荧光探针的应用与进展.pptx
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有机小分子荧光探针的研究 PPT
一、探针分子与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与较好的选择性。
基于化学计量计法设计的次氯酸根离 子荧光探针
依照次氯酸根能够氧化羟胺的特性,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如此的特性, 因此能够实现对水相中次氯酸根的高选择
2 、分子内电荷转移 (ICT,intramolecular
charge transfer)
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)与吸电子 基团(电子受体,Acceptor),通过π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不基团的一部分。当 识不基团与被分析物结合后,作为识不基团的供电 子部分或拉电子部分的推拉电能力发生的改变,整 个体系的的π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 。
识不基团与被分析物结合之前,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 识不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识不分析物理论示意图
PET过程能够用前线轨道理论具体解释:当识不基团不存在时,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;
5、 有机载体在荧光分子探针中的应用
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与较好的选择性。
基于化学计量计法设计的次氯酸根离 子荧光探针
依照次氯酸根能够氧化羟胺的特性,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如此的特性, 因此能够实现对水相中次氯酸根的高选择
2 、分子内电荷转移 (ICT,intramolecular
charge transfer)
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)与吸电子 基团(电子受体,Acceptor),通过π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不基团的一部分。当 识不基团与被分析物结合后,作为识不基团的供电 子部分或拉电子部分的推拉电能力发生的改变,整 个体系的的π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 。
识不基团与被分析物结合之前,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 识不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识不分析物理论示意图
PET过程能够用前线轨道理论具体解释:当识不基团不存在时,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;
5、 有机载体在荧光分子探针中的应用
稀土荧光探针检测多巴胺及类似物PPT课件
治疗提供有力支持。
研究不足与展望
虽然该方法具有较高的灵敏度 和选择性，但在实际应用中仍 需进一步优化和完善。
对于某些特定样本或复杂基质， 可能需要进行预处理或富集步 骤以提高检测效果。
未来可以尝试将该方法与其他 技术相结合，以提高检测的准 确性和可靠性，降低误差和干 扰。
未来研究方向
深入研究荧光探针与多巴胺及类似物 的相互作用机制，为探针的设计和优 化提供理论支持。
实验结果与分析
荧光光谱分析
通过测量不同浓度的多巴胺及类似物 与稀土荧光探针的荧光光谱，可以观 察到明显的荧光信号变化。
荧光强度与浓度的关系
随着多巴胺及类似物浓度的增加，荧 光强度逐渐增强，表现出良好的线性 关系。
检测限与灵敏度
通过计算检测限和灵敏度，可以评估 该方法的实际应用价值。
干扰实验
考察其他物质对多巴胺及类似物检测 的干扰程度，以确定该方法的特异性。
的准确性。
高选择性
