设计并合成出具有更高选择性和检测灵敏度的新型铜离子荧光探针对社会的发展有着极其重要的意义。 1.3.2国内外的研究现状 1997年，Czafinik等首次利用该机理设计合成了罗丹明B酰肼探针(图1），该探针可以选择性识别铜离子，其原理是基于铜离子催化罗丹明B酰肼水解生成强荧光的罗丹明B分子。 图1 2006年，Zeng等报道了一种高度选择性的Cu2+荧光探针，该探针采用硫冠醚结构作为探针的识别基团而荧光基。团则为BODIPY染料。由于PET作用，探针本身的荧光强度十分微弱，
荧光探针汇总
精心整理 1. Fluo-3AM （钙离子荧光探针） 原理Fluo-3AM 是一种可以穿透细胞膜的荧光染料。Fluo-3AM 的荧光非常弱，进入细胞后可以 被细胞内的酯酶剪切形成Fluo-3，从而被滞留在细胞内，和细胞内游离的钙离子结合，结合钙离子后可以产生较强的荧光。 生理意义细胞内钙离子增多是细胞损伤的结果，因此此探针能表征细胞损伤程度 激发波长506nm 发射波长526nm （绿色） 备注推荐使用 2. Mag-fura-2AM （钙离子荧光探针） 原理Fura-2AM 是一种可以穿透细胞膜的荧光染料。Fura-2 AM 进入细胞后可以被细胞内的酯 3 4. 成5. 原理本身无荧光,在超氧化酶存在时可被过氧化氢(H2O2)氧化,转变成发射绿色荧光的罗丹明 123(Rhodamine123),因此广泛应用于检测细胞内活性氧(ROS),如过氧化物,次氯酸和过氧亚硝基阴离子等。 生理意义检测细胞内活性氧表征细胞损伤程度 激发波长507nm 发射波长529nm （绿色） 备注氧化后成罗丹明123，荧光强度可能受到线粒体膜电位的影响 6. RhodamineI23（线粒体膜电位荧光探针） 原理细胞膜通透的阴离子绿色荧光染料,能够迅速被活线粒体摄取,而无细胞毒性。 生理意义标记线粒体膜电位 激发波长488nm 发射波长515~575nm （绿色） 生理意义检测线粒体膜电位
备注正在使用 7.Hoechst33342（DNA荧光探针） 原理Hoechst33342是一种可对DNA染色的细胞核染色试剂，常用于细胞凋亡检测。Hoechst 染料可透过细胞膜在聚AT序列的富集区域的小沟处与DNA结合并对DNA染色而发出强 烈的蓝色荧光。 生理意义标记双链DNA 激发波长355nm发射波长465nm（蓝色） 备注正在使用 8.FDA 原理FDA可透过细胞膜并作为荧光素积蓄在活细胞内。 生理意义反映细胞膜完整性和细胞活力 9.PI（ 倍。 10.EB 11.DAPI 20 12.CalceinAM 原理Calcein-AM由于在Calcein(钙黄绿素)的基础上加强了疏水性，因此能够轻易穿透活细胞膜。当其进入到细胞质后，酯酶会将其水解为Calcein(钙黄绿素)留在细胞内,发出强绿色 荧光，且细胞毒性很低，适合用于活细胞染色。 生理意义检测细胞膜完整性 激发波长494nm发射波长517nm（绿色） 备注跟FDA功能类似，细胞毒性很低，可以长时间标记细胞，但价格比较贵 13.BCECF-AM(pH荧光探针) 原理BCECF-AM是一种可以穿透细胞膜的荧光染料，BCECF-AM没有荧光，进入细胞后被细胞内的酯酶水解成BCECF，从而被滞留在细胞内。BCECF在适当的pH值情况下可以被激发 形成绿色荧光。 生理意义检测细胞内pH
荧光探针设计原理
荧光化学传感器是建立在光谱化学和化学波导与量测技术基础上的将分析对象的化学信息以荧光信号表达的传感装置。其主要组成部件有三个(图1．1)：1．识别结合基团(R )，能选择性地与被分析物结合，并使传感器所处的化学环境发生改变。这种结合可以通过配位键，氢键等作用实现。2．信号报告基团(发色团, F )，把识别基团与被分析物结合引起的化学环境变化转变为容易观察到的输出信号。信号报告基团起到了信息传输的作用，它把分子水平上发生的化学信息转换成能够为人感知(颜色变化)或仪器检测的信号(荧光等)。3．连接基团(S )，将信号报告基团和识别结合基团连接起来，根据设计的不同连接基团可有多种选择，一般用做连接基团的是亚甲基等短链烷基。连接基团的合适与否将直接影响是否有输出信号的产生。信号表达可以是荧光的增强或减弱、光谱的移动、荧光寿命的变化等。 图 荧光探针的结构 1.1.1 荧光探针的一般设计原理 (1) 结合型荧光探针[21] + Analyte Signalling subunit Space Binding subunit Output signal 图 共价连接型荧光探针
