纳米荧光探针在生命科学中的应用
生物医学工程硕1052 李韬学号:311103715
摘要:纳米荧光探针(fluorescent probe)在化学传感、光学材料及生物检测和识别等领域得到了广泛的应用,并成为实现上述功能的一种主要的技术手段。但以传统的有机荧光染料为主的荧光探针在应用中也存在一些难以克服的缺陷。最近,无机发光量子点、荧光聚合物纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子等荧光纳米探针的相继出现,在一定程度上克服了传统有机荧光试剂的缺陷,为生物分析提供了新的发展领域,成为了近年来研究的热点。
关键字:纳米荧光探针、生物检测和识别、无机发光量子点
Abstract:Nano fluorescence probe is widely used in chemical sensing, optical materials and biological detection and identification field , and to realize the above functions as a primary technology. But in a traditional fluorescent primarily organic fluorescent probes in the application of some are difficult to overcome defects. Recently, inorganic light quantum dots, fluorescence polymer microspheres, nano composite fluorescence silica nanoparticles and fluorescence nanoprober have appeared in a certain extent, g served the defects of conventional organic fluorescence reagent, biological analysis to provide the new development area, become the focus of research in recent years.
Key words: Nano fluorescence probe, Biological detection and recognition, Inorganic glow ing dots
1、荧光纳米探针的分类
荧光纳米粒子是指与蛋白质或其他大分子结构非共价相互作用而使一种或几种荧光性质发生改变的小分子物质。可用于研究大分子物质的性质和行为。可以发荧光的半导体纳米微晶体(量子点)或将荧光团通过包埋、共价键连接以及超分子组装等方式引入有机或无机纳米粒子中,并让纳米粒子承担有机小分子荧光染料的检测、标记等功能。与传统的荧光染料相比,荧光纳米粒子具有更高的亮度和光稳定性,也能更加容易地实现水分散性和生物相容性。另外,随着纳米制备技术的进一步提高,对纳米粒子的尺度的精确控制及对粒子功能化手段的日臻完善,这在很大程度上使荧光纳米粒子满足了化学传感器、生物探针等领域的要求。目前荧光纳米粒子主要有无机发光量子点、荧光高分子纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子三大类。
1.1量子点
通常是一种由n一Vl族或m一V族元素组成的纳米颗粒,直径在1一100nm之间,能够接受激发光产生荧光的半导体纳米颗粒。量子点在生物标记、太阳能电池和发光器件等领域具有广泛的应用前景。量子点粒径很小,它们的电子和空穴被量子限域,连续能带变成具有分子特性的分立能级结构,因此光学行为与一些大分子很相似,可以发射荧光。量子点的体积大小严格控制着它的光谱特征。量子点的晶体颗粒越小,比表面积越大,分布于表面的原子就越多,而表面的光激发的正电子或负电子受钝化表面的束缚作用就越大,其表面束缚能就越高,吸收的光能也越高,即存在量子尺寸效应,从而使其吸收带蓝移,荧光发射峰也相应蓝移。可见,相对于其他传统的荧光染料而言,量子点由于其量子尺寸效应,粒径不同或组成材料不同即可发射不同颜色的荧光。
1.2 量子点在生命科学中的应用
很多现代发光材料和器件都由半导体量子结构所构成,材料形成的量子点尺寸都与过去常用的染料分子的尺寸接近,因而象荧光染料一样对生物医学研究有很大用途。从生物体系的发光标记物的差别上讲,量子点由于量子力学的奇妙规则而具有显著的尺寸效应,基本上高于特定域值的光都可吸收,而一个有机染料分子只有在吸收合适能量的光子后才能从基态升到较高的激发态,所用的光必须是精确的波长或颜色,这明显与半导体体相材料不同,而量子点要吸收所有高于其带隙能量的光子,但所发射的光波长(即颜色)又非常具有尺寸依赖性。所以,单一种类的纳米半导体材料就能够按尺寸变化产生一个发光波长不同的、颜色分明的标记物家族,这是染料分子根本无法实现的。
