第十二讲荧光探针 汪莎莎ppt课件.ppt

《第十二讲荧光探针 汪莎莎ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十二讲荧光探针 汪莎莎ppt课件.ppt（83页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、1,有机功能材料与器件,Functional Organic Materials & Devices,授课教师：汪莎莎E-mail: ,材料科学与工程学院,荧光探针,荧光基础知识 荧光探针机制 荧光探针的应用,主要内容,什么是荧光？,紫外线,紫外线,荧光素溶液,罗丹明溶液,荧光分子,hv,hv,（一）荧光（fluorescence）Luminescence is the emission of light from any substance,and occurs from electronically excited states.,Luminescence is,formally divi

2、ded into two categories, fluorescence andphosphorescence, depending on the nature of the excited states.The electron in the excited orbital is paired ( of opposite spin ) tosecond electron in the ground-state orbital. Consequently, returnto the ground state is spin-allowed and occurs rapidly by emis

3、sionof a photon. A typical fluorescence lifetime is near 10 ns (110-9 s). Principles of Fluorescence Spectroscopy, Joseph R. Lakowicz,（二）基态、激发态、单重态、三重态、 激发单重态、激发三重态,分子都含有不停地运动着的电子。根据量子学理论，运动着的电子处于一系列不连续的能量状态（即能级），可以从一个能级向另一个能级跃迁，并伴随着与能级差相对应的特定能量的吸收和释放。一般情况下，电子总是处于能量最低的能级（即基态, ground state）。,在一定条件下，电

4、子可以吸收能量（如光能、电能、热能、化学能、摩擦能等）跃迁到较高能级（即激发态, excited state），这个过程称为激发。处于激发态的电子是不稳定的，它总是要跃迁回基态，并将多余的能量释放出去。跃迁的方式可能是辐射跃迁，也可能是非辐射跃迁。以非辐射方式跃迁，能量大多转化为热能。而以辐射方式跃迁，能量则转化为相应的光，这个过程称为发射（发光）。,电子所处状态的多重性用M表示（即所处状态的轨道角动量），M=2S+1。S为电子自旋量子数的代数和，其值为0或1。分子中同一轨道所占据的两个电子必须具有相反的自旋方向，即自旋配对的。如分子中全部轨道里的电子都是自旋配对的该分子体系即处于单重态（或称

5、单线态，singlet state）。,如果分子吸收能量后电子在跃迁过程中不发生自旋方向的变化，这时分子即处于激发单重态（singlet excitedstate）。如电子在跃迁过程中还伴随自旋方向的改变，这时分子具有两个自旋不配对的电子，即S=1，分子处于激发三重态（triplet excited state），用符号T表示。符号S0，S1，S2分别表示分子的基态、第一和第二激发单重态；T1和T2则分别表示第一和第二电子激发三重态。,激发单重态（自旋 配对）,和自旋翻转,单重态（自旋配对）,三重态（自旋 平行）,hv电子跃迁,电子的多重态hvFluorescence电子跃迁,单重态（自旋配对

6、）Phosphorescence,11,Jablonski Diagram雅布隆斯基分子能级图,11,11,光谱,吸收光谱：化合物的吸收光强与入射光波长的关系曲线。 反映的是物质的基态能级与激发态能级之间所有的允许跃迁。,激发光谱：固定发射波长（一般为发射波段中感兴趣的峰位），扫描化合物的发射光强与入射光波长的关系曲线。 反映的是基态与所有与该荧光发射有关的能级之间的跃迁。,发射光谱：固定激发波长（一般为激发波段中感兴趣的峰位），扫描化合物的发射光强与发射光波长的关系曲线。,光谱,对同一个荧光化合物而言，在其激发光谱范围内，采用任一波长进行激发，得到的荧光光谱只会有一个发射带。,荧光寿命（Fl