结合型荧光探针是利用化学共价键将识别基团和荧光基团连接起来的一类荧光探针，是比较常见的一类荧光探针。该类探针通过对比加入分析物前后荧光强度的变化、光谱位置的移动或荧光寿命的改变等实现对分析物的检测。在该类荧光化学传感器的设计中，必须充分考虑下列三个方面的因素。(a) 受体分子的荧光基团设计、合成：考虑到用于复杂环境体系的荧光检测，要求荧光基团要有强的荧光（高荧光量子产率，有利于提高检测的灵敏性），Stokes 位移要大（可有效消除常规荧光化合物如荧光素等具有的自猝灭现象），荧光发射最好要在长波长区（最好位于500 nm 以上，可避免复杂体系的常位于短波长区的背景荧光的干扰，另外由于长波长区发射的荧光能量的降低可减少荧光漂白现象的发生而延长传感器的使用寿命）。(b) 受体分子的识别基团：受体分子的识别基团设计以软硬酸碱理论、配位作用以及超分子作用力（如氢键、范德华力等）作为理论指导，多选择含氮、硫、磷杂环化合物作为识别分子。(c) 荧光超分子受体的组装：组装荧光超分子受体就是利用一个连接基将识别基团和荧光基团通过共价键连接在一起，要充分考虑到识别基团和荧光基团之间能通过连接基进行信号传递，对识别对象的识别信息（如荧光的增强或减弱、光谱的移动、荧光寿命的变化等）可以及时传递出去。
SNP检测方法汇总
现在SNP的常用检测方法主要有：Taqman法、质谱法、芯片法、测序法。Taqman法：准确性高，适合于大样本、少位点，价格比较贵；质谱法：准确性高，适合于大样本、多位点（能检测25个位点）；芯片法：准确性较低，适合于超多位点分析；测序法：非常准确，但是价格也非常的高，但是对于少样本、超多位点还是非常好的选择。 SNP检测方法汇总 分析SNP的方法有许多种，本文收集目前还在用的方法，按通量从高到低排列： 全基因组测序 这是最贵的方法，但也是看SNP最全的方法 大概一个人样本，花2万元 外显子组测序 外显子组测序，也可以得到较全面的SNP信息 大概一个人样本，花1.5万元 随着人全基因组测序的价格降到2万元左右，外显子组测序会很快退出市场 全基因组SNP芯片 原理，核酸杂交，荧光扫描
Illumina和Affymetrix都有很著名的全基因组SNP芯片，例如： Affymetrix: CytoScan，SNP 6.0， Illumina: 660，中华，450K等 SNP芯片，在2000~5000元每样本，还是比全基因组测序的2万元一个样本的价格要低质谱法 原理，精确测量PCR产物的分子量，就可以知道SNP位点上是A/C/G/T中的哪一个Sequenome MassArray法测中等通量的SNP位点是十分准确的 单个位点、单个样本的费用约2元人民币 无需预制芯片、预订荧光探针,只要合成常规的PCR引物就可以做实验了 如果测几十个点，到上百个点，是很方便的方法 SNPseq法 此方法为天昊公司所创，一次测几百个位点 原理： 用Goldgate法做出针对某些位点的多重PCR片段
荧光定量pcr法原理汇总
我们前面比较详细地介绍了荧光染料法做定量PCR的有关技术和产品，显然，作为定量PCR的初期阶段的荧光染料法还是有局限性的，比如，由于染料不能区分特异性PCR产物和引物二聚体等非特异产物，也不能区分不同探针，所以检测的特异性始终不如后来出现的探针法；需要在PCR后进行熔链曲线分析；也不能做多重PCR检测（Multiplex）。 上个世纪90年代原美国Perkin Elmer( PE)公司开发出了Taqman荧光探针定量技术，将定量PCR带入了更广阔的应用空间。Taqman探针法的出现是定量PCR技术的重要里程碑，之后在此基础上发展出了杂交探针法，以及荧光引物法，是对探针法的不断改进和简化。