针对目标物质设计荧光探针， 可有效排除其他物质的干扰， 提高检测的选择性。
操作简便
荧光探针检测方法操作简便， 可实现快速、方便的检测，适 合于现场检测和临床应用。
广泛适用性
荧光探针检测方法可适用于多 种不同类型样本的检测，如生
物体液、组织切片等。
04
稀土荧光探针在多巴胺及类似物检测
不易受环境因素影响，稳定性 高。
稀土荧光探针的应用领域
生物成像
利用稀土荧光探针标记 生物分子，进行细胞和
组织成像。
化学分析
检测气体、液体和固体 样品中的目标分析物。
光学器件
制造高效、稳定的光学 器件，如激光器、发光
二极管等。
能源领域
研究太阳能电池、发光 材料等能源相关领域的
研究不足与展望
虽然该方法具有较高的灵敏度 和选择性，但在实际应用中仍 需进一步优化和完善。
对于某些特定样本或复杂基质， 可能需要进行预处理或富集步 骤以提高检测效果。
未来可以尝试将该方法与其他 技术相结合，以提高检测的准 确性和可靠性，降低误差和干 扰。
未来研究方向
深入研究荧光探针与多巴胺及类似物 的相互作用机制，为探针的设计和优 化提供理论支持。
实验结果与分析
荧光光谱分析
通过测量不同浓度的多巴胺及类似物 与稀土荧光探针的荧光光谱，可以观 察到明显的荧光信号变化。
荧光强度与浓度的关系
随着多巴胺及类似物浓度的增加，荧 光强度逐渐增强，表现出良好的线性 关系。
检测限与灵敏度
通过计算检测限和灵敏度，可以评估 该方法的实际应用价值。
干扰实验
考察其他物质对多巴胺及类似物检测 的干扰程度，以确定该方法的特异性。
的准确性。
高选择性
针对目标物质设计荧光探针， 可有效排除其他物质的干扰， 提高检测的选择性。
操作简便
荧光探针检测方法操作简便， 可实现快速、方便的检测，适 合于现场检测和临床应用。
广泛适用性
荧光探针检测方法可适用于多 种不同类型样本的检测，如生
物体液、组织切片等。
04
稀土荧光探针在多巴胺及类似物检测
不易受环境因素影响，稳定性 高。
稀土荧光探针的应用领域
生物成像
利用稀土荧光探针标记 生物分子，进行细胞和
组织成像。
化学分析
检测气体、液体和固体 样品中的目标分析物。
光学器件
制造高效、稳定的光学 器件，如激光器、发光
二极管等。
能源领域
研究太阳能电池、发光 材料等能源相关领域的
荧光探针 ppt课件
实验结论
RA荧光探针有如下优点：
①
灵敏度高、 选择性好
②
其荧光发射 波长在可见 区，用在细 胞中可避免 细胞自身荧 光和背景散 射的影响。
③
激发波长所 需的能量较 低,避免了高 能量的激发 波长对细胞 造成的潜在 伤害
。
④
在水溶液中 检测Cu2+的 有效pH范围 宽。
欢
迎 提
问
Thyoaunk
End
0 1
研究背景
检测原理
0 2
0 3
实验部分
实验结论
0
4
研究背景
Cu2 +
Cu2 + 生物体中基本的微量元素一; 生物体内过量摄入的铜也会产 生毒性; 采用荧光探针的方法检测铜离 子，尤其是跟踪其在化学反应 和生命活动中的作用过程具有 重要的意义．
检测原理
背景知识---荧光探针
• 典型的荧光探针由识别基团(受体)，荧光团和连接二者的 连接基团所组成。受体和底物结合后,导致受体分子光物理性 质的变化,具体表现为荧光团部分发生突光猝灭或增强。
实验部分
二、溶剂体系对RA和Cu2+反应的影响
可见，纯水或在纯乙腈中，Cu2+和探 针RA之间相互作用不明显，体系的荧 光强度很弱。当CH3CN/H2O的体积比 在1B9~9B1之间时，探针RA可对Cu2+ 进行很好地识别。其中，CH3CN/H2O 的体积比为1：1时，荧光强度已接近 最大；再增加乙腈的含量，虽然体系 的荧光强度未降低，但增加有机试剂 的用量对环境和生物体系的测试均不 利，因此选择V(CH3CN) /V(H2O)=1： 1进行测试。
Cu2+浓度逐渐增大，RA的荧光 强度大幅度增加，最大发射波长 由565 nm红移到571 nm，也证 明了探针分子发生了开环，形成 了共轭体系较大的荧光体系。
荧光探针
到的输出信号。信号报告基团起到了信息传输
的作用，它把分子水平上发生的化学信息转换
成能够为人感知(颜色变化)或仪器检测的信号(
荧光等)。
连接基团(S)，将信号报告基团和识别结合基
团连接起来，根据设计的不同连接基团可有多
种选择，一般用做连接基团的是亚甲基等短链
烷基。连接基团的合适与否将直接影响是否有
输出信号的产生。信号表达可以是荧光的增强
作为一个检测标准
• 选用GAPDH作为内标基因
− FAM标记的ERBB2探针
− VIC标记的GAPDH探针
• 构建标准曲线
