荧光探针与分子传感器演示文稿
荧光传感器及分子识别
赵劲松 200425135
基于激发态过程机理的荧光传感器及离子识别
赵劲松 200425135
摘要：荧光化学传感器融合了超分子化学、光物理化学、有机合成化学的研究内 容，由于其具备荧光分析法的高灵敏度特点而引起人们的普遍关注。不同的荧光 传感机理被应用到传感器的设计上，以适应不同的传感体系。本文综述了几种激 发态过程的荧光传感机理并介绍其在离子识别中的应用。
到抑制。通过对比实验，发现跟单独的 2,3-二吡咯-喹喔啉相比，受体 7 通过 FRET
[7]
进行传感的灵敏度有所提高 。
λ: 315~365 nm
FRET
λ: 495 nm
7
受体分子8利用结合前后供体的发射光谱与受体的吸收光谱重叠程度的不 同，从而选择性进行Al3+的传感[8]。分子中邻羟基苯基三唑自身不发荧光，与Al3+ 结合后荧光有所增强（尽管仍很弱），但其发射光谱与香豆素343的吸收光谱重 叠程度大为增加，能量转移效率提高，达到信号放大之目的。在甲醇-水（1:1） 的pH 5.0缓冲溶液中，以350 nm光激发受体8（邻羟基苯基三唑的吸收峰），Al3+ 的加入使香豆素343的荧光增强7倍，检测限为50 nM，其它金属离子除Cu2+和Fe3+ 使受体8荧光猝灭外，对测定无影响。
同样为选择性识别Hg2+的荧光传感器，受体4以荧光素为荧光团，同时在受 体中引入硫原子以增加与Hg2+的结合能力。在pH = 7的缓冲溶液中，受体4存在 从苯胺到荧光素的PET过程，荧光量子产率仅为0.04。随着Hg2+的加入，苯胺到 荧光素的PET过程被抑制，受体的荧光强度增加5倍，光谱略有红移。干扰实验 表明除Cu2+外，其它金属离子的存在对Hg2+的检测并不干扰[4]。
生物传感器和探针的设计和优化
生物传感器和探针的设计和优化生物传感器和探针在生物领域中起着举足轻重的作用。
生物传感器是一种能够将特定的分子与电信号转化成数字信号的设备，它能够快速高效地检测病毒、细菌、肿瘤等微小分子生物体。
探针则是一种能够定位、监测细胞、蛋白质和核酸等分子的工具，可以通过探测分子的变化，为科学家提供丰富的信息，为治疗疾病提供新的思路，因此生物传感器和探针的研究和优化是生命科学研究中的一个重要课题。
生物传感器和探针所研究的对象是荧光、电学、电化学、表面等效应和材料、分析特性等方面。
目前，几乎所有的生物传感器和探针都采用了荧光的技术。
荧光技术是一种从生物体中获取信息的可靠手段。
相比其他生物检测技术，荧光技术不需要复杂的设备，其实验方法简单，使用方便，可以快速反应失效药物及药物剂量的变化，同时也方便获得数据作图，为科学家的研究提供了更多关键信息。
荧光技术可以分为荧光共振能量转移、荧光标记的核酸探针、荧光标记的蛋白质探针和量子点标记等几种。
目前，常用的荧光共振能量转移技术已被广泛应用。
质点标记是目前最常用的技术之一，其原理是在一倍量前绑定至目标蛋白或核酸上，同时还能够提供非常精确的定位功能，非常细致地输出记录医学和生物学的数据信息。
除了荧光技术，电子学和电化学技术也逐渐被应用于生物传感器和探针的研究中。
电子学技术核心在于建立一个功能电气化学因素的传感器，并且结合纳米技术和最新的软件技术能够开发出更高机能的微型电生物传感器和探针。
电化学技术则可以采用阻抗、阻断和阻塞等方式，建立生物分子的检测平台，从而更为准确地检测细胞主要信号的变化。
生物传感器和探针的研究对于人类的健康和医疗都起着至关重要的作用。
生物传感器和探针可以检测肿瘤标志物，临床检验、药物测定、临床研究等诸多方向都可以得到丰富的信息。
另外，生物传感器和探针在污染物检测、环境卫生监测等方面的应用也日益重要。
随着科学技术的不断发展，生物传感器和探针的研究和优化也日益深入。
荧光探针的分子设计及应用
荧光探针的分子设计及应用荧光探针是一种广泛应用于生物科学和化学领域的强大工具。
它们可以帮助科学家了解化学物质和生物分子之间的相互作用，并帮助提高医学和生物技术的各种应用。
本文将介绍荧光探针的分子设计及其应用。
一、荧光探针的分子设计荧光探针是能够在激发光照射下产生荧光信号的分子。
它们的分子结构可以通过基于设计的化学合成来完成。
在分子设计方面，要考虑以下几点：1.选择荧光基团：常用的荧光基团包括苯（Ph）、脂肪族苯（Ar）、環丙基（Cyclo）等。
选取不同基团的荧光探针在吸收和发射波长、荧光量子产率等方面会有所不同。
