《光功能材料》PPT课件.ppt

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1、荧光传感器研究进展,杨清正超分子光化学实验室中国科学院理化技术研究所,荧光传感器简介荧光传感器的分类和检测机理反应型荧光传感器的研究进展反应型荧光传感器的机遇与挑战,报告内容,荧光传感器简介,雅布隆斯基图,荧光传感器简介,优点：低成本；实时实地检测；活 体检测;操作简单；便携,应用：生物医学、环境检测、食品安全,A.P.de Silva et al Chem.Rev.1997,97,1515-1566K.Kikuchi Chem.Soc.Rev.2010,39,2048-2035 S.J.Lippard et al Chem.Rev.2008,108,3443-3408(Hg2+)C.J.Ch

2、ang,Chem.Rev.2008,108,1517-1549(金属离子）J.Yoon et al Chem.Soc.Rev.2010,39,1996-2006(Zn2+)F.Li et al Chem.Soc.Rev.2010,39,3007-3030(磷光传感器）W.S.Han et al Chem.Soc.Rev.2009,38,1904-1915(荧光传感材料）T.M.Swager et al Chem.Rev.2007,107,1339-1386,反应型荧光传感器的研究进展,H.Kobayashi et al Chem.Rev.2010,110,2620-2640(生物医学）J.Yo

3、on et al Acc.Chem.Res.2009,42,23-31D.G.Cho et al Chem.Soc.Rev.2009,38,1647-1662J.Yoon et al Chem.Soc.Rev.2010,39,127-137S.J.Lippard et al Acc.Chem.Res.2009,42,193-203J.S.Kim et al Chem.Rev.2007,107,3780-3799.N.Boens et al Chem.Soc.Rev.2012,41,1130-1172J.Yoon et al Chem.Soc.Rev.2012,41,52-67 H.Tian e

4、t al Chem.Soc.Rev.2011,40,79-93 C.J.Chang,Nat.Chem.2012,4,973-984 F.Li,Chem.Rev.2013,113,192-270 J.S.Kim,Chem.Rev.2013,DOI:10.1021/cr300358b W.Lin,Acc.Chem.Res.2013,DOI:10.1021/ar300273v,反应型荧光传感器的研究进展,荧光传感器的分类和检测机理,Photo induced electron transfer(PET)systemsFrster resonance energy transfer(FRET)syst

5、emsIntermolecular charge transfer systemsMonomer-excimer systems,按照引起荧光基团发光性能变化机理不同可分为：,Photo-induced electron transfer(PET)systems,荧光传感器的分类和检测机理,A.P.de Silva et al Chem.Rev.1997,97,1515-1566,Photo induced electron transfer(PET)systems,荧光传感器的分类和检测机理,A.P.de Silva et al Chem.Rev.1997,97,1515-1566,Phot

6、o induced electron transfer(PET)systems,荧光传感器的分类和检测机理,A.P.de Silva et al Chem.Rev.1997,97,1515-1566,K+荧光传感器,荧光传感器的分类和检测机理,Frster resonance energy transfer(FRET)systems,W.Lin,Acc.Chem.Res.2013,DOI:10.1021/ar300273v,荧光传感器的分类和检测机理,Frster resonance energy transfer(FRET)systems,W.Lin,Acc.Chem.Res.2013,DO

7、I:10.1021/ar300273v,荧光传感器的分类和检测机理,Internal charge transfer(ICT)systems,A.P.de Silva et al Chem.Rev.1997,97,1515-1566,荧光传感器的分类和检测机理,Internal charge transfer(ICT)systems,P.Wang,Chem.Commun.2010,46,5710-5712,荧光传感器的分类和检测机理,Internal charge transfer(ICT)systems,P.Wang,Chem.Commun.2010,46,5710-5712,荧光传感器的分

8、类和检测机理,Monomer-excimer systems,A.P.de Silva et al Chem.Rev.1997,97,1515-1566,Wang et al Org.Lett.2010,12，4014,荧光传感器的分类和检测机理,Monomer-excimer systems,基于弱相互作用的荧光传感器基于化学反应的荧光传感器（反应型荧光传感器）,荧光传感器的分类和检测机理,按照传感器和被检物作用机理不同可分为：,荧光传感器的分类和检测机理,基于弱相互作用的荧光传感器,配位键氢键Pi-pi静电,A.P.de Silva et al Chem.Rev.1997,97,1515-

9、1566,S.J.Lippard et al Acc.Chem.Res.2009,42,193-203,荧光传感器的分类和检测机理,基于弱相互作用的荧光传感器,荧光传感器的分类和检测机理,Wang et al Chem.Commun.,2010,46,24352437,基于弱相互作用的荧光传感器,基于化学反应的荧光传感器,荧光传感器的分类和检测机理,主-客体弱相互作用,化学反应成键/断键,基于化学反应的荧光传感器,荧光传感器的分类和检测机理,具有良好的选择性可用于中性小分子检测可用于生物大分子检测,反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（F-、CN-、ClO-)阳离子（Hg2+,Cu+,Pb2+)

10、中性小分子(硫醇，H2S,H2O2,O3,NO),反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（CN-),反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（CN-),反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（CN-),反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（CN-),Q.-Z.Yang et al,Sensors and Actuators B 168(2012)14 19,反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（F-),Org.Lett.,2010,12,628.,Angew.Chem.Int.Ed.,2010,49,1,反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（F-）,Org.Lett.,2010,12,1400.,反应型荧光传感器