• 双重PCR反应
• 阴性对照
− 无RNA对照（空白）
− 无逆转录酶对照（基因组）
标准曲线
Color 1 – FAM
detection for
ERBB2
Color 2 - VIC
实时荧光PCR病毒检测
实时荧光PCR基因突变和临床
实时荧光PCR遗传病研究中应用
实时荧光PCR在肿瘤中应用
实时荧光PCR在环境微生物检测的应用
实时荧光PCR在肿瘤中应用
利用TaqMan法研究ERBB2 在正常或乳腺肿瘤组
织标本中的表达差异（相对标准曲线法）
• 已知在50%的乳腺肿瘤样本中，ERBB2表达异常，因此可以
− 灵敏度低
TaqMan探针法
• 水解型
− 报告基团，淬灭基团
− FRET（荧光谐振能量传递）
− 识别特异性产物
• 优点
− 特异性高，可准确定量
− 灵敏度高
− 设计不同标记的探针，可进行多重检测
• 缺点
− 一个探针只适用于一个为Fret机制没有荧光产生
发生水解fret机制消失，荧光发生
的作用，它把分子水平上发生的化学信息转换
成能够为人感知(颜色变化)或仪器检测的信号(
荧光等)。
连接基团(S)，将信号报告基团和识别结合基
团连接起来，根据设计的不同连接基团可有多
种选择，一般用做连接基团的是亚甲基等短链
烷基。连接基团的合适与否将直接影响是否有
输出信号的产生。信号表达可以是荧光的增强
作为一个检测标准
• 选用GAPDH作为内标基因
− FAM标记的ERBB2探针
− VIC标记的GAPDH探针
• 构建标准曲线
• 双重PCR反应
• 阴性对照
− 无RNA对照（空白）
− 无逆转录酶对照（基因组）
标准曲线
Color 1 – FAM
detection for
ERBB2
Color 2 - VIC
实时荧光PCR病毒检测
实时荧光PCR基因突变和临床
实时荧光PCR遗传病研究中应用
实时荧光PCR在肿瘤中应用
实时荧光PCR在环境微生物检测的应用
实时荧光PCR在肿瘤中应用
利用TaqMan法研究ERBB2 在正常或乳腺肿瘤组
织标本中的表达差异（相对标准曲线法）
• 已知在50%的乳腺肿瘤样本中，ERBB2表达异常，因此可以
− 灵敏度低
TaqMan探针法
• 水解型
− 报告基团，淬灭基团
− FRET（荧光谐振能量传递）
− 识别特异性产物
• 优点
− 特异性高，可准确定量
− 灵敏度高
− 设计不同标记的探针，可进行多重检测
• 缺点
− 一个探针只适用于一个为Fret机制没有荧光产生
发生水解fret机制消失，荧光发生
荧光探针技术的应用和发展
荧光探针技术的应用和发展荧光探针技术是近年来发展迅速的一种化学分析技术，它广泛应用于生物医学、环境监测、食品安全等领域。
本文将从荧光探针的基本原理、应用场景以及未来发展方向三个方面，深入探讨荧光探针技术的应用和发展。
荧光探针的基本原理荧光探针是指一类能够发出荧光信号的化合物，其一般由两个部分组成：感受器和响应器。
感受器是一种可感知待检测样品中所含的目标化合物或参数的物质，响应器则是能转换感受器信号为荧光信号的物质。
当感受器与目标化合物或参数结合时，响应器发生某种变化，导致相应的荧光信号发生变化，从而实现对样品的检测和分析。
荧光探针的优点在于其高灵敏度、高选择性和非侵入性，可以实现快速、准确地监测多种目标化合物或参数，例如蛋白质、DNA、药物、病毒、细菌等。
同时，荧光探针还具有分子发光稳定、可控性强、测量自动化程度高等特点，能够满足现代化学分析的需求。
荧光探针的应用场景荧光探针技术在生物医学、环境监测、食品安全等方面均有广泛的应用。
以下将分别探讨其应用场景。
生物医学方面：荧光探针技术在临床医学、分子诊断和药物研发等领域得到了广泛应用。
例如，在癌症的早期诊断方面，荧光探针技术可以实现针对肿瘤生长、代谢和转移的特定标志物的检测，从而提高诊断准确度。
此外，荧光探针技术还可以用于实现特定蛋白质在活细胞中的定位和监测，有助于了解生命体系的运作机制。
环境监测方面：荧光探针技术可以实现对环境污染源的高灵敏监测。
例如，荧光探针可以用于监测水体中的重金属离子浓度，从而实现对水体质量的监测与评估。
此外，荧光探针还可以用于检测大气中的有害气体浓度、土壤中的有机化合物含量等。
食品安全方面：荧光探针技术可以用于监测食品中的农药残留、致病微生物和食品添加剂等有害物质。
例如，荧光探针可以实现对食品中的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等有害微生物的快速检测。
此外，荧光探针还可以用于对食品中的亚硝酸盐、硝酸盐、二氧化硫等添加剂的监测与检测。