7、uorescence Life Time）,荧光寿命与荧光量子效率是荧光化合物最重要的特性参数。荧光寿命（即激发寿命）是指分子在激发态的平均停留时间。大多数荧光化合物的寿命在纳秒级。,长寿命荧光探针时间分辨荧光技术,平均荧光寿命的计算公式：,=1/（kf+K）,kf：荧光化合物的荧光发射速率常数；K：各种非辐射去活化过程的速率常数的总和；,荧光发射是一种随机过程，只有少数分子其发射是在t =时发生。衰变过程：有63%的分子在t = 前衰变，而37%在t 的时刻衰变。,YF = kf/（kf+K）,荧光量子产率,荧光量子产率是荧光物质发射光子的数目与吸收光子数目之比。荧光量子效率可以下式表示：,

8、若非辐射衰减速率比辐射衰减速率小得多，即Kkf，则YF可接近于1。YF的数值总是小于1。荧光量子产率的数值越大，化合物的荧光越强。不发荧光或发弱荧光的物质，其荧光量子效率为0或很小。,绝对荧光量子产率的测量较为困难，通常，荧光量子产率是通过参比法测量获得。即通过比较相同激发条件下所测得的积分荧光强度和对该激发波长的入射光的吸光度而加以测量。则荧光量子产率可通过下式获得：,Yu、Ys: 待测物质和参比物质的荧光量子产率；Fu、Fs：待测物质和参比物质的积分荧光强度；Au、As：待测物质和参比物质对该激发波长的入射光的吸光度。,Quantum Yield Standards,荧光检测技术常见影响因

9、素,（一）荧光与分子结构的关系,大键体系平面刚性结构取代基的影响,苯（205/278）紫外,萘（286/321）紫外,蒽（365/400）蓝,并四苯（390/480）绿,并五苯（580/640）红,（二）溶剂,许多荧光物质，特别是带有极性基团的芳香化合物，其荧光性质容易受到溶剂的影响。溶剂的影响可分为一般溶剂效应和特殊溶剂效应。,一般溶剂效应：溶剂的折射率和介电常数对荧光物质荧光性质的影响。 特殊溶剂效应：荧光物质和溶剂分子之间的特殊化学作用，如氢键。,一般溶剂效应是普遍存在的 ，而特殊溶剂效应则决定于溶剂和荧光体的化学结构。特殊溶剂效应所引起的荧光物质的荧光性质的变化往往比一般溶剂效应所引起

10、的显著 。,（三）温度,温度是溶液荧光的重要影响因素。一般而言，溶液中荧光物质的荧光量子产率和荧光强度随温度的降低而增强，随着温度的升高而减弱。在检测温度系数（温度每升高1C，溶液荧光变化的百分数）大的样品或进行荧光参数的精确测量如荧光各向异性（荧光偏振）的测定）时，应使用恒温装置。,（四）酸度（pH）,对于荧光性质而言，可将弱酸或弱碱的分子和离子视为不同的型体（species），分别具有各自的荧光光谱和荧光量子产率。因此，实验时应严格控制溶液的pH，才能达到最好的灵敏度（sensitivity）和准确度(accuracy)。,如果荧光物质是弱酸或弱碱，溶液pH的改变将对其荧光性质产生显著影响

11、。大多数含有酸性或碱性基团的芳香族化合物的荧光光谱，对溶液的pH是非常敏感的。发荧光的无机配合物或螯合物对pH同样很敏感。,利用某些物质在溶液中荧光行为的改变，不但可以判别各种滴定的终点，而且对研究物质在不同pH时构象变化等信息也是很有用的。,吸收光谱,发射光谱,荧光素的吸收与发射光谱,（五）稀溶液分析中的干扰因素,物质在稀溶液（1 g/ml）中的稳定性远不如浓溶液。因此，储备液常配成浓溶液，待使用时再进行稀释。稀溶液分析需考虑的问题有： 1、表面吸附：实验室常用的器皿如瓶子、吸管、移液管、试管等对物质具有吸附能力。特别是使用有机溶剂时，这种吸附更为严重。而且所用的溶剂极性越小，吸附作用越显著