与传统的染料分子相比,量于点确实具有多种优势。无机微晶能够承受多次的激发和光发射,而有机分子却会分解.持久的稳定性可以让研究人员更长时间地观测细胞和组织,并毫无困难地进行界面修饰连接。量于点最大的好处是有丰富的颜色。生物体系的复杂性经常需要同时观察几种组分,如果用染料分子染色,则需要不同波长的光来激发,而量于点则不存在这个问题,使用不同大小(进而不同色彩)的纳米晶体来标记不同的生物分子。使用单一光源就可以使不同的颗粒能够被即时监控。量子点特殊的光学性质使得它在生物化学、分子生物学、细胞生物学、基因组学、蛋白质组学、药物筛选、生物大分子相互作用等研究中有极大的应用前景。
1.3 高分子荧光纳米微球
高分子荧光纳米微球开始是以聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯类、聚丙烯酰胺类为微粒主体,表面键合或吸附荧光素、菁色素(等荧光物质的荧光纳米微球。因为单个纳米粒子可以键合多个荧光分子,所以荧光强度有所增强。但由于荧光分子没有被保护在高分子材料中,仍然受外界氧化或光漂白的影响,荧光的稳定性并没有提高。
1.4 复合荧光二氧化硅纳米粒子
复合荧光二氧化硅纳米粒子是由功能性的内核、可生物修饰的硅壳以及修饰在硅壳表面的生物分子构成,具有明显核壳结构的一类新型的纳米颗粒,其内核材料可以是有机荧光染料、稀土发光材料、量子点等。由于该类型的纳米颗粒采用油包水反相微乳液方法成核,通过硅烷化试剂在微乳液中水解形成三维网状结构的硅壳进行包壳,所以采用不同的硅烷化试剂可以制备出表面带有不同官能团的核壳型生物纳米颗粒。通过对纳米颗粒的表面进行各种生物大分子的修饰,如:肽片断、抗体、生长因子等,可以实现对特异性细胞的识别、分离和检测。于是,复合荧光二氧化硅纳米粒子由于其具有良好的分散性、温和的合成条件、可重复合成及细胞毒性小等优点已在生物学领域得到了广泛的应用。目前,复合荧光二氧化硅纳米粒子在细胞水平上的研究主要集中在特定细胞的染色、识别和分离、细胞内 pH 的检测及基因转染等方面。
2 荧光纳米粒子在生命科学中应用
2.1荧光纳米粒子直接用于生物检测
荧光纳米粒子作为一种荧光探针已被广泛应用在生物标记及医疗诊断领域。近年来国外已涌现出多家研制和开发荧光纳米粒子生物荧光标记的公司,我国在这方面的研究正逐步展开,也出现开发纳米荧光探针相关产品的一些公司,如武汉的珈源公司就提供各种可用于生物的量子点探针。基于目前国内外的研究现状,要实现荧光半导体纳米粒子在生物检测中的应用关键在于对荧光纳米粒子的表面结构和功能的准确控制,而且纳米粒子表面必需具有亲水性官能团。为了使TOPO 法合成的油溶性量子点转移到水相,主要采用表面包覆和表面置换两种方法。例如,在量子点表面包覆SiO2 壳层,Alivisatos 等利用巯基硅氧烷(MPS) 置换量子点表面的TOPO 分子,然后进一步将硅氧烷水解缩聚使微粒表面形成一种稳定的SiO2 壳层。通过水解有机硅氧烷还可以形成具有胺基、脲丙基和羧基等活性官能团的SiO2 壳层。自1998 年Alivisatos 和Nie 等提出用半导体纳米粒子作生物荧光标记的最初构想以来,基于荧光量子点的生物偶联得到蓬勃发展。荧光量子点用于生物偶联主要依靠纳米粒子表面的活性基团如羧基、胺基、醇基和巯基等。主要是利用纳米粒子表面活性基团与生物分子之间形成共价偶联、静电吸附、疏水作用和硅烷偶联等。归纳起来,荧光纳米粒子与生物分子偶联主要有两种方法:一种是通过化学反应,即通过表面修饰有羧基或氨基的水溶性纳米晶与生物分子中的氨基或羧基形成酰氨键,实现偶联。该方法通常用于较复杂的研究体系,如抗源-抗体之间的识别、活体标记及特异性标记等。另一种是静电吸附方法,带电荷的纳米粒子可以与带相反电荷的生物分子通过静电相互作用吸附偶联,该方法适用于简单体系。纳米粒子与抗体偶联后,利用抗源-抗体间的特异性识别,可以将不同荧光纳米粒子修饰在底物上,并对底物进行跟踪。迄今为止,纳米粒子和生物分子的偶联物已经在DNA 杂化、免疫检测、受体诱导的细胞内吞作用和生物组织成像等方面得到应用,而且纳米粒子作为新一类的荧光标记材料已经逐步发展到活体细胞成像。
将纳米粒子直接用于生物检测主要优势是利用纳米粒子的高荧光稳定性,可以在几十分钟到数小时研究细胞的过程中进行实时跟踪检测;可以用多种颜色的纳米粒子同时对细胞内或细胞表面进行多个靶向目标研究;将纳米粒子表面包覆有惰性物质壳层,使纳米粒子对细胞的毒性低于有机染料带来的毒性。另外,人们还合成了近红外发光的纳米粒子,如HgTe 纳米粒子有较高的发光效率和近红外发射波长,为活体基因表达和酶活动研究提供了新的机遇。
2.2 荧光编码