荧光探针的应用与进展课件
环境监测
污染物检测
荧光探针可以用于检测水体、土 壤等环境中的有害物质，如重金 属、有机污染物等，为环境污染 治理和生态保护提供技术支持。
生物毒性测试
荧光探针可以用来评估化学物质 对生物体的毒性作用，通过观察 荧光信号的变化，快速、准确地
评估环境中有害物质的风险。
生态研究
利用荧光探针标记生物个体或种 群，通过观察荧光信号的分布和 动态变化，研究生物在生态系统
开发适用于环境监测和食品安全检测的荧光探针，保障人类健康和 生态安全。
加强荧光探针的基础研究与人才培养
基础研究投入
加大对荧光探针基础研究的投入 ，支持科研团队开展创新性研究 ，推动荧光探针技术的持续发展 。
人才培养与交流
加强荧光探针领域的人才培养和 学术交流，鼓励跨学科合作与交 流，促进荧光探针技术的普及和 应用。
荧光探针与其他技术的结合应用
总结词
荧光探针与其他技术的结合应用是荧光探针领域的重 要发展方向，通过将荧光探针与其他技术相结合，可 以实现更高效、更准确的检测和诊断。
详细描述
随着各种技术的不断发展，研究者们将荧光探针与其 他技术相结合，如光学成像技术、质谱技术、纳米技 术等。这些技术的结合可以充分发挥各自的优势，提 高荧光探针的应用范围和效果。例如，将荧光探针与 光学成像技术相结合，可以实现生物体内的高清成像 和可视化检测；将荧光探针与质谱技术相结合，可以 实现蛋白质组学和代谢组学的高灵敏度检测。
荧光探针的分类
总结词
荧光探针可以根据激发波长、发射波长、荧光染料类型等进 行分类。
详细描述
根据激发波长，荧光探针可以分为紫外激发和可见光激发两 类；根据发射波长，可以分为长波长发射和短波长发射两类 ；根据荧光染料类型，可以分为荧光染料、荧光量子点、荧 光蛋白等类型。
荧光探针
SYBR Green I法
• 结合双链DNA分子小沟
− 延伸结束，形成双链DNA，SYBR Green
结合到双螺旋小沟中，当受到适合光
源激发，发射出荧光，反映产物浓度
• 优点
− 使用方便，无需复杂的设计
− 成本较低
• 缺点
− 与非特异性产物结合，无模板特异性
− 试验方法较难优化
− 灵敏度低
TaqMan探针法
三个：
识别结合基团(R)，能选择性地与被分析物结
合，并使传感器所处的化学环境发生改变。这
种结合可以通过配位键，氢键等作用实现。
信号报告基团(发色团, F)，把识别基团与被分
析物结合引起的化学环境变化转变为容易观察
到的输出信号。信号报告基团起到了信息传输
的作用，它把分子水平上发生的化学信息转换
成能够为人感知(颜色变化)或仪器检测的信号(
光信号达到设定值的所
经过的扩增循环次数。
Ct值和荧光阈值有关。
荧光信号（扩增产物）
到达阈值时所经过的扩
增循环次数。（Ct值相
对固定）
荧光阈值：在荧光扩增
曲线指数增长期设定的
一个荧光强度标准。是
循环开始3～15个循环
的荧光信号的标准偏差
的10倍，设定在扩增曲
线指数增长期。
对于一个理想 PCR 反应：
荧光等)。
连接基团(S)，将信号报告基团和识别结合基
团连接起来，根据设计的不同连接基团可有多
种选择，一般用做连接基团的是亚甲基等短链
烷基。连接基团的合适与否将直接影响是否有
输出信号的产生。信号表达可以是荧光的增强
或减弱、光谱的移动、荧光寿命的变化等。
行业PPT模板：/hangye/
荧光探针应用技术ppt课件
1
3
4
5
6
7
荧光是一种光致发光的冷发光现象。 当某种常温物质经某种波长的入射光 （通常是紫外线或X射线）照射，吸收光 能后进入激发态，并发射出比入射光的 的波长更长的发射光（通常波长在可见 光波段） 而且一旦停止入射光，发光现象也随之 立即消失。 具有这种性质的发射光就被称之为荧光。
53
生物医学研究与 荧光探针
54
55
原代培养视网膜色素上皮细胞细胞骨架的破坏 56
57
3T3-L1 cells
Adipose Triglyceride Lipase Lipid droplets DAPI fluorescent DNA dye
58
2009-10-16 20:20
59
60
在许多领域荧光探针已经取代放射性核素
标记技术成为标准的研究工具，在检测速度 和易用性方面都具有无可比拟的优点
随着激光扫描共聚焦显微镜在国内的引进
和广泛应用，以及流式细胞仪和荧光显微镜 在国内的普及，对各种荧光标记物的需求和 了解日益迫切。
73
主要内容