2.附加官能团（passenger group）：有机分子或生物大分子常常具有非荧光性，必须通过引入附加官能团来使其成为荧光探针。
官能团的选择应该综合考虑其改变分子荧光性的能力和化学反应性质等因素。
3.引入针对特定靶点的识别单元：例如，一些荧光探针可以被蛋白质或细胞器配体等分子识别并专门反应，因此可应用于生物学研究中。
二、荧光探针的应用荧光探针应用于人类的医学和生物技术领域中具有广泛的实际应用价值，根据其特定用途，其应用可以大致分为以下几个方面：1.荧光标记物：通过荧光标记DNA或RNA片段，科学家可以跟踪和分离DNA和RNA的特定物质，同时也可以直接检测细菌和病毒等微生物。
2.荧光探针检测蛋白质和酶活性：荧光探针被广泛用于酶抑制剂的筛选、病毒颗粒的检测等医药领域的研究。
3.生物成像：荧光探针应用于靶向细胞内某些特殊分子的活性表面，包括pH，钙离子等等。
这些分子在正常的机体生理情况下，会由细胞内蛋白质和外界环境反应而改变，从而能够直观地观察到。
总体上，荧光探针给实验室研究者提供了一种绝佳的机会来研究物理化学过程和生物过程，并广泛应用于医学领域，为药物开发和生物技术发展做出应有的贡献。
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。
荧光分子传感器信号输出方式课件
核酸检测
利用荧光分子传感器对DNA或 RNA进行标记和检测，实现对基因 表达和突变的分析。
糖类检测
荧光分子传感器可用于糖类物质的 检测，如葡萄糖、果糖等，为糖尿 病等代谢性疾病的监测提供手段。
药物筛选与开发
药物活性筛选
荧光分子传感器可用于药物活性 筛选过程中，快速、准确地检测 药物与靶点分子的相互作用。
运行，提供可靠的监测数据。
水质检测与污染控制
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快速检测
荧光分子传感器能够快速检测水体中的有害物质 ，如重金属离子、有机污染物等，为水质监测提 供便利。
远程监控
通过荧光分子传感器与远程监控系统结合，实现 对水质的实时远程监控，提高水质监测的效率和 准确性。
预警系统
基于荧光分子传感器的预警系统能够及时发现水 质异常情况，为污染控制和应急响应提供支持。
土壤重金属的快速检测
现场快速检测
荧光分子传感器能够实现现场快速检测土壤中的重金属离子，如铅 、汞、砷等，为土壤污染评估提供依据。
便携式设备
便携式荧光分子传感器设备方便携带，能够在野外或现场进行快速 检测，提高工作效率。
精准定位
结合地理信息系统（GIS）技术，荧光分子传感器能够对土壤重金属 污染进行精准定位，为污染治理和土地修复提供指导。
药物代谢研究
通过荧光分子传感器对药物在体 内的代谢过程进行实时监测，有 助于了解药物的作用机制和药效 。
细胞成像与活体组织监测
细胞成像
利用荧光分子传感器对细胞进行标记 和成像，有助于研究细胞生长、分化 、迁移等生物学过程。
活体组织监测
通过将荧光分子传感器植入动物体内 ，实现对活体组织生理状态和病理变 化的实时监测。
荧光探针应用技术ppt课件
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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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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
最新分子探针简介分析化学新方法新技术课件ppt
合糖的活性
蛋白质及酶的荧光探针
❖ 蛋白质是生物大分子，它能在溶液中与某些染料静电吸 引或氢键结合，可用紫外可见光度法或荧光测定蛋白质。 另外蛋白质含有氨基（—NH2 或—NH—），—SH，— COOH和=CO,可用与以上基团发生反应的荧光 衍生试剂对蛋白质标记，进而用色谱及电泳分离紫外可 见或荧光检测蛋白质
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分子探针简介分析化学新 方法新技术
写在前面
经典化学分析：沉淀剂、滴定剂、萃取
剂、指示剂和显色剂等 发展方向：微型化、仿生化、自动化、信 息化
目前最高水平：DNA序列分析中标记碱基
的四种分子荧光探针