基因芯片技术、生物传感及生命科学技术的快速发展为生物医学研究领域诸如基因表达、药物发现及临床诊断带来了新的契机和挑战。识别种类繁多的生物分子需要大量的平行标记编码,而传统的有机荧光染料标记方法已达不到同时标记并定位区分不同生物分子的要求,需要发展更有效的平行标记编码。由于量子点的荧光发射峰窄,而且不同颜色荧光可以被同一单色光源同时激发,决定了它们是发展平行标记编码的良好材料。
主要参考文献:
1、《荧光探针应用技术》李楠等编著军事医科出版社(第一版)
《荧光探针技术》黄晓峰张远强张英起等编著人民军医出版社(2004.5.1)2、
3、纳米薄膜技术与应用陈光华邓金祥编著化学工业出版社
4、纳米材料制备技术倪兴元化学工业出版社
5、纳米生物分析化学与分子生物学张阳德化学工业出版社
6、纳米科技与发展前沿论丛马新胜华东理工大学出版社
7、纳米生物医学技术徐海燕、王琛中国协和医科大学出版社
1 荧光定义 某些化学物质从外界吸收并储存能量而进入激发态,当其从激发态回到基态时,过剩的能量以电磁辐射的形式放射出去即发光,称之为荧光。可产生荧光的分子或原子在接受能量后引起发光,供能一旦停止,荧光现象随之消失。 2 荧光分类 由化学反应引起的荧光称为化学荧光,由光激发引起的荧光称为光致荧光,课题主要研究光致荧光。按产生荧光的基本微粒不同,荧光可分为原子荧光、X 射线荧光和分子荧光,课题主要研究分子荧光。 3 光致荧光机理 某一波长的光照射在分子上,分子对此光有吸收作用,光能量被分子所吸收,分子具有的能量使分子的能级由最低的基态能级上升至较高的各个激发态的不同振动能级,称为跃迁。分子在各个激发态处于不稳定的状态,并随时在激发态的不同振动能级下降至基态,在下降过程中,分子产生发光现象,此过程为释放能量的过程,即为光致荧光的机理。光致荧光的过程按照时间顺序可分为以下几部分。 分子受激发过程 在波长为10~400nm的紫外区或390~780nm的可见光区,光具有较高的能量,当某一特征波长的光照射分子时,是的分子会吸收此特征波长的光能量,能量由光传递到分子上,此过程为分子受激发过程。分子中的电子会出现跃迁过程,在稳定的基态向不稳定的激发态跃迁。跃迁所需要的能量为跃迁前后两个能级的能量差,即为吸收光的能量。分子跃迁至不稳定的激发态中即为电子激发态分子。 在电子激发态中,存在多重态。多重态表示为2S+1。S为0或1,它表示电子在自转过程中,具有的角动量的代数和。S=0表示所有电子自旋的角动量代数和为0,即所有电子都是自旋配对的,那么2S+1=1,电子所处的激发态为单重态, 用S i 表示,由此可推出,S 即为基态的单重态,S 1 为第一跃迁能级激发态的单重 态,S 2 为第二跃迁能级激发态的单重态。S=1表示电子的自旋方向不能配对,说明电子在跃迁过程中自旋方向有变化,存在不配对的电子为2个,2S+1=3,电子 在激发态中位于第三振动能级,称为三重态,用T i 来表示,T 1 即为第一激发态中 的三重态,T 2 即为第二激发态中的三重态,以此类推。
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)
上转换荧光纳米探针的制备及其在染料检测上的应用 【摘要】本文通过溶剂热法,成功地制备了Yb3+和Er3+共掺杂的NaGdF4上转换纳米晶。它具有特殊的发光性能,经过表面修饰后,该纳米晶具有良好的生物兼容性,被应用到检测罗丹明B染料上。结果表明,上转换纳米晶和罗丹明B结合,发生共振能量转移,为检测染料提供了一种新的高效途径。 【关键词】上转换纳米晶;制备;染料 0 引言 随着生物物理、生物化学、生命科学和医学的不断发展,依赖成像技术进行初步地诊断病情和科学研究的程度越来 越深[1]。由于X射线等成像技术存在辐射大、仪器昂贵等缺点,这就促使了纳米探针的发展。在纳米探针中,上转换纳米探针是目前国内外研究热点,它所具有的特殊的发光性能。在生物成像和检测领域都有巨大的应用价值。 近些年,有机染料污染对一些水生物来至人类的健康生活构成极大的威胁,因此找到一种快速且高效的检测有机染料的方法十分必要且价值巨大。本文主要应用NaGdF4:Yb,Er上转换纳米晶对有机染料罗丹明B进行检测,并对其形态和结构进一步地进行了研究。
1 实验制备和结构表征 1.1 试剂与仪器 实验中使用的氯化钆(99.9%),氯化镱(99.9%),氯化铒(99.9%),氢氧化钠(≥98%),氟化铵(≥98%),甲醇(99.5%),十八烯(90%),油酸(90%)是从Sigma Aldrich 购买。所有的试剂都直接用于化学反应,未经进一步的提纯处理。 1.2 样品制备 采用热溶剂法制备稀土离子Yb3+和Er3+掺杂的NaGdF4纳米晶:2mL RECl(0.2 M,RE= Lu,Yb and Er)的水溶液被添加3到12ml 十八烯和4ml油酸的混合液中。混合物在加热30min后被加入5ml NH4F (1.5mmol)和NaOH (1mmol)甲醇溶液,随后加热蒸发掉甲醇和水,再加热到310°C 持续加热60min 后冷却。将产物用乙醇清洗3 次后分散在环己烷溶液中保存。 1.3 结构表征 采用H-7650c 型透射电子显微镜来观察纳米颗粒的大小和形貌;采用Hitachi F-2700 荧光光谱仪测试上转化发光性能;测试所用的光源是980nm的红外光、功率可调节的激光器。所有的测试均在室温下进行的。 2 结果与讨论 2.1 光谱特性
