荧光探针的应用与进展

荧光探针技术的应用与进展学生学号前言：1、荧光探针技术广泛应用于生物检测，对于药物控释、靶向给药、检测药效方面可以针对性的进行定性或定量的研究和表征。识别作用可以标记含有特定基团的生物大分子如蛋白质、抗原抗体、核酸、酶以及聚合物。2、荧光探针具有特别强的可设计性，本身的结构设计与高分子密切相关。什么是荧光？什么是荧光分析？什么是荧光探针技术？当紫外光照射到某些物质时，这些物质会发射出不同颜色和不同强度的可见光，当紫外光停止照射时，这种光线也随之消失，这种光线称为荧光。利用某些物质被紫外光照射后所产生的能够反映出该物质特性的荧光进行该物质的定性分析和定量分析的方法，称为荧光分析。指人们用强荧光的标记试剂或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，从而实现对待测物质的定性定量分析。FSRhvstronglyfluorescentFluorephoreSpacerReceptorAnalyte荧光探针分子的结构荧光探针分子通常由三部分组成：识别基团（receptor）荧光基团（fluorophore）连接体部分（spacer）识别基团也称受体决定了探针分子的选择性和特异性，荧光基团则决定了识别的灵敏度，而连接体部分则可起到分子识别枢纽的作用。分类优点影响因素选择原则目前应用应用举例应用进展荧光探针的分类荧光探针化学荧光探针有机小分子探针纳米荧光探针基因荧光探针荧光蛋白藻红蛋白苯系衍生物、萘系衍生物、吡啶衍生物、喹啉衍生物、香豆素衍生物、芘类衍生物和苯并五元杂环类衍生物等研究最多的是半导体纳米微粒，也称为量子点绿色荧光蛋白、增强绿色荧光蛋白、红色荧光蛋白等荧光探针的优点：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影响荧光探针性质的因素：内因外因具有大的共轭π键结构具有刚性的平面结构取代基团为给电子取代基给电子取代基如：-NH2，-NR2，-OH，-OR和-CN。吸电子取代基如：-C=O，-COOH，-CHO，-NO2和-溶液的PH值、温度激发光源的选择溶剂的性质如极性、介电常数染料分子间相互作用等荧光探针的选择原则（1）荧光的定性或定量定性一般选择单波长激发探针，定量最好选择双波长激发的比率探针（2）荧光探针的特异性和毒性（3）荧光探针的适用PH（4）激发波长与发射波长斯托克斯位移（5）荧光强度与荧光寿命（6）光稳定性、漂白性（7）荧光量子产率荧光探针的目前应用：大多数生物分子本身荧光较弱或基本无荧光，检测灵敏度较差，使得荧光探针检测技术的应用成为客观可能，广泛应用于生物分析以及分析化学中。常用于标记抗原抗体和核酸，还可以检测蛋白质的活性点位，细胞检测免疫，研究DNA碱基损伤修复以及药物分子的化学反应活性，尤其在肿瘤识别过程中起到了重要的作用。荧光探针应用举例:12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。荧光探针的应用进展RatiometricFluorescentPatternforSensingProteinsUsingAqueousPolymer-Pyrene/γ-CyclodextrinInclusionComplexes中国科学院化学研究所的齐莉等科研人员，创新性地提出了发展一类基于聚合物-芘/γ-环糊精主客体复合物的比率型荧光探针进行蛋白识别。AnalyticalChemistry（Anal.Chem.,2016,88,1821-1826）荧光探针的应用进展AnalyticalChemistry（Anal.Chem.,2016,88,1821-1826）Usingthetwokindsofinclusioncomplexes,detectionanddifferentiationoffourproteins(serumalbumin,myoglobin,pepsin,andconcanavalinA)荧光探针的应用进展AnalyticalChemistry（Anal.Chem.,2016,88,1821-1826）结论利用所合成制备的两种不同的Polymer-Py/γ-CD主客体复合物，实现了对四种不同蛋白样品的特异性识别检测。