熒光探針的應用與進展

1、熒光探針技術(shù)的應用與進展 學生學生學號前言：1、熒光探針技術(shù)廣泛應用于生物檢測，對于藥物控釋、靶向給藥、檢測藥效方面可以針對性的進行定性或定量的研究和表征。識別作用可以標記含有特定基團的生物大分子如蛋白質(zhì)、抗原抗體、核酸、酶以及聚合物。2、熒光探針具有特別強的可設計性，本身的結(jié)構(gòu)設計與高分子密切相關(guān)。什么是熒光？什么是熒光分析？什么是熒光探針技術(shù)？當紫外光照射到某些物質(zhì)時，這些物質(zhì)會發(fā)射出不同顏色和不同強度的可見光，當紫外光停止照射時，這種光線也隨之消失，這種光線稱為熒光。利用某些物質(zhì)被紫外光照射后所產(chǎn)生的能夠反映出該物質(zhì)特性的熒光進行該物質(zhì)的定性分析和定量分析的方法，稱為熒光分析。指人們用強

2、熒光的標記試劑或光生成試劑對待測物進行標記或衍生，生成具有高熒光強度的共價或非共價結(jié)合的物質(zhì)，從而實現(xiàn)對待測物質(zhì)的定性定量分析。FSRhvstrongly fluorescentFluorephoreSpacerReceptorAnalyte熒光探針分子的結(jié)構(gòu)熒光探針分子的結(jié)構(gòu)熒光探針分子通常由三部分組成：識別基團（receptor）熒光基團（fluorophore）連接體部分（spacer）識別基團也稱受體決定了探針分子的選擇性和特異性，熒光基團則決定了識別的靈敏度，而連接體部分則可起到分子識別樞紐的作用。分類優(yōu)點影響因素選擇原則目前應用應用舉例應用進展熒光探針的分類熒光探針的分類熒光探針化

3、學熒光探針有機小分子探針納米熒光探針基因熒光探針熒光蛋白藻紅蛋白苯系衍生物、萘系衍生物、吡啶衍生物、喹啉衍生物、香豆素衍生物、芘類衍生物和苯并五元雜環(huán)類衍生物等研究最多的是半導體納米微粒，也稱為量子點綠色熒光蛋白、增強綠色熒光蛋白、紅色熒光蛋白等熒光探針的優(yōu)點：靈敏度高選擇性好使用方便成本低不需預處理不受外界電磁場影響遠距離發(fā)光影響熒光探針性質(zhì)的因素：內(nèi)因外因具有大的共軛鍵結(jié)構(gòu)具有剛性的平面結(jié)構(gòu)取代基團為給電子取代基給電子取代基如：-NH2，-NR2，-OH，-OR和-CN。吸電子取代基如：-C = O，-COOH，-CHO，-NO2和-溶液的PH值、溫度激發(fā)光源的選擇溶劑的性質(zhì)如極性、介電常

4、數(shù)染料分子間相互作用等熒光探針的選擇原則（1）熒光的定性或定量 定性一般選擇單波長激發(fā)探針，定量最好選擇雙波長激發(fā)的比率探針（2）熒光探針的特異性和毒性（3）熒光探針的適用PH（4）激發(fā)波長與發(fā)射波長 斯托克斯位移（5）熒光強度與熒光壽命（6）光穩(wěn)定性、漂白性（7）熒光量子產(chǎn)率 熒光探針的目前應用：大多數(shù)生物分子本身熒光較弱或基本無熒光，檢測靈敏度較差，使得熒光探針檢測技術(shù)的應用成為客觀可能，廣泛應用于生物分析以及分析化學中。常用于標記抗原抗體和核酸，還可以檢測蛋白質(zhì)的活性點位，細胞檢測免疫，研究DNA堿基損傷修復以及藥物分子的化學反應活性，尤其在腫瘤識別過程中起到了重要的作用。熒光探針應用舉

5、例:作為熒光基團的香豆素和作為識別基團的鄰氨基苯硫醚以席夫堿相連，加入鋅離子后，與硫醚上的硫原子、席夫堿上的氮原子及香豆素上的氧原子配位得到結(jié)構(gòu)2，抑制了席夫堿上C=N鍵的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了熒光從無到有的變化。熒光探針的應用進展 Ratiometric Fluorescent Pattern for Sensing Proteins Using Aqueous Polymer-Pyrene/-Cyclodextrin Inclusion Complexes 中國科學院化學研究所的齊莉等科研人員，創(chuàng)新性地提出了發(fā)展一類基于聚合物-芘/-環(huán)糊精主客體復合物的比率型熒光探針進行蛋白識別。Analytica