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
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
摘要:纳米荧光探针(fluorescent probe)在化学传感、光学材料及生物检测和识别等领域得到了广泛的应用,并成为实现上述功能的一种主要的技术手段。但以传统的有机荧光染料为主的荧光探针在应用中也存在一些难以克服的缺陷。最近,无机发光量子点、荧光聚合物纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子等荧光纳米探针的相继出现,在一定程度上克服了传统有机荧光试剂的缺陷,为生物分析提供了新的发展领域,成为了近年来研究的热点。 关键字:纳米荧光探针、生物检测和识别、无机发光量子点 Abstract:Nano fluorescence probe is widely used in chemical sensing, optical materials and biological detection and identification field , and to realize the above functions as a primary technology. But in a traditional fluorescent primarily organic fluorescent probes in the application of some are difficult to overcome defects. Recently, inorganic light quantum dots, fluorescence polymer microspheres, nano composite fluorescence silica nanoparticles and fluorescence nanoprober have appeared in a certain extent, g served the defects of conventional organic fluorescence reagent, biological analysis to provide the new development area, become the focus of research in recent years. Key words: Nano fluorescence probe, Biological detection and recognition, Inorganic glowing dots 1、Classification of fluorescent nano probe 荧光纳米粒子是指与蛋白质或其他大分子结构非共价相互作用而使一种或几种荧光性质发生改变的小分子物质。可用于研究大分子物质的性质和行为。可以发荧光的半导体纳米微晶体(量子点)或将荧光团通过包埋、共价键连接以及超分子组装等方式引入有机或无机纳米粒子中,并让纳米粒子承担有机小分子荧光染料的检测、标记等功能。与传统的荧光染料相比,荧光纳米粒子具有更高的亮度和光稳定性,也能更加容易地实现水分散性和生物相容性。另外,随着纳米制备技术的进一步提高,对纳米粒子的尺度的精确控制及对粒子功能化手段的日臻完善,这在很大程度上使荧光纳米粒子满足了化学传感器、生物探针等领域的要求。目前荧光纳米粒子主要有无机发光量子点、荧光高分子纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子三大类。 1.1Quantum dots 通常是一种由n一Vl族或m一V族元素组成的纳米颗粒,直径在1一100nm之间,能够接受激发光产生荧光的半导体纳米颗粒。量子点在生物标记、太阳能电池和发光器件等领域具有广泛的应用前景。量子点粒径很小,它们的电子和空穴被量子限域,连续能带变成具有分子特性的分立能级结构,因此光学行为与一些大分子很相似,可以发射荧光。量子点的体积大小严格控制着它的光谱特征。量子点的晶体颗粒越小,比表面积越大,分布于表面的原子就越多,而表面的光激发的正电子或负电子受钝化表面的束缚作用就越大,其表面束缚能就越高,吸收的光能也越高,即存在量子尺寸效应,从而使其吸收带蓝移,荧光发射峰也相应蓝移。可见,相对于其他传统的荧光染料而言,量子点由于其量子尺寸效应,粒径不同或组成材料不同即可发射不同颜色的荧光。 1.2 Application of quantum dots in life science