12、。在稀溶液分析中，器壁的吸附作用是不能忽略的。克服表面吸附的办法：（1）减少表面接触的机会；（2）使用非极性有机溶剂时 ，加入少量极性溶剂（如乙醇）；,2、氧化作用：氧化作用是在稀溶液中很容易发生的现象，将造成荧光物质的损失而引起测定误差。微量氧化剂（包括溶解氧）的存在，会减弱物质的荧光。因此，实验所用的工作液应新鲜配制。对含有氧化剂的溶剂使用前应进行预处理。,（1）尽量采用长波长的光进行激发；（2）操作过程避光，溶液和样品以黑纸包裹；（3）尽量缩短测定时间；（4）在测定允许的条件下，尽量调小激发光路的狭缝。（荧光显微技术-FITC的实际使用问题）,3、光解作用：光解作用可能成为稀溶液分析的严

13、重问题，对光不稳定的化合物尤其如此。解决办法：,荧光强度可能由于许多过程的存在而减弱，这种荧光衰减现象称为荧光猝灭。猝灭可由不同机理而引起。激发态的荧光体与溶液中的被称作猝灭剂分子相互作用而被去活化，这种猝灭称为碰撞猝灭。此种情形下，荧光体通过与猝灭剂的扩散碰撞过程而返回基态，而分子在此过程不发生化学变化。,（六）荧光猝灭,猝灭剂的种类很多，如：氧气、卤素、胺、缺电子化合物如丙烯酰胺。猝灭机理因荧光体-猝灭剂的不同配对而异。荧光猝灭还可因其它一些过程而引起。 荧光体可以和猝灭剂形成非荧光的复合物。这一过程称为静态猝灭。因为此过程发生于基态，且不依赖于扩散和分子碰撞。荧光猝灭还可因一些普通的非分

14、子机理而引起，如荧光体自身或其它吸光型体的存在而导致入射光的衰减。,（一）碰撞猝灭：溶液中荧光物质分子与猝灭剂分子发生碰撞而导致荧光强度降低。（二）组成化合物的猝灭：荧光物质分子与猝灭剂形成不发荧光的配合物。（三）转入三重态的猝灭：通过能量转移，激发单重态的荧光分子转入激发三重态，三重态的分子常温下不发光。（四）电子转移猝灭：猝灭剂分子与荧光物质分子相互作用时，发生电子转移反应，即氧化还原反应而引起荧光猝灭。（五）自猝灭：包括自吸收、形成基态与激发态二聚体、基态缔合作用。,荧光探针是建立在光谱化学和光学波导与测量技术基础上，选择性的将分析对象的信息连续转变为分析仪器以测量的荧光信号的分子测量装

15、置。 在紫外-可见-近红外区有特征荧光，并且其荧光性质（激发和发射波长、 强度、寿命、 偏振等）可随所处环境的性质，如极性、折射率、粘度等改变而灵敏地改变，并借助于光导纤维进行光信号传递的装置。 荧光探针受到周围环境的影响，使其发生荧光发射发生变化，从而使人们获知周围环境的特征或者环境中存在的某种特定信息。,什么是荧光探针？,荧光分子探针的优点,灵敏度高选择性好使用方便成本低不需预处理不受外界电磁场影响远距离发光,荧光分子探针的结构,荧光分子探针通常由三部分组成：识别基团接收器（Receptor）荧光基团报告器（Reporter）连接器（Relay）,识别基团决定了探针分子的选择性和特异性，荧

16、光基团报告器则决定了识别的灵敏度，而连接器则可起到分子识别枢纽的作用。,荧光分子探针的设计原理,荧光分子探针的设计原理主要有以下几种：键合-信号输出法、置换法和化学计量计法。 1、键合-信号输出法,荧光 连接体 识别 被分析物 信号输出 基团 基团,键合-信号输出法是指将探针中的识别基团和荧光基团通过共价键连接起来设计荧光探针的方法。,当识别基团与被分析物结合时会引起荧光基团的化学环境发生变化，通过颜色的改变、光谱的移动、荧光强度的增减等现象来表现，这些变化可被裸眼或者仪器识别。这是目前为止在设计荧光探针中应用最广泛的方法 。,作为荧光基团的香豆素和作为识别基团的邻氨基苯硫醚以席夫碱相连，加入