微型化：纳米芯片、生物芯片及芯片上的实验室 仿生化：电子鼻和电子舌的传感器 自动化：原位及体内实时在线检测 信息化: 临床、环境及生产过程检测的网络化
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表示水这 种物质
宏观意义
表示水由 氢元素和 氧元素组 成
例：H2O表示的意义：
表示一个 水分子
微观意义
表示一个水 分子由2个氢 原子和1个氧 原子构成
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3.化学式的书写和命名
（1）化学式的写法 ①单质 金属单质：铁（Fe） 铝(Al) 固态非金属单质：硫(S) 磷(P) 稀有气体：氖气(Ne) 氦气(He)
半渗透膜；A~T选择， 细胞周期研究；染色 体和细胞计数染色； 支原体检测
水或 甲醇
有机小分子的荧光探针设计与应用论文素材
有机小分子的荧光探针设计与应用论文素材一、引言有机小分子作为一类重要的化学物质，在荧光探针设计与应用领域具有广泛的应用潜力。
本论文旨在探讨有机小分子荧光探针的设计原理与应用案例。
二、有机小分子荧光探针设计原理1. 荧光基团选择有机小分子荧光探针的设计首先需要选择适合的荧光基团。
荧光基团应具备强荧光信号和良好的荧光性能，如荧光寿命长、荧光发射波长可调等。
2. 结构优化为了提高荧光探针的性能，可以通过在荧光基团上引入特定的官能团，进一步调控其荧光性质。
例如，引入供体-受体结构，增强荧光基团的电子转移效率，从而提高荧光强度和稳定性。
3. 溶剂效应考虑溶剂对荧光探针的荧光性能有明显影响。
因此，在设计荧光探针时需要考虑溶剂效应，选择适合的溶剂或构造具有溶剂敏感性的探针，以实现对目标物的响应。
三、有机小分子荧光探针的应用案例1. 生物医学应用有机小分子荧光探针在生物医学领域具有广泛的应用前景。
例如，利用有机小分子荧光探针可以实现对特定生物标志物的高灵敏度检测，用于疾病诊断和治疗过程的监测。
2. 环境监测有机小分子荧光探针也可以应用于环境监测中，对水质、空气等污染物进行快速、准确的检测。
通过设计合理的有机小分子荧光探针，可以实现对特定污染物的高选择性和灵敏度检测。
3. 安全防范有机小分子荧光探针还可用于安全防范领域，如炸药检测、毒物检测等。
通过设计灵敏度高、快速响应的有机小分子荧光探针，可以实现对危险物质的及时检测和预警。
四、结论有机小分子荧光探针的设计与应用在各个领域具有重要的价值和意义。
通过设计合理的荧光基团和优化分子结构，可以实现对目标物的高灵敏度、高选择性的检测。
未来，有机小分子荧光探针在生物医学、环境监测和安全防范等领域仍然有很大的发展潜力。
参考文献：[1] Smith A. Organic small molecule fluorescence probes: the past and the future[J]. Annual Review of Analytical Chemistry, 2015, 8: 81-96.[2] Kim H M, Cho B R. Small-molecule fluorescent probes for live-cell imaging[J]. Journal of the American Chemical Society, 2013, 135(32): 9929-9936.[3] Zhang X, Yapici N B, Gjyrezi A, et al. Design rules for organic small molecule fluorescence in the near-infrared spectral range[J]. Chemical Society Reviews, 2017, 46(11): 2900-2942.。
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
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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
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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