不同的聚合物链与不同的蛋白的结合常数不同，因而所构建的聚合物基质荧光探针对蛋白具有良好的选择性。而通过调节聚合物链的长度，还可进一步调节蛋白识别检测的灵敏度和选择性。这个方法不但制备简单、普适性强，而且具有较高的荧光检测灵敏度和较强的蛋白识别选择性，为构建新型聚合物基质的主客体复合物荧光探针的制备及蛋白识别分析提供了新的研究思路。AnalyticalChemistry（Anal.Chem.,2016,88,1821-1826）荧光探针的应用进展荧光探针的应用进展SimultaneousNear-InfraredandTwo-PhotonInVivoImagingofH2O2UsingaRatiometricFluorescentProbebasedontheUniqueOxidativeRearrangementofOxonium利用比率荧光探针实现在体内对H2O2的近红外和双光子成像Adv.Mater.,2016,DOI:10.1002/adma.201602939背景：活性氧簇（ROS）是一类对生物分子具有很高反应性的含氧分子，ROS在很多生理和病理学进程中扮演着重要角色。过氧化氢（H2O2）是主要的一种ROS，它是细胞生长、繁殖和分化的重要信使。但是过量的H2O2通常预示着疾病，如癌症、神经衰退和心血管疾病等。因此发展能检测体内的H2O2的方法至关重要。原理：用BC代表文中设计的探针。BC含有特殊的H2O2反应位点，能与H2O2反应（其它生物分子则几乎不反应），反应后BC472nm处的荧光强度增加，而693nm处的荧光强度则减弱，这两种荧光的比例与H2O2的浓度呈线性关系。同时BC与H2O2反应后可以释放一种双光子荧光染料，染料可以吸收760nm的近红外光而发出绿光，从而对H2O2进行成像。荧光探针的应用进展Adv.Mater.,2016,DOI:10.1002/adma.201602939（A）相同浓度BC在不同H2O2浓度时的吸收光谱（B）PBS溶液中，相同浓度BC在不同H2O2浓度时的荧光光谱（激发光波长为410nm（C）472nm和693nm光强比率与H2O2浓度的线性关系（D）用不同种类分子处理BC时472nm和693nm的光强比率，激发光波长为410nm。荧光BC与H2O2反应导致的吸收和发射光的变化荧光探针的应用进展Adv.Mater.,2016,DOI:10.1002/adma.201602939（A）a1-a4为巨吞噬细胞的图片b1-b4为用BC处理的细胞的图片c1-c4为用BC+PMA处理的细胞的图片（PMA能刺激产生H2O2）绿色a1-c1和红色a2-c2荧光通道为单光子成像OP模式，a3-c3是明场细胞图片与绿色和红色通道合并的图片，a4-c4是双光子成像TP模式。（B）图A中相对荧光强度的量化；（C）从图B中得到的绿光和红光强度的比率。荧光探针的应用进展2016年1月6日，Science子刊《ScienceTranslationalMedicine》发表一篇将利用荧光探针成像从而提高肿瘤切除完全概率的文章。来自于杜克大学、麻省理工学院（MIT）和Lumicell公司的研究团队共同研发出一种含有荧光探针能够识别、标记癌变组织的蓝色制剂——LUMO15，借助外源设备能够帮助外科医生优化肿瘤切除手术，以及提高放疗精准度。2016年7月NatureBiotechnology杂志发表一篇《一个能够用于双色显微成像和增强生物发光的青色光可激发的橙色荧光蛋白》实现了单一波长激发双色荧光成像。来自中国科学院深圳先进技术研究院储军主持研发了目前最高灵敏度的生物发光探针Antares，为活体内细胞追踪提供了高灵敏的平台，实现了在小鼠脑内单一波长激发双色荧光成像和高灵敏的生物发光成像。论文发表后作为NatureMethods研究亮点，受到高度评价。谢谢观看恳请老师和同学们批评指正！