17、锌离子后，与硫醚上的硫原子、席夫碱上的氮原子及香豆素上的氧原子配位得到结构2，抑制了席夫碱上C=N键的旋转，实现了荧光从无到有的变化,基于键合-信号输出法设计的锌离子荧光探针,2、置换法,识别基团 被分析物 识别基团 荧光基团 结合荧光基团 结合被分析物 基于置换法设计的荧光探针 该原理是利用识别基团分别与荧光基团和被分析物结合能力的不同来实现对被分析物的检测。 识别基团和荧光基团形成络合物，当被分析物加入到该体系中时，由于识别基团与被分析物的结合能力要强于识别基团与荧光基团的结合能力，因此被测物将荧光基团置换出来，从而引起了整个体系荧光等化学参数的变化，进而为仪器或者裸眼识别，该原理常用于设

18、计阴离子荧光探针。,化合物3以氟硼荧为荧光团修饰了DPA为识别基团，探针本身荧光很强，但与铜离子络合后可形成结构3，从而淬灭了氟硼荧的荧光，加入氰根离子后，由于铜离子与氰根离子的结合常数更大，从而把作为荧光基团的氟硼荧衍生物从络合状态中置换出来得到结构4，使之进入溶液，荧光恢复，而其它的阴离子没有这样的现象，因此可以实现对氰根离子的检测。,探针分子 被分析物 新物质A,探针分子 被分析物 中间体 新物质B 新物质C,基于化学计量计设计的荧光探针 （I）被分析物和探针分子反应形成了共价化合物； （II）被分析物催化探针分子反应生成两种新物质.,3、化学计量计法,化学计量计法是利用探针分子和被分析

19、物之间发生的特定化学反应（一般是不可逆反应）来改变探针所处的化学环境，从而对被分析物进行识别的一种方法。根据化学计量计法设计的探针可以称为化学计量计，主要包括两种类型： 一、探针分子和被分析物发生化学反应后形成共价化合物（I）； 二、被分析物催化探针分子反应生成两种新物质（II）。 一般而言，基于化学计量计原理设计的荧光分子探针通常具有不可逆性和较好的选择性。,根据次氯酸根可以氧化羟胺的特性，设计合成了化合物5，当次氯酸根存在时可氧化羟胺结构，使罗丹明开环，从而形成结构6，最终进一步水解为罗丹明6G本身7，而产生强烈的荧光。而其它氧化性分子没有这样的特性，因此可以实现对水相中次氯酸根的高选择性

20、检测。,基于化学计量计法设计的次氯酸根离子荧光探针,荧光探针的响应机理,荧光分子探针主要有如下几种响应机理：1、光诱导电子转移（PET, Photo-induced Electron Transfer）2、分子内电荷转移（ICT, Intramolecular Charge Transfer）3、荧光共振能量转移（FRET, Fluorescence Resonance Energy Transfer）4、激基缔合物（Excimer/Exciplex）,1、光诱导电子转移（PET）,光诱导电子转移是指电子给体或电子受体受光激发后，激发态的电子给体与电子受体之间发生电子转移的过程。 识别基团与被

21、分析物结合之前，荧光基团受激发，最终被光激发到激发态的电子不能跃迁到基态，使得荧光基团的荧光淬灭。而识别基团与被分析物结合后，PET过程受阻，荧光基团的荧光得以恢复。,PET过程可以用前线轨道理论具体解释：当识别基团不存在时，荧光团被光激发后，其最高占据轨道（HOMO）的一个电子跃迁到最低空轨道（LUMO）,能够产生荧光；若识别基团的HOMO或LOMO轨道介于荧光团两轨道能量之间，此时就可以发生识别基团与荧光团之间的电子转移而导致荧光的猝灭。即PET过程阻止了荧光团的一个电子从激发态到基态的辐射跃迁途径，降低了荧光团的量子产率，表现为荧光强度的减弱或淬灭。,PET识别分析物理论示意图,PET1

