小分子荧光探针简介-肖康

UCNPs制备方法：
溶胶-凝胶法； 共沉淀法； 微乳液法； 热分解法。
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Hong Zhang, et al. ACS Nano. 2012, 65, 4054-4062
a
b
540 nm
650 nm 1O2
光动力治疗 + 诊断
光敏剂
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Hong Zhang, et al. ACS Nano. 2012, 65, 4054-4062
c 黑线：NaYF4:Yb3+, Er3+发射 红线：PB吸收光谱
d 黑线：NaYF4:Yb3+, Er3+发射
红线： NaYF4:Yb3+, Er3+-PB
细胞成像-检测
+叶酸
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二、常见的几种荧光机制
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荧光染料与荧光探针
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荧光染料与荧光探针
1、环境敏感型
2、离子螯合型
3、断键反应型
生物小分子/大分子
Nat. Rev. Immunol. 2002, 2, 872–880
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双光子荧光探针（Two-photon）
单光子：λex = 413 nm, λem = 556 nm 双关子：λex = 820 nm, λem = 556 nm 双光子荧光探针优势： 长激发波长光源受光散射影响较小，入射光的损耗较小，穿透力较强; 双光子荧光使用红外/近红外激光作为激发光源，大大地降低生物组织对激发光 的吸收，避免样品自发荧光； 避免普通荧光成像中的荧光漂白和光致毒性问题； 适用于活体及深层组织荧光成像。
Excited
2、双光子发光
吸收两个光子，发射一个光子； 激发光波长大于发射光波长； 反Stokes定律，蓝移。
Ground
单光子
3、上转换发光
掺杂稀土离子的化合物中； 稀土金属独特光学性质； 反Stokes定律，蓝移。
双光子
上转换
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双光子荧光探针（Two-photon）
昂贵的飞秒脉冲激光器
虚能级
需要很高激发光源强度和光子密度
1931 年, Göppert-Mayer就在理论 上预言了双光子吸收的存在；
1990年,美国康奈尔大学Denk等将双光子激发现象应用到共焦激光扫描显微 镜中。
荧光分子吸收第一个光子后，跃迁到虚能级上，该能级仅能存在几飞秒，第 二个光子必须在这几飞秒内与虚能级上的分子作用，从基态跃迁到激发态.
基质
活化剂 敏化剂
3 2
hν1
hν2
1
单光子
3 2 hν1 hν2 hν1
1
双光子
发光原理：ESA, SET, PA
hν3 hν4 4 3
hν2
hν5
2
hν1 1
上转换
上转换 vs 单光子
多光子吸收； 长波长激发，组织穿透能力强； 降低生物体自发荧光干扰； 光毒性弱，不易光漂白；
Chem. Rev. 2015, 115, 395−465
aa
双光子荧光团
双光子：λex = 750 nm, band at 540 nm
c
d b
λex = 405 nm, λem = 540 nm 体外分析数据采用单光子测试
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上转换发光材料（UCNPs）
迄今为止，上转换发光都发生在掺杂稀土离子的化合物中
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上转换发光材料（UCNPs）
SiO2
NaYF4: Er, Yb
4、位点标记型
5、细胞染色
ACS Chem. Biol. 2008, 3, 142-155
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荧光染料与荧光探针
发光机制：
分子内电荷转移（Intermolecular Change Transfer，ICT） 光致电子转移（Photoinduced Electron Transfer，PET） 荧光共振能量转移（Flourescence Resonance Energy Transfer，FRET） 激发态分子内质子转移（Exicited-state Intermolecular Proton Transfer，ESIPT） 聚集诱导发光（Aggregation-induced emission enhancement，AIE）
上转换 vs 双光子
对激光器要求低，对激发光稳定性 要求低；
中间态有足够长寿命； 可以接受不同频率的光子； 可以有多个波长发射光。
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上转换发光材料（UCNPs）
SiO2
NaYF4: Er, Yb
基质
活化剂 敏化剂
3 2
hν1
hν2
1
单光子
3 2 hν1 hν2 hν1
1
双光子
发光原理：ESA, SET, PA
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分子内电荷转移（ICT）
分子内电荷转移化合物是通过将电子给体(D)和电子受体(A)进行共价连接(B)得 到的具有一定偶极矩的极性分子
hν3 hν4 4 3
hν2
hν5
2
hν1 1
上转换
f-f电偶极禁戒跃迁限制了上转换材料的发光效率, 如何提高UCNPs发光效率是研究的焦点：
调整基质材料和镧系掺杂离子； 过渡金属离子与镧系离子共掺杂； 引入协同敏化剂； 有机染料与镧系离子协同作用。
CБайду номын сангаасem. Rev. 2015, 115, 395−465
1、荧光 一种光致发光的冷光现象。 经入射光照射，外层电子从基 态跃迁到激发态，当恢复到基 态时能量已光能形式释放，成 为荧光。荧光寿命≤10-8s。 2、磷光 一种缓慢的光致发光的冷光现象。 磷光寿命≥10-8s。
3、化学发光
4
一、什么是荧光及发光原理
1、单光子发光
最常见的发光方式； 吸收一个光子，发射一个光子； 符合Stokes位移定律，红移； 激发光波长小于发射光波长。
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双光子荧光探针（Two-photon）
Chem. Rev. 2015,115, 5014-5055
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双光子荧光探针（Two-photon）
单光子激发 最大发射
双光子激发
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双光子荧光探针（Two-photon）
J. Am. Chem. Soc.2017,139, 8808-8811
萘二甲酰亚胺是常用
励 勤志 奋明 求德 实
小分子荧光探针简介（一）
肖康
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目录
一、发光原理及发光类型 二、常见的几种荧光机制 三、小分子荧光探针案例
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一、发光原理及发光类型
3
一、什么是荧光及发光原理
一、发光 (Luminescence)
荧光 (Fluorescence) 磷光 (Phosphorescence) 化学发光 (chemiluminescence)