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
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
荧光纳米粒子的介绍及应用 写在前面的话: 荧光探针(fluorescent probe)在化学传感、光学材料及生物检测和识别等领域得到了广泛的应用,并成为实现上述功能的一种主要的技术手段。但以传统的有机荧光染料为主的荧光探针在应用中也存在一些难以克服的缺陷。最近,无机发光量子点、荧光聚合物纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子等荧光纳米探针的相继出现,在一定程度上克服了传统有机荧光试剂的缺陷,为生物分析提供了新的发展领域,成为了近年来研究的热点,在此我想作一简单介绍,希望能起到抛砖引玉的作用,如果大家觉得我有什么地方说错的话,欢迎批评指正!让我也从中受益! 1、荧光纳米粒子的分类 荧光纳米粒子是指可以发荧光的半导体纳米微晶体(量子点)或将荧光团(Fluorophore)通过包埋、共价键连接以及超分子组装等方式引入有机或无机纳米粒子中,并让纳米粒子承担有机小分子荧光染料的检测、标记等功能。与传统的荧光染料相比,荧光纳米粒子具有更高的亮度和光稳定性,也能更加容易地实现水分散性和生物相容性。另外,随着纳米制备技术的进一步提高,对纳米粒子的尺度的精确控制及对粒子功能化手段的日臻完善,这在很大程度上使荧光纳米粒子满足了化学传感器、生物探针等领域的要求。目前荧光纳米粒子主要有无机发光量子点、荧光高分子纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子三大类。 1.1.量子点 量子点(quantum dot, QD)又可称为半导体纳米微晶体,是由数百到数千个原子组成的无机纳米粒子,是一种由 II-VI 族或者 III-V 族元素组成的纳米颗粒。目前研究较多的主要是CdX(X = S、Se、Te)。量子点粒径很小,它们的电子和空穴被量子限域,连续能带变成具有分子特性的分立能级结构,因此光学行为与一些大分子很相似,可以发射荧光。量子点的体积大小严格控制着它的光谱特征。量子点的晶体颗粒越小,比表面积越大,分布于表面的原子就越多,而表面的光激发的正电子或负电子受钝化表面的束缚作用就越大,其表面束缚能就越高,吸收的光能也越高,即存在量子尺寸效应,从而使其吸收带蓝移,荧光发射峰也相应蓝移。可见,相对于其他传统的荧光染料而言,量子点由于其量子尺寸效应,粒径不同或组成材料不同即可发射不同颜色的荧光。由于量子点潜在的应用前景,研究者在量子点的制备方面展开了一系列的研究。 目前,量子点的制备方法根据其所用材料的不同,有以下两种方法:一、在有机体系中采用胶体化学方法以金属有机化合物为前体制备量子点,二、在水溶液中直接合成。在有机体系采用胶体化学方法制备量子点的研究中,Bawendi等将金属有机化合物注射入热的有机溶剂中,在高温下制备出具有单分散性的CdSe量子点。后来,人们使用无机物来钝化颗粒表面,发展了核壳结构的量子点。peng等人以CdO或Cd(Ac)2为原料,在一定条件下与S、
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
【专题】荧光纳米粒子的介绍及应用 荧光探针(fluorescent probe)在化学传感、光学材料及生物检测和识别等领域得到了广泛的应用,并成为实现上述功能的一种主要的技术手段。但以传统的有机荧光染料为主的荧光探针在应用中也存在一些难以克服的缺陷。最近,无机发光量子点、荧光聚合物纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子等荧光纳米探针的相继出现,在一定程度上克服了传统有机荧光试剂的缺陷,为生物分析提供了新的发展领域,成为了近年来研究的热点,在此我想作一简单介绍,希望能起到抛砖引玉的作用,如果大家觉得我有什么地方说错的话,欢迎批评指正!让我也从中受益! 1、荧光纳米粒子的分类 荧光纳米粒子是指可以发荧光的半导体纳米微晶体(量子点)或将荧光团(Fluorophore)通过包埋、共价键连接以及超分子组装等方式引入有机或无机纳米粒子中,并让纳米粒子承担有机小分子荧光染料的检测、标记等功能。与传统的荧光染料相比,荧光纳米粒子具有更高的亮度和光稳定性,也能更加容易地实现水分散性和生物相容性。