22、识别基团对荧光团的PET过程发生和受阻的前线轨道理论解释,第一种是识别基团对荧光基团的电子转移（PET1），如图所示，即识别基团的HOMO轨道介于荧光基团的HOMO和LUMO轨道之间，当被分析物不存在时，荧光基团被激发后，识别基团的HOMO轨道的电子转移到荧光基团的HOMO轨道，致使荧光基团被激发到LUMO轨道上的电子无法回到基态而难以产生荧光，导致荧光淬灭，即PET1过程发生。 当识别基团与被分析物结合后，识别基团HOMO轨道能量降低，使PET过程受阻，这样荧光基团的激发态电子可以返回基态，荧光恢复 。,总的来说，识别基团对荧光基团的电子转移，即识别基团的HOMO轨道上的电子占据了荧光基团的

23、HOMO轨道；荧光基团对识别基团的电子转移(PET2),即识别基团LUMO消耗掉了荧光基团被激发的电子，两者最终导致荧光基团被激发的电子不能回到基态，使荧光被淬灭。,分子内电荷转移是指分子在激发态时发生分子内电子转移，造成正负电荷分离，形成分子电荷转移态。分子内电荷转移荧光探针分子通常是荧光团上同时连有推电子基团（电子给体，Donor）和吸电子基团（电子受体，Acceptor）,通过键提供电子转移的通道，形成强的推-拉作用的共轭体系，其吸电子基团或推电子基团本身充当识别基团的一部分。,2 、分子内电荷转移（ICT）,当识别基团和被分析物结合后，作为识别基团的供电子部分或拉电子部分的推拉电能力发

24、生的改变，整个体系的的电子结构重新分布，从而导致吸收光谱，发射光谱发生变化，主要是光谱红移或蓝移 。,2 、分子内电荷转移（ICT）,识别基团分别为电子供体和电子受体的ICT过程光谱移动示意图（其中D、A分别表示电子给体和电子受体）,化合物8是另一类香豆素荧光探针，在香豆素的3号位以烯键连接了一个苯并拉电子基，7号位修饰了一个二乙胺基供电子基，构成了推拉电子体系的荧光分子探针。当羟基自由基存在时，能够将化合物8氧化为化合物9，这样化合物9共轭度大大扩大，氮原子带正电荷增强了其拉电子能力，使整个体系p电荷离域程度增大，从而导致吸收光谱和荧光光谱分别红移了60 nm和156 nm，发射波长已位于近

25、红外，基本不受样品荧光背景的干扰，荧光颜色由绿色变为红色，该探针可对细胞中的羟基自由基进行比率检测，比率信号可达210倍。,8 9,荧光共振能量转移指一个荧光体系含有两个荧光团，一个充当能量供体D，另一个为能量受体A，当这两个荧光基团间的距离合适时（一般小于100），就可观察到荧光能量由供体向受体转移的现象，即以前一种基团的激发波长激发时，可观察到后一个基团发射的荧光。荧光共振能量转移发生必须具备以下几个条件：（1）能量供体荧光团D的荧光发射位于短波长处，且发射光谱和能量受体荧光团A的吸收光谱有一定重叠，能量受体能够在能量供体的发射波长处吸收能量；（2）能量供体与能量受体相隔的距离必须远大于它

26、们之间的碰撞直径（有时甚至为70-100）；（3）能量供体与能量受体还必须以适当的方式排列。,3、荧光共振能量转移（FRET）,化合物10是以氟硼荧和罗丹明为荧光团设计的FRET荧光探针，由于氟硼荧的荧光发射光谱与罗丹明的吸收光谱有较大范围重叠，通过连接臂连接，氟硼荧作为能量供体，罗丹明作为能量受体，加入被分析物后，荧光共振能量转移过程便能实现。加入汞离子之前，表现为氟硼荧的绿色荧光，汞离子的存在能促使氨基硫脲形成噁二唑酮类化合物而致使罗丹明内酰胺结构开环，此时氟硼荧的能量传递给罗丹明，最终使得共振能量转移发生，氟硼荧的发射峰减弱，从而发射出罗丹明的红色荧光，从而实现了对汞离子的比率型检测。,

