荧光探针的应用与进展
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光，从而对H2O2进行成像。
Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201602939
荧光探针的应用进展
荧光BC与H2O2反应导致的吸收和发射光的变化
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。
荧光探针的应用进展
（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。
什么是荧光？
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。
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）
Fluorephore Spacer Receptor hv
F
S
R
Analyte
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。
Analytical Chemistry（Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826）
荧光探针的应用进展
Using the two kinds of inclusion complexes, detection and differentiation of four proteins (serum albumin,myoglobin, pepsin, and concanavalin A)
strongly fluorescent
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
影响 因素
目前 应用
应用 进展
优点
选择 原则
应用 举例
荧光探针的分类
荧光探针
化学荧光探针 基因荧光探针
有机小分子探针
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
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。
Analytical Chemistry（Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826）
荧光探针的应用进展
Analytical Chemistry（Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826）
荧光探针的应用进展
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。
荧光探针应用举例:
1
2
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
Ratiometric Fluorescent Pattern for Sensing Proteins Using Aqueous Polymer-Pyrene/γCyclodextrin Inclusion Complexes
Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201602939
荧光探针的应用进展
2016年1月6日，Science子 刊《Science Translational Medicine》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。
谢谢观看 恳请老师和同学们批评指正！
知识回顾 Knowledge Review
祝您成功！
纳米荧光探针 研究最多的是半导体纳
米微粒，也称为量子点
荧光蛋白 藻红蛋白
绿色荧光蛋白、增强绿 色荧光蛋白、Βιβλιοθήκη Baidu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
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
2016年7月Nature Biotechnology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Nature Methods研究亮点，受到高 度评价。
Analytical Chemistry（Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826）
荧光探针的应用进展
Simultaneous Near-Infrared and Two-Photon In Vivo Imaging of H2O2 Using a Ratiometric Fluorescent Probe based on the Unique Oxidative Rearrangement of Oxonium 利用比率荧光探针实现在体内对H2O2的近红外和双光子成像
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。
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，
什么是荧光探针技术？ 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。
利用某些物质被紫外光照射后所产生的能够反映出该
什么是荧光分析？ 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。
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
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
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， R（O其S在它很生多物生分子理则和几病乎理不学反进应程）中，扮反演应后着B重C4要72角nm色处的。荧过光氧强化度氢增（加H，2O而2）69是3nm主处 要的荧的光一强种度RO则S减，弱它，是这细两胞种生荧长光、的繁比殖例与和H分2O化2的的浓重度要呈信线使性。关但系是。同过时量B的C与H2H2OO22 通反应常后预可示以着释疾放病一，种如双癌光症子荧、光神染经料衰，退染和料心可血以管吸疾收7病60等nm。的因近此红外发光展而能发检出测绿体 内的H2O2的方法至关重要。
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-
外因
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
Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201602939
荧光探针的应用进展
荧光BC与H2O2反应导致的吸收和发射光的变化
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。
荧光探针的应用进展
（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。
什么是荧光？
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。
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）
Fluorephore Spacer Receptor hv
F
S
R
Analyte
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。
Analytical Chemistry（Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826）
荧光探针的应用进展
Using the two kinds of inclusion complexes, detection and differentiation of four proteins (serum albumin,myoglobin, pepsin, and concanavalin A)
strongly fluorescent
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
影响 因素
目前 应用
应用 进展
优点
选择 原则
应用 举例
荧光探针的分类
荧光探针
化学荧光探针 基因荧光探针
有机小分子探针
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
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。
Analytical Chemistry（Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826）
荧光探针的应用进展
Analytical Chemistry（Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826）
荧光探针的应用进展
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。
荧光探针应用举例:
1
2
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
Ratiometric Fluorescent Pattern for Sensing Proteins Using Aqueous Polymer-Pyrene/γCyclodextrin Inclusion Complexes
Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201602939
荧光探针的应用进展
2016年1月6日，Science子 刊《Science Translational Medicine》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。
谢谢观看 恳请老师和同学们批评指正！
知识回顾 Knowledge Review
祝您成功！
纳米荧光探针 研究最多的是半导体纳
米微粒，也称为量子点
荧光蛋白 藻红蛋白
绿色荧光蛋白、增强绿 色荧光蛋白、Βιβλιοθήκη Baidu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
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
2016年7月Nature Biotechnology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Nature Methods研究亮点，受到高 度评价。
Analytical Chemistry（Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826）
荧光探针的应用进展
Simultaneous Near-Infrared and Two-Photon In Vivo Imaging of H2O2 Using a Ratiometric Fluorescent Probe based on the Unique Oxidative Rearrangement of Oxonium 利用比率荧光探针实现在体内对H2O2的近红外和双光子成像
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。
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，
什么是荧光探针技术？ 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。
利用某些物质被紫外光照射后所产生的能够反映出该
什么是荧光分析？ 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。
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
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
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， R（O其S在它很生多物生分子理则和几病乎理不学反进应程）中，扮反演应后着B重C4要72角nm色处的。荧过光氧强化度氢增（加H，2O而2）69是3nm主处 要的荧的光一强种度RO则S减，弱它，是这细两胞种生荧长光、的繁比殖例与和H分2O化2的的浓重度要呈信线使性。关但系是。同过时量B的C与H2H2OO22 通反应常后预可示以着释疾放病一，种如双癌光症子荧、光神染经料衰，退染和料心可血以管吸疾收7病60等nm。的因近此红外发光展而能发检出测绿体 内的H2O2的方法至关重要。
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-
外因
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