另外,随着纳米制备技术的进一步提高,对纳米粒子的尺度的精确控制及对粒子功能化手段的日臻完善,这在很大程度上使荧光纳米粒子满足了化学传感器、生物探针等领域的要求。目前荧光纳米粒子主要有无机发光量子点、荧光高分子纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子三大类。 1.1.量子点 量子点(quantum dot, QD)又可称为半导体纳米微晶体,是由数百到数千个原子组成的无机纳米粒子,是一种由II-VI 族或者III-V 族元素组成的纳米颗粒。目前研究较多的主要是CdX(X = S、Se、Te)。量子点粒径很小,它们的电子和空穴被量子限域,连续能带变成具有分子特性的分立能级结构,因此光学行为与一些大分子很相似,可以发射荧光。量子点的体积大小严格控制着它的光谱特征。量子点的晶体颗粒越小,比表面积越大,分布于表面的原子就越多,而表面的光激发的正电子或负电子受钝化表面的束缚作用就越大,其表面束缚能就越高,吸收的光能也越高,即存在量子尺寸效应,从而使其吸收带蓝移,荧光发射峰也相应蓝移。可见,相对于其他传统的荧光染料而言,量子点由于其量子尺寸效应,粒径不同或组成材料不同即可发射不同颜色的荧光。由于量子点潜在的应用前景,研究者在量子点的制备方面展开了一系列的研究。 目前,量子点的制备方法根据其所用材料的不同,有以下两种方法:一、在有机体系中采用胶体化学方法以金属有机化合物为前体制备量子点,二、在水溶液中直接合成。在有机体系采用胶体化学方法制备量子点的研究中,Bawendi等将金属有机化合物注射入热的有机溶剂中,在高温下制备出具有单分散性的CdSe量子点。后来,人们使用无机物来钝化颗粒表面,发展了核壳结构的量子点。peng等人以CdO或Cd(Ac)2为原料,在一定条件下与S、Se、Te的储备液混合,一步合成了性能良好的CdS、CdSe、CdTe量子点。Nie等以此法合成了CdSeTe量子点,其荧光发射最大的波长为850 nm,量子产率高达60%。该法不但克服了先前合成方法中需要采用(CH3)2Cd作为原料的缺点,而且所合成的量子点荧光量子产率高、尺寸分布窄、波长覆盖范围广。此外,Reiss等人在Peng的基础上以CdO为前体在HDA-TOPO混合体系中合成CdSe,然后以硬脂酸锌为锌源,在CdSe的表面包覆一层ZnSe,首次合成了CdSe/ZnSe核壳结构的量子点,荧光量子产率高达85%。另外,也有研究者采用在水溶液中进行量子点的合成,Weller等人以六偏磷酸钠及巯基乙酸、巯基乙胺等巯基化
荧光分析法的特点及在环境分析中的应用 摘要:论文综述了荧光分析法的特点及在环境分析中的应用。重点分析了荧光分析法的原理、特点,以及常用的荧光分析法的讨论。分析了荧光分析法在环境监测中的应用,测定范围和发展情况。 关键词:荧光分析;环境分析;应用 1.引言 环境中分析、监测的对象往往是微量、超微量的物质,有很多还具有时间性和空间性,因此对分析技术要求越来越高。荧光分析法和分光光度法以其灵敏度高、检测限低、准确性好等优点在近年来得到了迅速发展。荧光分子探针的设计合成以及荧光分析法在环境分析化学中的应用是方兴未艾的研究方向[1]。 分子荧光分析具有检测限低,灵敏度高,选择性好,取样量少,方法简捷快速等特点,是一种重要的光谱化学分析手段,其中荧光分子探针检测技术在环境分析化学中占有重要的地位[2]。因此,在对环境的分析中,荧光分析法应用非常广泛,从天然水、饮用水到废水、污水;从土壤、大气到动植物;从人的头发、骨骼、血液到内脏等各个器官,涉及到的样品和应用范围几乎无所不有[3]。 2.荧光分析法的原理和特点 2.1.荧光分析法 2.1.1荧光及荧光分析 荧光是荧光化合物在受到紫外光、电和化学等能量激发后,电子从基态跃迁到激发态,然后通过辐射衰变释放出光子而回复到基态,即产生荧光。这些物质会在极短的时间内(8-10秒)发射出各种颜色和不同强度的可见光,而当紫外光停止照射时,所发射的光线也随之很快地消失。 荧光分析是指利用某些物质在紫外光照射下产生荧光的特性及其强度进行物质的定性和定量的分析的方法。1852年G.G.斯托克斯(G.G.Strokes)发现荧光,真正的荧光光谱测量则始于本世纪60年代。 2.1.2荧光激发光谱和发射光谱 荧光是一种光致发光现象,由于分子对光的选择性吸收,不同波长的入射光便具有不同的激发效率。如果固定荧光的发射波长不断改变激发光的波长,并记