1. 荧光探针发展简史 2. 荧光探针基本理论及选择应用 3. 荧光探针负载技术 4. 绿色荧光蛋白的发现及其应用 5. 超敏检测技术 6. 荧光探针在病原生物学领域的应用 7. 激光扫描共聚焦显微镜技术简介及其荧光探针选择 8. 分子信标的原理、量子点荧光探针等介绍 9. 免疫荧光组织化学技术原理及应用
3
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荧光是一种光致发光的冷发光现象。 当某种常温物质经某种波长的入射光 （通常是紫外线或X射线）照射，吸收光 能后进入激发态，并发射出比入射光的 的波长更长的发射光（通常波长在可见 光波段） 而且一旦停止入射光，发光现象也随之 立即消失。 具有这种性质的发射光就被称之为荧光。
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生物医学研究与 荧光探针
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原代培养视网膜色素上皮细胞细胞骨架的破坏 56
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3T3-L1 cells
Adipose Triglyceride Lipase Lipid droplets DAPI fluorescent DNA dye
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在许多领域荧光探针已经取代放射性核素
标记技术成为标准的研究工具，在检测速度 和易用性方面都具有无可比拟的优点
随着激光扫描共聚焦显微镜在国内的引进
和广泛应用，以及流式细胞仪和荧光显微镜 在国内的普及，对各种荧光标记物的需求和 了解日益迫切。
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主要内容
1. 荧光探针发展简史 2. 荧光探针基本理论及选择应用 3. 荧光探针负载技术 4. 绿色荧光蛋白的发现及其应用 5. 超敏检测技术 6. 荧光探针在病原生物学领域的应用 7. 激光扫描共聚焦显微镜技术简介及其荧光探针选择 8. 分子信标的原理、量子点荧光探针等介绍 9. 免疫荧光组织化学技术原理及应用
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化学生物学荧光探针发光机理课件
化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
H2O2的检测
中国科学: 化学 2012 年 第42卷 第12期 化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
H2O2的检测
Chem. Commun., 2003, 2728. 化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
H2O2的检测
Tetrahedron Letters 49 (2008) 3045–3048 Tetrahedron Letters 51 (2010) 1152–1154
细胞器靶向性的过氧化氢探针
SNAP-tag 来自烷基鸟嘌呤-DNA烷基转移 酶(O6-alkylguanine-DNAalkyltransferase，hAGT)，该酶是一种 DNA修复蛋白，它的底物是一类苄基嘌呤 和嘧啶的衍生物，包括苄基鸟嘌呤
AGT
SNAP-tag
J. AM. CHEM. SOC. 9 VOL. 132, NO. 12, 2010 ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH ,793– 804 ,2011,Vol. 44, No. 9
化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
分子内电荷转移 ICT（ intramolecular charge transfer）
Tetrahedron ,69 ,2013, 1700 -1704
化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
荧光共振能量转移 FRET（ fluorescence resonace energy transfer ）
• （2）能量供体与能量受体相隔的距离必须远大于它们之 间的碰撞直径（有时甚至为70-100Å）；
• （3）能Ino量rg供. C体he与m.能20量13受, 5体2, 7还43必−须75以2 适当的方式排列。