27、10 11,4、激基缔合物/复合物,激基缔合物指一些荧光团在激发态与另一相同的基态荧光团接近时往往能形成聚集体（通过-堆积作用形成激基缔合物），其发射光谱不同于原来单体的荧光，新的荧光会产生一定的红移，且出现强而宽的，无精细结构发射峰。这种作用本质上是光致电荷转移作用，在两个相同的荧光分子之间形成激基缔合物以及在两个不同的荧光分子之间形成激基复合物，可以用下式表示： A* + A A*-A ( excimer ) A* + B A*-B ( exciplex ),激基缔合物对距离的要求较为苛刻，只有激发态分子和基态分子达到碰撞距离3 时才可能形成激基缔合物，因此可以利用各种分子间作用力改变两个

28、荧光团之间的距离，通过结合客体前后单体和激基缔合物的荧光光谱的变化来表达客体被识别的信息。由于萘、芘、葸等荧光团具有较长的激发单线态寿命，易形成激基缔合物等特点，因此常常被用于此类探针中。,化合物12基于激基缔合物的荧光探针，加入汞离子之前两个芘分子相距很远，因此发射的是芘单体荧光，当汞离子存在时，O、N原子与其配位形成化合物13，从而拉近了两个芘分子之间的距离，且让其平行排列，最后产生二聚体荧光。,12 13,有机载体在荧光分子探针中的应用,罗丹明及其衍生物是一种氧杂蒽类荧光染料 ，由于苯环间氧桥的存在，从而分子具有刚性共平面结构，使其分子结构稳定性增强，开环状态下，在激发光的作用下能产生强

29、烈的吸收和荧光，其最大发射波长位于500-700 nm之间，为红色可见光区，可有效的避开生物体系背景荧光，从而能提高探针的灵敏度，因此是生物分析中经常用到的荧光探针，具有很高的研究和应用价值。,罗丹明内酰胺螺环结构具以下特点：1）罗丹明的内酰胺螺环是非共轭结构的，因此在长波长处无吸收，无色，无荧光；2）内酰胺螺环结构在酸性条件或者与被分析物结合后能够诱导罗丹明内酰胺结构开环，氧杂蒽结构电子重新排布，共轭结构恢复，因此在长波处有吸收，有颜色，强荧光。由于此结构的优势，罗丹明内酰胺类衍生物是一类很好的OFF-ON型荧光传感器荧光团。因此可以用罗丹明作为母体来进行设计，首先使它形成具有酰胺螺环结构的

30、化合物，当它与被分析物作用时，内酰胺螺环结构被打开，信号从无到有，达到对被分析物的识别的目的。,14 15,芘分子由四个苯环构成，是一种四环多环芳香类物质，有很强的荧光，在丙酮中量子产率可达0.99，其晶体加电压可发光，最初用于电致发光研究。芘荧光基团是最有用的荧光化学敏感器之一，芘基团附近连接一氨基已被广泛采用的在选择具体的金属离子，通过控制信号光诱导电子转移（PET）过程来选择性识别金属离子。,检测银离子:化合物16和17，加入了Ag+后，该探针荧光由单体荧光变为激基缔合物的荧光，对Ag+有高灵敏度和高选择性。其中，化合物17对Ag+只有微弱的响应，这是由于化合物16带有羟基与Ag+配位起

31、了决定性的作用。在自由态时，化合物18表现出很强的激基缔合物荧光， Ag+存在时与氮配位，使两个芘分子距离变远，激基缔合物荧光减弱，单体荧光增强，因此可以对银离子进行比率型检测。,16 -17 18,16 R=OH17 R=H,有机荧光探针最新研究进展,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。,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、

32、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。,BODIPY类,对金属离子探针的研究早在20世纪七八十年代就已开始，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。,Wenwu Qin, Mukulesh Baruah等人合成了含氮杂冠醚取代基的BODIPY衍生物，这种基于BODIPY的染料分子表现强烈的依赖溶剂的荧光发射特征,Xiaojun Peng研究组合成了一个能专识别Cd2+离子的荧光探针，该探针具有较好的细胞穿透性，并且首次被应用于活体细胞内Cd2+的检测，其机理为分子内电荷转移机理(ICT