荧光探针(fluorescent probe)在化学传感、光学材料及生物检测和识别等领域得到了广泛的应用,并成为实现上述功能的一种主要的技术手段。但以传统的有机荧光染料为主的荧光探针在应用中也存在一些难以克服的缺陷。最近,无机发光量子点、荧光聚合物纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子等荧光纳米探针的相继出现,在一定程度上克服了传统有机荧光试剂的缺陷,为生物分析提供了新的发展领域,成为了近年来研究的热点,在此我想作一简单介绍,希望能起到抛砖引玉的作用,如果大家觉得我有什么地方说错的话,欢迎批评指正!让我也从中受益! 1、荧光纳米粒子的分类 荧光纳米粒子是指可以发荧光的半导体纳米微晶体(量子点)或将荧光团(Fluorophore)通过包埋、共价键连接以及超分子组装等方式引入有机或无机纳米粒子中,并让纳米粒子承担有机小分子荧光染料的检测、标记等功能。与传统的荧光染料相比,荧光纳米粒子具有更高的亮度和光稳定性,也能更加容易地实现水分散性和生物相容性。另外,随着纳米制备技术的进一步提高,对纳米粒子的尺度的精确控制及对粒子功能化手段的日臻完善,这在很大程度上使荧光纳米粒子满足了化学传感器、生物探针等领域的要求。目前荧光纳米粒子主要有无机发光量子点、荧光高分子纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子三大类。 1.1.量子点 量子点(quantum dot, QD)又可称为半导体纳米微晶体,是由数百到数千个原子组成的无机纳米粒子,是一种由II-VI 族或者III-V 族元素组成的纳米颗粒。目前研究较多的主要是CdX(X = S、Se、Te)。量子点粒径很小,它们的电子和空穴被量子限域,连续能带变成具有分子特性的分立能级结构,因此光学行为与一些大分子很相似,可以发射荧光。量子点的体积大小严格控制着它的光谱特征。量子点的晶体颗粒越小,比表面积越大,分布于表面的原子就越多,而表面的光激发的正电子或负电子受钝化表面的束缚作用就越大,其表面束缚能就越高,吸收的光能也越高,即存在量子尺寸效应,从而使其吸收带蓝移,荧光发射峰也相应蓝移。可见,相对于其他传统的荧光染料而言,量子点由于其量子尺寸效应,粒径不同或组成材料不同即可发射不同颜色的荧光。由于量子点潜在的应用前景,研究者在量子点的制备方面展开了一系列的研究。 目前,量子点的制备方法根据其所用材料的不同,有以下两种方法:一、在有机体系中采用胶体化学方法以金属有机化合物为前体制备量子点,二、在水溶液中直接合成。在有机体系采用胶体化学方法制备量子点的研究中,Bawendi等将金属有机化合物注射入热的有机溶剂中,在高温下制备出具有单分散性的CdSe量子点。后来,人们使用无机物来钝化颗粒表面,发展了核壳结构的量子点。peng等人以CdO或Cd(Ac)2为原料,在一定条件下与S、Se、Te的储备液混合,一步合成了性能良好的CdS、CdSe、CdTe量子点。Nie等以此法合成了CdSeTe量子点,其荧光发射最大的波长为850 nm,量子产率高达60%。该法不但克服了先前合成方法中需要采用(CH3)2Cd作为原料的缺点,而且所合成的量子点荧光量子产率高、尺寸分布窄、波长覆盖范围广。此外,Reiss等人在Peng的基础上以CdO为前体在HDA-TOPO混合体系中合成CdSe,然后以硬脂酸锌为锌源,在CdSe的表面包覆一层ZnSe,首次合成了CdSe/ZnSe核壳结构的量子点,荧光量子产率高达85%。另外,也有研究者采用在水溶液中进行量子点的合成,Weller等人以六偏磷酸钠及巯基乙酸、巯基乙胺等巯基化合物为稳定剂,以Cd(ClO4)2?6H2O为镉源合成了水溶性的CdS、CdSe、CdTe量子点。该法操作简单、可制备的量子点种类多、所用材料价格低、毒性小,且量子点表面修饰有可直接与生物分子偶连的羧基或氨基等官能团。然而,采用在水溶液中合成量子点的方法存在着量子产率不高、尺寸分布较宽等缺点。所以,目前人们仍较多的采用在有机体系中进行量子
1荧光定义 某些化学物质从外界吸收并储存能量而进入激发态,当其从激发态回到基态时,过剩的能量以电磁辐射的形式放射出去即发光,称之为荧光。可产生荧光的分子或原子在接受能量后引起发光,供能一旦停止,荧光现象随之消失。 2荧光分类 由化学反应引起的荧光称为化学荧光,由光激发引起的荧光称为光致荧光,课题主要研究光致荧光。按产生荧光的基本微粒不同,荧光可分为原子荧光、X 射线荧光和分子荧光,课题主要研究分子荧光。 3光致荧光机理 某一波长的光照射在分子上,分子对此光有吸收作用,光能量被分子所吸收,分子具有的能量使分子的能级由最低的基态能级上升至较高的各个激发态的不同振动能级,称为跃迁。分子在各个激发态处于不稳定的状态,并随时在激发态的不同振动能级下降至基态,在下降过程中,分子产生发光现象,此过程为释放能量的过程,即为光致荧光的机理。光致荧光的过程按照时间顺序可分为以下几部分。 3.1 分子受激发过程 在波长为10~400nm的紫外区或390~780nm的可见光区,光具有较高的能量,当某一特征波长的光照射分子时,是的分子会吸收此特征波长的光能量,能量由光传递到分子上,此过程为分子受激发过程。分子中的电子会出现跃迁过程,在稳定的基态向不稳定的激发态跃迁。跃迁所需要的能量为跃迁前后两个能级的能量差,即为吸收光的能量。