H2O2的检测
中国科学: 化学 2012 年 第42卷 第12期 化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
H2O2的检测
Chem. Commun., 2003, 2728. 化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
H2O2的检测
Tetrahedron Letters 49 (2008) 3045–3048 Tetrahedron Letters 51 (2010) 1152–1154
细胞器靶向性的过氧化氢探针
SNAP-tag 来自烷基鸟嘌呤-DNA烷基转移 酶(O6-alkylguanine-DNAalkyltransferase，hAGT)，该酶是一种 DNA修复蛋白，它的底物是一类苄基嘌呤 和嘧啶的衍生物，包括苄基鸟嘌呤
AGT
SNAP-tag
J. AM. CHEM. SOC. 9 VOL. 132, NO. 12, 2010 ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH ,793– 804 ,2011,Vol. 44, No. 9
化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
分子内电荷转移 ICT（ intramolecular charge transfer）
Tetrahedron ,69 ,2013, 1700 -1704
化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
荧光共振能量转移 FRET（ fluorescence resonace energy transfer ）
• （2）能量供体与能量受体相隔的距离必须远大于它们之 间的碰撞直径（有时甚至为70-100Å）；
• （3）能Ino量rg供. C体he与m.能20量13受, 5体2, 7还43必−须75以2 适当的方式排列。
荧光探针的研究及应用
荧光探针的研究及应用随着科技的不断发展，荧光探针逐渐成为生命科学研究领域中不可缺少的重要工具。
荧光探针是一种能够发射出荧光信号的分子，在分子生物学、生物医学和化学生物学等领域中有着广泛的应用。
它们可以被用来研究细胞内的分子相互作用、识别生物分子、分析细胞功能，并可以在体内用作活体成像和药物筛选的工具。
本文将简要介绍荧光探针的基本原理、常见的荧光探针类型和其在生物学研究中的应用。
一、荧光探针的基本原理荧光探针的基本原理是荧光共振能量转移（FRET），其通过将荧光分子与生物分子（生物样品）耦合，使两者之间发生相互作用，从而产生能量转移。
FRET 能量转移是从能量接受者的激发态到另一个分子的荧光染料的发射态的一种非辐射性能量转移。
在FRET中，激发荧光染料的光子会被共振耦合到另一个染料的激发态，从而使其发出荧光光子。
这样，在激发荧光染料的时候，可以用荧光染料的荧光光子来检测另一个染料的存在和位置。
荧光探针对于荧光光子的发射特征和其它的生化参数是很敏感的，所以它们可以被用来探测各种细胞和分子。
二、常见的荧光探针类型1. 荧光染料：荧光染料是最常见的荧光探针类型之一，它们有着广泛的应用，可以被用来标记蛋白质、核酸等生物分子。
常见的荧光染料包括荧光素、草铵膦、偶氮染料等。
2. 荧光蛋白：荧光蛋白是一种具有自发荧光性质的蛋白质，其最早源自于水母Aequorea victoria。
荧光蛋白可以用来跟踪胞内或胞外的重要过程，如蛋白质、核酸合成、信号传递等。
3. 量子点：量子点是一种半导体纳米粒子，具有窄的发射光谱、强的光稳定性和较大的荧光量子产率。
这些特点使得量子点成为新一代高亮度及高灵敏度的荧光探针。
三、荧光探针在生物学研究中的应用荧光探针广泛地应用于细胞内信息传递、化学生物学、生物传感、药物筛选和临床诊断等方面。
以下为举几个常见的案例：1. 细胞内信息传递：荧光探针可被用于研究细胞内信号转导、磷酸化和蛋白质相互作用等过程。
荧光探针的应用与进展PPT课件
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。
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
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
荧光探针PPT课件
.