33、)。探针的最大发射波长为656 nm与Cd2+络合后蓝移至597 nm，而Zn2+及其它金属离子没有干扰，结构如图所示,Yufang Xu 和 Xuhong Qian 则根据PET机理设计合成另一种高选择性的镉离子荧光探针。探针分子本身在溶液中几乎无荧光，而且不易受PH的影响。Zn2+, Pb2+, Cr3+, Fe3+, Cu2+, Hg2+, Ag+, Ba2+, Mg2+, Co2+, Cs+, Na+, K+, Ca2+ 和 Ni2+的存在几乎不影响荧光发射广谱，对Cd2+展示出高度的选择性。,Mingjian Yuan等设计了一个基于PET和ICT双重机理的Hg2+荧光探针，该探针包

34、含有两个受体，分别以PET机理和ICT机理与Hg2+结合。加入Hg2+前荧光较弱，最大发射波长在668 nm，而络合Hg2+后荧光增强超过7倍，最大发射波长蓝移到578 nm，对Hg2+显示出良好的选择性和高度的敏感性。结构如图所示,Xuhong Qian等以BODIPY为荧光团，以聚酰胺为受体，合成一系列基于PET机理的Hg2+荧光探针，每个探针分子能够络合两个Hg2+，荧光增强显著，该系列探针拥有专一的选择性、高灵敏性以及良好的水溶性，也许是因为水溶性太好所以不能够透过细胞膜，未能做到在细胞内荧光成像。结构如图所示,基于BODIPY的pH荧光分子探针的研究进展,H在许多体系扮演重要角色，因

35、而测定pH具有重大的意义。目前测定pH的方法很多，荧pH荧光探针是其中一种重要手段。相较其他分析方法，pH荧光探针具有不破坏待测体系、高灵敏度的特性，故在细胞生物学、药物学、生物化学上应用广泛。近年来，人们合成了多种pH荧光探针。,基于BODIPY的染料的其它荧光探针,目前以BODIPY染料为母体结构的荧光探针多数都是用于检测金属离子及pH的，但研究人员的兴趣不局限于此，近来利用BODIPY染料合成了一些可以对某些酸、酸根离子或氧化物响应的荧光探针。,Youngkyu Do将一种三取代硼烷同BODIPY结合制备了对氰离子具有高度选择性的荧光探针，由于高灵敏的荧光响应特点，可以检测到低于微摩尔浓

36、度的氰离子的存在。,Tetsuo Nagano在07年合成了一种新式基于BODIPY的硫醇探针，这种探针在可见光下激发，并且在没有硫醇分子存在时自身不发出荧光。其分子结构上含有马来酰亚胺取代基，这使得BODIPY自身的荧光被熄灭。当探针与硫醇反应后，则发出极强的荧光。,BODIPY衍生物自身也存在一些缺陷，比如水溶性不好，这对扩大BODIPY应用领域带来了限制。近两三年来对BODIPY染料的研究热点是设计和合成新的长波长BODIPY衍生物，并对光谱特征进行研究。如向BODIPY母体分子引入芳香基团,增加核心部分的刚性平面结构和改变取代基等来增加染料的发射波长。,基于其它染料的荧光探针,Tets

37、uo Nagano研究小组合成了氨基取代的三碳菁染料DIPCY作为Zn2+荧光探针，这是首次合成近红外区域的Zn2+荧光探针，具有良好的灵敏度，低浓度的重金属离子对该探针也几乎无影响。,2007年，Bo Tang开发了一种新式的基于罗丹明染料的荧光探针用于检测硫醇类物质，并成功应用于活体细胞内谷胱甘肽的生物成像，表现出良好的灵敏度和选择性，尤其是对蛋白类硫醇的检测十分灵敏。,以上概述了部分类型的有机荧光探针的合成及在生物体内离子或小分子检测方面的应用情况，其实它的应用远不止于此。随着荧光探针技术的不断发展和完善,必然会给目前较为热门的基因组学、蛋白质组学、生物芯片以及等药物作用机制等领域带来新的发展契机,提供非常有价值的方法和信息。,Thank You for Your Attention! Any Questions?,See You Next Week!,