11、的研究进展,阴离子（F-),反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（F-),反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（ClO-),Chem.Commun.,2011,47,7583-7601,反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Hg2+),反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Hg2+),反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Hg2+),J.Am.Chem.Soc.2008,130,16460,反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Hg2+),J.Am.Chem.Soc.2011,133,2556,反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Hg2+),反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Hg2+),反应型荧光传感器

12、的研究进展,阳离子（Cu2+),反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Cu2+),Org.Lett.,2008,10,213.,反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Cu+),反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Pb2+),Anal.Chem.2010,82,5005,反应型荧光传感器的研究进展,J.Am.Chem.Soc.2004,126,15392-15393,http:/,中性小分子（H2O2）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2O2）,http:/,J.Am.Chem.Soc.2005,127,16652,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2O2）,http:/,J.Am

13、.Chem.Soc.2006,128,9640-9641,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2O2）,http:/,J.Am.Chem.Soc.2008,130,4596-4597,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2O2）,http:/,J.Am.Chem.Soc.2008,130,9638-9639,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2O2）,J.Am.Chem.Soc.，2011,133,10629.,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（1O2）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（1O2）,Chemical Communications,2011,47:

14、7386,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（O3）,Nature Chem.2009,1,316,反应型荧光传感器的研究进展,J.Am.Chem.Soc.，2005,127,3684.,中性小分子（NO）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（NO）,Inorg.Chem.,2010,49,6338,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,在维持生物体氧化还原平衡、调节细胞增生以及机体免疫应答等过程中起着重要作用。,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,反应型荧光传感器的研

15、究进展,中性小分子（硫醇）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,J Am Chem Soc,2007,129,11666,Chem Commun,2009,35 5293,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,挑战性：结构和反应活性相似，难以区分,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,我们利用上述两步反应机制，发展了高选择性检测GSH的荧光探针。,Q.-Z.Yang et al,J.Am.Chem.Soc.2012,134,18928,反应型荧光传感器的研究进展,中性

16、小分子（硫醇）,Q.-Z.Yang*et al,J.Am.Chem.Soc.2012,134,18928,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,绿色通道 红色通道 荧光强度比值(500-550 nm)(570-620 nm),HeLa细胞用1a 孵育后的共聚焦照片,HeLa细胞先用二酰胺选择性氧化掉GSH后，再用1a孵育后的共聚焦照片,明场照片,Q.-Z.Yang et al,J.Am.Chem.Soc.2012,134,18928,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,基于上述原理，进一步发展了一类细胞内选择性检测半胱氨酸的荧光化学传感器。,Q.-Z.Yang et al

17、,Chem.Commun.2013,49,1294-1296,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,1a 加入Cys 荧光随时间变化;1a 加入GSH,Cys 和Hcy的荧光光谱,(a),(b),细胞内检测Cys,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2S）,反应型荧光传感器的研究进展,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2S）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2S）,Chemical Communications,2012,48(23):2852-4,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2S）,Nature Commun.,反应型荧光传感器的研究进展,中性

18、小分子（H2S）,Nature Commun.,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2S）,Nature Commun.,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2S）,Nature Commun.,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2S）,反应型荧光传感器的研究进展,生物大分子（b-内酰胺酶）,反应型荧光传感器的机遇与挑战,在生物医学、环境及食品安全检测等领域有着广泛的应用前景。,由于对一些检测物没有合适的反应用于传感器的设计，使得该方法的应用范围还很有限。该方法检测需要一定的反应时间完成化学反应，但目前所用的有些方法反应速度慢，影响了检测的响应速度。同其他传感器一样，检测灵

19、敏度问题也是该类化学传感器所面临的一个很大的挑战。,面临的问题：,荧光传感阵列,Differential sensing using a hypothetical array-based sensor,Anzenbacher et al.Chem.Soc.Rev.,2010,39,39543979,Principal component analysis(PCA)Hierarchical clustering analysis(HCA)Linear discriminant analysis(LDA),荧光传感阵列,Nature Chemistry,2009,562-567,荧光传感阵列,Na

20、ture Chemistry,2009,562-567,荧光传感阵列,J.AM.CHEM.SOC.,2008,10307-10314,荧光传感阵列,J.AM.CHEM.SOC.,2008,10307-10314,荧光传感阵列,Strong fluorescenceThe receptor should be capable of chelating strongly with heavy metal ionsThe indicators should have similar photophysical propertiesThe complicated indicator systhesis

21、 should be avoided.,The design of fluorometric sensor array,荧光传感阵列,Anal.Chim.Act.2013,775,93-99,荧光传感阵列,Anal.Chim.Act.2013,775,93-99,荧光传感阵列,Anal.Chim.Act.2013,775,93-99,荧光传感阵列,Cd 5M,Fluorescent,“Before”,“After”,“Before”,“After”,Cd 50M,Raw Images,Anal.Chim.Act.2013,775,93-99,荧光传感阵列,Anal.Chim.Act.2013,775,93-99,荧光传感阵列,Anal.Chim.Act.2013,775,93-99,荧光传感阵列,Anal.Chim.Act.2013,775,93-99,荧光传感阵列,Anal.Chim.Act.2013,775,93-99,荧光传感阵列,Cu2+,Co2+,Ag+,5 uM,10 uM,50 uM,Anal.Chim.Act.2013,775,93-99,荧光传感阵列,Anal.Chim.Act.2013,775,93-99,谢谢！,