如果希望全面掌握定量PCR技术的研究人员就不能错过这些定量检测技术。 要提到荧光探针或者荧光引物，有一个基础概念需要首先明确，那就是荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer, FRET)：一对合适的荧光物质可以构成一个能量供体 (donor) 和能量受体 (acceptor) 对, 其中供体的发射光谱与受体的吸收光谱重叠，当它们在空间上相互接近到一定距离(1—10 nm)时，激发供体而产生的荧光能量正好被附近的受体吸收，使得供体发射的荧光强度衰减，受体荧光分子的荧光强度增强。能量传递的效率和供体的发射光谱与受体的吸收光谱的重叠程度、供体与受体的跃迁偶极的相对取向、供体与受体之间的距离等有关。定量PCR所涉及的荧光探针和荧光引物的检测都这个FRET原理相关。 实时荧光PCR中另一个很重要的概念，即Ct值.C代表循环(Cycle)，T代表阈值(Threshold).Ct值是指每个反应管内的荧光信号到达设定的阈值时所经历的循环数.。一般取PCR反应的前15个循环的荧光信号作为荧光本底信号，荧光阈值的缺省设置是3-15个循环的荧光信号的标准偏差的10倍。研究表明，每个模板的Ct值与该模板的起始拷贝数的对数存在线性关系，起始拷贝数越多，Ct值越小。利用已知起始拷贝数的标准品可做出标准曲线.因此，只要获得未知样品的Ct值，即可从标准曲线上计算出该样品的起始拷贝数。 一：水解探针法 TaqMan技术
Fluo-3 AM_钙离子荧光探针_
Fluo-3 AM (钙离子荧光探针) 产品简介： Fluo-3 AM是最常用的检测细胞内钙离子浓度的荧光探针之一。分子式为C51H50Cl2N2O23，分子量为1129.85。 Fluo-3和Fura-2相比，其优点是：一方面可以被氩离子激光(argon-ion laser)的488nm激发光激发，便于检测；另一方面，Fluo-3和钙离子结合后荧光变化更强，即对钙离子浓度变化的检测更加灵敏；同时，Fluo-3和钙离子的结合能力较弱，这样可以比Fura-2检测到细胞内更高浓度的钙离子水平；此外，对于细胞内的钙离子的即时变化反应得更加准确，减小了因为和钙离子解离速度慢而导致的荧光变化滞后。 本Fluo-3 AM (钙离子荧光探针) 是配制于无水DMSO (anhydrous DMSO)中的储存液，浓度为5mM。 Fluo-3 AM是一种可以穿透细胞膜的荧光染料。Fluo-3 AM的荧光非常弱，其荧光不会随钙离子浓度升高而增强。 Fluo-3 AM进入细胞后可以被细胞内的酯酶剪切形成Fluo-3，从而被滞留在细胞内。Fluo-3可以和钙离子结合，结合钙离子后可以产生较强的荧光，最大激发波长为506nm，最大发射波长为526nm。实际检测时推荐使用的激发波长为488nm左右，发射波长为525-530nm。Fluo-3的激发光谱和发射光谱参考下图。 用于细胞内钙离子检测时，Fluo-3 AM的常用浓度为0.5-5μM。通常用含有0.5-5μM的Fluo-3 AM的适当溶液和细胞一起在20-37℃孵育15-60分钟进行荧光探针装载，随后适当洗涤，洗涤后可以考虑适当再孵育20-30分钟以确保Fluo-3 AM在细胞内完全转变成Fluo-3。 保存条件： -20℃避光保存，6个月有效。 注意事项： 本Fluo-3 AM在4℃、冰浴等较低温度情况下会凝固而粘在离心管管底、管壁或管盖内，可以20-25℃水浴温育片刻至全部融解后使用。 荧光染料均存在淬灭问题，请尽量注意避光，以减缓荧光淬灭。 为了您的安全和健康，请穿实验服并戴一次性手套操作。 使用本产品的文献： 1. Li H, Wang L, Ye L, Mao Y, Xie X, Xia C, Chen J, Lu Z, Song J. Influence of Pseudomonas aeruginosa quorum sensing signal molecule N-(3-oxododecanoyl) homoserine lactone on mast cells.