分子跃迁至不稳定的激发态中即为电子激发态分子。 在电子激发态中,存在多重态。多重态表示为2S+1 o S为0或1,它表示电子在自转过程中,具有的角动量的代数和。S=0 表示所有电子自旋的角动量代数和为0,即所有电子都是自旋配对的,那么2S+仁1,电子所处的激发态为单重态,用S i 表示,由此可推出,S0 即为基态的单重态,S1 为第一跃迁能级激发态的单重态,S2为第二跃迁能级激发态的单重态。S=1表示电子的自旋方向不能配对,说明电子在跃迁过程中自旋方向有变化,存在不配对的电子为2个,2S+仁3,电子在激发态中位于第三振动能级,称为三重态,用T i 来表示,T1 即为第一激发 态中的三重态,T2即为第二激发态中的三重态,以此类推。 分子跃迁至各个激发态中,状态不稳定,随时会释放出能量,释放能量的类型有两种:一种是辐射跃迁,另一种是非辐射跃迁,释放能量会回到稳定的基态。
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。
Supplementary materials for: Perylene diimide based “turn-on” fluorescence sensor for detection of Pd2+ in mixed aqueous media Hai-xia Wang a, b,*, Yue-he Lang a, Hui-xuan Wang a, Jing-jing Lou a, Hai-ming Guo a, b, Xi-you Li c,* a School of Chemistry and Chemical Engineering, Key Laboratory of Green Chemical Media and Reactions of Ministry of Education, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China b School of Environmental Science, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China email: hxwang5270@https://www.wendangku.net/doc/d93639046.html, (H. Wang) c School of Chemistry an d Chemical Engineering, Shandong University, Jinan 250100, China email: xiyouli@https://www.wendangku.net/doc/d93639046.html, (X. Li) Contents Page S1: Title of the paper, authors along with the contents. Page S2-S4: Copy of the 1H and 13C NMR spectra of PDI-1, PDI-2 and PDI-3. Page S5:Photophysical properties of PDI-1, PDI-2and PDI-3derivatives in different solvents at room temperature; Fluorescence spectra change of PDI-2and PDI-3 upon addition of different metal(8.0 equiv) ions; UV-vis spectra of PDI-1 (6.0 μM) in the presence of different metal ions (8.0 equiv). Page S6: Job’s plots in DMF/H2O (v/v, 7/1) and acetonitrile; Fluorescence spectra changes of PDI-1 (5.0 μM) in the presence of Pd2+in acetonitrile and chloroform;ESI mass spectra of PDI-1 in the presence of 1.0 equiv PdCl2 in CH3CN. Page S7: Job’s plots of PDI-1 (5.0 μM)in the presence of Pd2+in chloroform; Influence of pH on fluorescence intensity of PDI-1 (5.0 μM) in the absence and presence of 1.0 eq Pd2+; Benesi-Hildebrand analysis results.