6、l Chemistry（Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826）熒光探針的應用進展 Analytical Chemistry（Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826）Using the two kinds of inclusion complexes,detection and differentiation of four proteins (serum albumin,myoglobin, pepsin, and concanavalin A)熒光探針的應用進展Analytical Chemistry（Anal. Chem., 2016, 8

7、8,1821-1826）結(jié)論 利用所合成制備的兩種不同的Polymer-Py/-CD主客體復合物，實現(xiàn)了對四種不同蛋白樣品的特異性識別檢測。不同的聚合物鏈與不同的蛋白的結(jié)合常數(shù)不同，因而所構(gòu)建的聚合物基質(zhì)熒光探針對蛋白具有良好的選擇性。而通過調(diào)節(jié)聚合物鏈的長度，還可進一步調(diào)節(jié)蛋白識別檢測的靈敏度和選擇性。這個方法不但制備簡單、普適性強，而且具有較高的熒光檢測靈敏度和較強的蛋白識別選擇性，為構(gòu)建新型聚合物基質(zhì)的主客體復合物熒光探針的制備及蛋白識別分析提供了新的研究思路。Analytical Chemistry（Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826）熒光探針的應用進展熒光

8、探針的應用進展Simultaneous Near-Infrared and Two-Photon In Vivo Imaging of H2O2 Using a Ratiometric Fluorescent Probe based on the Unique Oxidative Rearrangement of Oxonium利用比率熒光探針實現(xiàn)在體內(nèi)對H2O2的近紅外和雙光子成像Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201602939背景：活性氧簇（ROS）是一類對生物分子具有很高反應性的含氧分子，ROS在很多生理和病理學進程中扮演著重要角色。過氧化氫（

9、H2O2）是主要的一種ROS，它是細胞生長、繁殖和分化的重要信使。但是過量的H2O2通常預示著疾病，如癌癥、神經(jīng)衰退和心血管疾病等。因此發(fā)展能檢測體內(nèi)的H2O2的方法至關(guān)重要。原理：用BC代表文中設計的探針。BC含有特殊的H2O2反應位點，能與H2O2反應（其它生物分子則幾乎不反應），反應后BC472nm處的熒光強度增加，而693nm處的熒光強度則減弱，這兩種熒光的比例與H2O2的濃度呈線性關(guān)系。同時BC與H2O2反應后可以釋放一種雙光子熒光染料，染料可以吸收760nm的近紅外光而發(fā)出綠光，從而對H2O2進行成像。熒光探針的應用進展Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002

10、/adma.201602939（A）相同濃度BC在不同H2O2濃度時的吸收光譜（B）PBS溶液中，相同濃度BC在不同H2O2濃度時的熒光光譜（激發(fā)光波長為410nm（C）472nm和693nm光強比率與H2O2濃度的線性關(guān)系（D）用不同種類分子處理BC時472nm和693nm的光強比率，激發(fā)光波長為410nm。熒光BC與H2O2反應導致的吸收和發(fā)射光的變化熒光探針的應用進展Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201602939（A）a1-a4為巨吞噬細胞的圖片 b1-b4為用BC處理的細胞的圖片 c1-c4為用BC+PMA處理的細胞的圖片（PMA能刺激產(chǎn)生

11、H2O2）綠色a1-c1和紅色a2-c2熒光通道為單光子成像OP模式，a3-c3是明場細胞圖片與綠色和紅色通道合并的圖片，a4-c4是雙光子成像TP模式。（B）圖A中相對熒光強度的量化； （C）從圖B中得到的綠光和紅光強度的比率。熒光探針的應用進展 2016年1月6日，Science子刊Science Translational Medicine發(fā)表一篇將利用熒光探針成像從而提高腫瘤切除完全概率的文章。來自于杜克大學、麻省理工學院（MIT）和Lumicell公司的研究團隊共同研發(fā)出一種含有熒光探針能夠識別、標記癌變組織的藍色制劑LUMO15，借助外源設備能夠幫助外科醫(yī)生優(yōu)化腫瘤切除手術(shù)，以及提高放療精準度。 2016年7月Nature Biotechnology雜志發(fā)表一篇一個能夠用于雙色顯微成像和增強生物發(fā)