有机荧光探针最新研究进展
有机荧光探针最新研究进展 徐绍彬 （化学化工学院，1081109001） 摘要荧光探针是是一种极好的生物分子传感器,具备灵敏度高反应时间迅速等特点。近年来,随着生命科学的不断发展,荧光探针已经在蛋白质、核酸、细胞检测及免疫分析等方面发挥了重要作用。随着荧光探针的合成及应用技术的不断改进,人们对有机荧光化合物的认识和研究也不断深入,有机荧光探针的发展前景将越来越广阔。本文对最近几年国内外有机荧光探针的研究情况做一综述。 关键词BODIPY 荧光探针染料 探针是一种能和某特异靶分子相互作用,实现对靶分子进行检测的分子,并要求相互作用后对被探测对象不产生或仅产生可忽略的干扰。荧光探针就是以荧光物质作为指示剂,并在一定波长光的激发下使指示剂产生荧光,通过检测所产生的荧光实现对被检测物质的定性或者定量分析。荧光分析方法灵敏度高,选择性好,试样量小,在分析化学,特别是在分子生物学、生物化学、医学等领域中有较广泛的应用。由于大多数生物分子本身无荧光或荧光较弱,检测灵敏度较差,人们用强荧光的标记试剂或荧光生成试剂对待测物进行标记或衍生,生成具有高荧光强度的共价或非共价结合的物质,使检出限大大降低,这就是荧光探针技术。 荧光探针可有多种分类方法:按荧光波长可分为发射在紫外可见区的荧光探针和近红外区的荧光探针。按荧光探针用途不同可分为荧光标记试剂(fluorescent) 和荧光生成试剂(nuorlgenic)。按荧光探针物质本身的性质又可分为有机(包括稀土金属有机配合物) 荧光探针、量子点荧光探针、高分子荧光探针等。近年来随着生命科学的日益发展，大量的各式各样荧光探针被合成出来，人们对荧光探针技术的认识和研究也不断的深入。目前常用于合成荧光探针的染料有BODIPY、菁染料、噻嗪与噁嗪类染料、呫吨类染料等。本文将讨论最近三、四年的有机荧光探针的发展情况，并重点对基于BODIPY的有机荧光探针的合成及应用进行概述。 1 BODIPY类 二氟化硼－2－二吡咯甲烷(BODIPY) 是一类重要的有机荧光染料，由于其分子结构易于改性，近十年来研究人员合成了一系列的BODIPY衍生物，并在荧光探针技术上得到应用。这类荧光染料具有荧光量子产率高、摩尔吸光系数大、稳定性好、对pH、溶液极性不敏感等优点，因而在金属离子检测、PH值测定、DNA的标记及测序等方面得到重要应用。 1.1基于BODIPY的金属离子荧光分子探针研究进展 设计一种检测生理过程重要金属离子的荧光探针是非常活跃的领域，对金属离子探针的研究早在20世纪七八十年代就已开始，己经报道的探针分子成百上千。BODIPY类金属离子荧光探针的研究也陆续见诸报道，不少研究人员利用BODIPY荧光染料合成形形色色的金属离子荧光分子探针，使它代替了许多早期的荧光染料而应用在生物和化学分析方面。 2008年，Serdar Atilgan 等人通过逐步法合成了一种高灵敏的锌离子荧光探针。这种新颖的双苯乙烯基取代的BODIPY衍生物结合锌离子以后，发射峰从730nm蓝移至680nm，因而可做为发射峰在近红外区域的水溶性荧光探针。
用于金属离子识别的新型荧光探针的合成及性能研究
用于金属离子识别的新型荧光探针的合成及性能研究 【摘要】：第一章：介绍了荧光分析法检测痕量金属离子的原理,综述了利用荧光分析法检测金属离子的研究进展。第二章：在蒽醌荧光团上修饰乙醇胺分子合成了用于铁离子识别检测的新的荧光探针。实验结果表明,在乙醇/水=4：1,pH7.20的条件下,Fe3+的加入使体系荧光猝灭,荧光强度和Fe3+浓度在4.0×10-5-3.0×10-4mol/L范围内呈线性关系,由此可以实现乙醇-水体系中对Fe3+离子的高选择性检测。检测限为 3.8×10-7mol/L。第三章：以吖啶为荧光团,亚氨基二乙酸为配体,合成了水溶性较好的吖啶荧光探针ATA,利用红外、核磁对其进行了结构表征。在中性的缓冲水溶液中,考察了金属离子对荧光离子体ATA荧光的影响。结果表明,在pH7.4(0.01MHEPES)的条件下,铜离子的加入使体系荧光猝灭,体系的荧光强度和Cu2+浓度在0.8-3μM的范围内呈线性关系(R2=0.9952),检测限为1.24×10-7M。由此可以实现水体系中对Cu2+的定量检测。实验结果表明荧光离子体和铜离子的结合比为1：1,结合常数为3.58×10-5M-1。第四章：以便宜易得的茜素氟蓝AC作为探针,建立了一种在水体系中识别检测铝离子的比色荧光传感检测方法。结果表明,在乙醇/水=4：1,pH4.6的条件下,AC与铝离子形成稳定的络合物,且络合铝离子后溶液发生了颜色的变化并伴随荧光发射峰的红移。从而可作为一种变色荧光探针用于弱酸性的乙醇-水溶液中铝离子的检测。检测限为 5.19×10-77mol/L。精密度为0.32%。实验结果表明AC和铝离子的结合比为1：2,结合常数为