荧光探针
1
.
什么是荧光探针？
荧光探针就是以荧光物质作为指示剂,并在一定波长 光的激发下使指示剂产生荧光,通过检测所产生的荧光实 现对被检测物质的定性或者定量分析。
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。
2
.
荧光探针的优点
12
.
Thanks for attention
13
7
.
分子信标是一种由寡聚核酸形成的发夹型分子。它包 括一个环，环由与靶分子互补的核酸碱基序列组成； 干为两列互补的碱基序列，在分子信标中，荧光基团 共价地连接在其干部分的一个末端，猝灭基团也靠共 价键连接在干部分的另一末端。
8
.
分子信标未与靶分子结合时，由于干部分两列互 补碱基对之间的氢键连接，使得荧光基团与猝灭基团 距离很近，荧光基团将能量转移给猝灭基团而发生荧 光猝灭；当分子信标与序列互补的靶分子结合时，环 与靶序列杂交而形成了比干部分更长更稳定的碱基对 氢键连接，分子信标发生构型的变化，干部分被打开， 从而使荧光基团远离猝灭基团，荧光基团产生的荧光 得到几乎100%恢复，且所检测到的荧光强度与溶液中 靶标的量成正比。
Fluorephore Spacer hv
F
S
Receptor R
Analyte
.
strongly fluorescent
识别基团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。
4
.
荧光基团和识别基团二者连接在同一个共轭体系中，荧 光基团是该体系中最基本的组成部分，一般为芳香族的 稠环化合物，其目的是将分子识别转换成不同形式的荧 光信号，如荧光强度的增强或减弱、荧光寿命的变化、 光谱的移动等。识别基团是为了实现这一选择性识别而 合成的探针结构单元，是决定荧光分子探针和被检测体 结合的灵敏度与选择性的部分，通常也称为受体。
荧光探针
1
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什么是荧光探针？
荧光探针就是以荧光物质作为指示剂,并在一定波长 光的激发下使指示剂产生荧光,通过检测所产生的荧光实 现对被检测物质的定性或者定量分析。
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。
2
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荧光探针的优点
12
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Thanks for attention
13
7
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分子信标是一种由寡聚核酸形成的发夹型分子。它包 括一个环，环由与靶分子互补的核酸碱基序列组成； 干为两列互补的碱基序列，在分子信标中，荧光基团 共价地连接在其干部分的一个末端，猝灭基团也靠共 价键连接在干部分的另一末端。
8
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分子信标未与靶分子结合时，由于干部分两列互 补碱基对之间的氢键连接，使得荧光基团与猝灭基团 距离很近，荧光基团将能量转移给猝灭基团而发生荧 光猝灭；当分子信标与序列互补的靶分子结合时，环 与靶序列杂交而形成了比干部分更长更稳定的碱基对 氢键连接，分子信标发生构型的变化，干部分被打开， 从而使荧光基团远离猝灭基团，荧光基团产生的荧光 得到几乎100%恢复，且所检测到的荧光强度与溶液中 靶标的量成正比。
Fluorephore Spacer hv
F
S
Receptor R
Analyte
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strongly fluorescent
识别基团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。
4
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荧光基团和识别基团二者连接在同一个共轭体系中，荧 光基团是该体系中最基本的组成部分，一般为芳香族的 稠环化合物，其目的是将分子识别转换成不同形式的荧 光信号，如荧光强度的增强或减弱、荧光寿命的变化、 光谱的移动等。识别基团是为了实现这一选择性识别而 合成的探针结构单元，是决定荧光分子探针和被检测体 结合的灵敏度与选择性的部分，通常也称为受体。
化学生物学荧光探针发光机理PPT课件
• （2）能量供体与能量受体相隔的距离必须远大于它们之 间的碰撞直径（有时甚至为70-100Å）；
• （3）能Ino量rg供. C体he与m.能20量13受, 5体2, 7还43必−须75以2 适当的方式排列。
化学20生20物年学9月2H82日O2荧光探针发展及生物应用
9
R O S Reactive oxygen species
基于硼酸及其衍生物的H2O2荧光探针
发展及生物应用
2020年9月28日
1
关键词：荧光探针 H2O2 生物应用
化学20生20物年学9月2H82日O2荧光探针发展及生物应用
2
什么是荧光探针？
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 象的化学信息连续转变为分析仪器易测量 的荧光2的检测
Tetrahedron Letters 49 (2008) 3045–3048 Tetrahedron Letters 51 (2010) 1152–1154
化学20生20物年学9月2H82日O2荧光探针发展及生物应用
14
H2O2荧光探针生物应用
第一个比例性H2O2探针 J. Am. Chem.Soc. 2012, 134, 1305 − 1315
Fluorescence Imaging of Endogenously Produced H2O2and NO in RAW 264.7 Macrophages Cells.
化学20生20物年学9月2H82日O2荧光探针发展及生物应用
Inorg. Chem. 2012, 51, 8760− 8774
6
光 诱导电子转移
PET（ photo-induced electron transfer）
第二讲-荧光探针
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。
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）
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。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）；
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1°C，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。
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。
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）
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。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）；
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1°C，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。
新型荧光探针的研究进展及检测应用前景
新型荧光探针的研究进展及检测应用前景荧光探针是一种特殊的荧光化合物，其可以通过捕获和释放光子来发光。
这使其成为许多生物医学和环境监测应用中的关键技术。
虽然荧光探针已经被广泛使用多年，但是现在随着新型荧光探针的研发，其应用前景也变得更加广泛。
新型荧光探针的研究进展纳米荧光探针是一类新型荧光探针，其具有极高的荧光量子产率和强烈的荧光信号。
纳米荧光探针的尺寸通常在10~100 nm之间，这使其能够穿透细胞膜并记录细胞内的某些过程。
另外，还有一类金属有机框架（MOF）荧光探针，其由金属离子、有机分子和孔道组成，因其多孔性和超大表面积，被广泛应用于分子检测。
同时，研究人员也在探索基于碳量子点的新型荧光探针，其具有极高的荧光稳定性、生物相容性和低毒性，并且可以通过控制制备工艺来调节其物理和化学性质，从而满足不同应用领域的需求。
检测应用前景新型荧光探针具有广泛的检测应用前景。
例如，纳米荧光探针可以应用于癌症诊断和治疗。
研究表明，纳米荧光探针可以精准地定位癌细胞，并监测其生长和分裂的过程。
同时，MOF荧光探针可以用于环境污染物的检测和水质监测，其高效的分子吸附性质使得其可以有效地吸收和检测环境中的污染物质。
此外，新型荧光探针也被广泛应用于生物成像和细胞追踪中。
碳量子点的生物相容性和高光稳定性使其成为了生物成像和细胞追踪的理想探针。
通过控制碳量子点的尺寸、表面修饰和荧光波长，可以对特定细胞进行标记，并对其进行定位和追踪。
总结新型荧光探针的研究和应用前景是非常广泛的。
从纳米荧光探针到碳量子点，这些新型荧光探针的应用领域涵盖了医学、环保、生物成像等多个领域。
未来，随着更多的新型荧光探针被研发，其应用领域也会越来越广泛，将会带来更多的社会和经济效益。
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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
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)
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
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、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
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
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
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
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。
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
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。
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