荧光探针在蛋白质研究中的应用
第13卷 第3期1998年6月荧光探针在蛋白质研究中的应用 Ξ王守业 余华明 张祖德 刘清亮 (中国科技大学化学系 合肥230026) 大学化学 摘要 荧光探针技术是研究蛋白质在水溶液中构象的一种有效方法。利用它可以测定蛋白 质分子的疏水微区内两基团的距离以及酶与底物结合过程中蛋白质构象的变化等。本文综述了荧光探针技术在蛋白质研究中的一些进展。 一、 引言 荧光探针技术是利用物质的光物理和光化学特性,在分子量级上研究在溶液中蛋白质构象的一种方法。该方法的最大特点是具有高度的灵敏性和极宽的动态响应范围。荧光探针物质之所以可被用来研究蛋白质的构象,主要是因为其具有特殊的光物理性质,如在不同极性介质中有着不同的光谱特性(即不同的峰值波长),不同的荧光量子产率和荧光寿命等。因此,测定荧光探针物质和蛋白质分子结合后荧光峰波长、位移及量子产率的变化,就可探知其所处微环境的极性及其他有关性质。利用荧光探针技术研究蛋白质在溶液中的构象有两种方法:一种是测定蛋白质分子的自身荧光,即“内源荧光”,另一种是利用荧光探测剂,即“外源荧光”。若引人的荧光探测剂为有机分子,则该分子叫做有机荧光探针;若引入的荧光探测剂为稀土离 子(如铽(Ⅲ)、铕(Ⅲ )等),则该离子叫做稀土离子荧光探针。 二、 荧光探针的某些光物理和光化学特征 1. 有机荧光探针的某些特征 最常用的有机荧光探针物质有12苯胺基萘282磺酸(ANS ),22对甲胺萘262磺酸(2062TNS )和12N 0N 2二甲胺基萘252磺酸(1052DNS )(dansyl acid ),其结构如图1:θθSO -3 N θH θθSO -3N H θ H 3C θθS O O Cl N H 3C CH 3 1,82ANS 2,62TNS 1,52DNS 2Cl 图1 1082ANS,2062TNS 和1052DNS 2Cl 的结构 这些化合物在水溶液中基本不发荧光,量子产率低(低于0.1),但在非极性溶剂中,其量子产率大增,荧光峰蓝移,且能和许多蛋白质结合。这种探针分子溶液的荧光光谱因溶剂极 Ξ本文为国家自然科学基金资助项目。
新型铁离子荧光探针的研究进展
第２９卷第３期化一学一研一究Ｖｏｌ．２９一Ｎｏ．３２０１８年５月 ＣＨＥＭＩＣＡＬ一ＲＥＳＥＡＲＣＨ Ｍａｙ２０１８ 新型铁离子荧光探针的研究进展 李连庆?，罗一艺 （陕西学前师范学院化学与化工系，陕西西安７１０１００） 摘一要：由于重金属离子对人类健康起着重要作用，因而对痕量重金属离子的快速检测，是当前研究的热点问题．作为生物体内的重要元素，铁元素的缺少和过量都可能引起严重的人体机能障碍，因而能够对铁离子实现快速识别显得尤为重要．本文作者通过研究近年来报道的高选择性高灵敏度铁离子荧光探针，对Ｆｅ３＋的特异性识别及其实际应用的可能性进行总结，并对Ｆｅ３＋荧光探针未来的发展方向进行预测．关键词：荧光探针；铁离子；识别；进展中图分类号：Ｏ６５７．３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８－１０１１（２０１８）０３－０３２５－０６ ＲｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｎｏｖｅｌｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｓｅｎｓｏｒｆｏｒＦｅ３＋ ＬＩＬｉａｎｑｉｎｇ? ＬＵＯＹｉ ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＳｈａａｎｘｉＸｕｅｑｉａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｘｉ ａｎ７１０１００ Ｓｈａａｎｘｉ Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｓｈｅａｖｙｍｅｔａｌｉｏｎｓｐｌａｙａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｈｕｍａｎｈｅａｌｔｈ，ｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｒａｃｅｈｅａｖｙｍｅｔａｌｉｏｎｓｉｓａｈｏｔｉｓｓｕｅｉｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈ．Ａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｌｅｍｅｎｔｉｎｏｒｇａｎｉｓｍ，ｔｈｅｌａｃｋａｎｄｏｖｅｒｄｏｓｅｏｆｉｒｏｎｃａｎｃａｕｓｅｓｅｒｉｏｕｓｈｕｍａｎｄｙｓｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｓｏｉｔｉｓｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｆａｓｔｒｅｃｏｇ?ｎｉｔｉｏｎｏｆｉｒｏｎｉｏｎｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇｖａｒｉｏｕｓｋｉｎｄｓｏｆｆｌｕｏｒｅ?ｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｓｗｉｔｈｈｉｇｈｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｉｒｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｒｏｎｉｏｎｓｉｎｖａｒｉｏｕｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅ；ｉｒｏｎｉｏｎ；ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ；ｐｒｏｇｒｅｓｓ收稿日期：２０１７－１１－１７． 基金项目：陕西省工业公关课题（２０１６ＧＹ?２３２），陕西教育厅自然科 学专项（１７ＪＫ０１８１）． 作者简介：李连庆（１９７６－），男，教授，研究方向为荧光探针材料． ? 通讯联系人，Ｅ?ｍａｉｌ：ｌｉａｎｑｉｎｇｌｉ００８＠１６３．ｃｏｍ． 一一铁元素作为最基本的生物系统的痕量元素，在生命系统的正常运行和生长中发挥着不可或缺地作用，在人体细胞中，广泛地参与多种生命过程，如细胞内ＤＮＡ与ＲＮＡ的合成二细胞和氧在生命体内的代谢二质子转移二酶催化等．Ｆｅ３＋在生命系统中有着不可替代的重要性，它的缺少和过量都可能引起严重的人体机能障碍．因此，在临床二药物和环境等方面找到合适的Ｆｅ３＋ 定量检测方法一直都是科研工作者努力的方向．荧光探针是指其荧光性质（发射波长二强度和寿命等）可随着所处的环境（比如极性二黏度二温度和识别客体等）改变而灵敏地改变的一类荧光性分子，当探针分子与金属离子特异性结合后，由于各种原因，探针分子的光物理性质会发生变 化，通过各种检测方式检测到荧光信号的变化，从而检测到环境中金属离子的含量．荧光探针具有选择性好二灵敏度高二对设备依赖小二操作简单和检测限低等优点，而且能够与激光扫描荧光显微镜成像技术及荧光成像技术相结合，实现在活体水平上无损原位的检测，使得荧光探针被认为是最有前景的方法之一． １一罗丹明类铁离子荧光探针 罗丹明类染料具有荧光量子产率高二刚性平面结构较大二水溶性好二毒性小二最大发射波长位于可见光区等优点［１－４］．此外，罗丹明类结构有多个修饰位点，能够引入特定基团对分子性能进行改造，以增加其在水溶液中的溶解度，增强光稳定性和生物融合性，使荧光探针分子能够满足在各种环境下Ｆｅ３＋检测，提高荧光探针分子的检测选择性和灵敏度． ＱＩＮ等［５］将罗丹明衍生物与喹啉衍生物结合， 合成了探针１（图１）．当溶液中没有Ｆｅ３＋时，在波长 ＤＯＩ：１０．１４００２／ｊ．ｈｘｙａ．２０１８．０３．０１７｜化学研究，２０１８，２９（３）：３２５－３３０