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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
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光 诱导电子转移
PET（ photo-induced electron transfer）
生物分子的荧光探针设计与应用
生物分子的荧光探针设计与应用近年来，荧光探针成为生命科学研究的重要工具之一，其在细胞成像、生物传感等领域具有广泛应用前景。
荧光探针是指能够发出荧光信号的小分子或大分子，通过与靶分子结合，实现对生命过程的监测和分析。
其中，生物分子的荧光探针设计与应用是现代生命科学研究中的一个重要问题。
一、荧光探针的种类和结构荧光探针的种类包括有机分子荧光探针、金属络合物荧光探针和生物分子荧光探针等。
常用的有机分子荧光探针有荧光素、三苯基甲烷、芴、吡啶、杂环类化合物等。
金属络合物荧光探针多以金属为中心，通过与配体的配位作用形成稳定的络合物，具有良好的光学性质和生物相容性，如铂（Ⅱ）金属络合物、锌（Ⅱ）金属络合物等。
生物分子荧光探针是指以生物分子为靶标的荧光探针，如DNA、RNA、蛋白质等。
荧光探针的结构包括荧光基团和识别基团两部分。
荧光基团是指具有荧光性质的功能团，如苯、萘、吡啶、噻吩等，通过原子间的相互作用形成的共轭体系使荧光基团具有吸收光的能力和发出荧光的性质。
识别基团是指用于与靶分子特异性识别和结合的功能基团，如胺基、酰胺基、双键等，通过特定的作用力与靶分子反应形成稳定的复合体，从而实现对靶分子的检测和监测。
二、荧光探针的设计和优化荧光探针的设计和优化是一个系统工程，其需要结合荧光基团和识别基团的特点，深入理解分子间的相互作用和结构构效关系，寻找最优的结构取向。
对于生物分子荧光探针，其需要考虑到生物相容性、选择性和灵敏度等方面，提高探针的结合亲和性和检测灵敏度。
荧光探针的设计通常从荧光性能和识别性能两个方面入手，通过分析和比对结构，寻找荧光基团和识别基团之间的共性和差异性，采用分子模拟等技术进行模拟和优化。
其中，荧光基团的结构优化包括结构修饰、共轭扩展等方法，通过修改官能团、引入取代基等方式来改变荧光基团的结构和性能。
识别基团的优化则包括改变功能基团位置、引入新的结构等。
三、荧光探针的应用荧光探针在细胞成像、药物筛选、生物传感等领域具有广泛应用。
荧光探针和分子传感器
Fluorophore
.
NO+
R.
Fluorophore
N OR
I
Paramagnetic (Low fluorescence)
II
Diamagnetic (High fluorescence)
产物抗磁性，稳定
自由基之间的反应快速
多功能探针：ESR；荧光（强度、偏振、寿命等） 荧光显微技术应用于细胞、组织的自由基作用研究
Fluorescence Anisotropy 各项异性 r Fluorescence Polarization 荧光偏振 p
Excitation and emission spectra
Excitation spectrum em
F
Emission spectra
ex
F
1
ex
em
Fluorescence lifetime
Φ Γ Γ knr
Sensor (1)
荧光分析技术第二章荧光信号机制课件PPT
射位于短波长处，且发射光谱和能 1 荧光探针 (Fluorescent probe)
基于a-PET机理的Ag+荧光探针
基于ICT机理的ClO-荧光探针
量 受 体 荧 光 团 A 的 吸 收 光 谱 有 一 定 但由于扭转导致非辐射跃迁损失能量，荧光信号变化模式通常为Turn-on/off
荧光分析技术第二章荧光信号机制演示文稿
2.1 荧光探针 (Fluorescent probe)
定义：建立在光谱化学和化学波导与量测技术 基础上的将分析对象的化学信息以荧光信号表 达的传感装置。信号表达包括荧光的增强或减 弱、光谱的移动、荧光寿命的变化等。
报告基团 Fluorophore
连接基团 Spacer
具有强推拉体系的荧光团，比如香豆素、萘、萘酰亚胺、苯并恶二唑、菲咪唑等。
FRET发生所具备的条件 FRET 基于a-PET荧光机制探针的识别基团的特征？
4基，于按IC激T机发理光的类C型lO：-荧单光光探子针（One-photon）、双光子：（Two-photon）和上转换荧光探针。
（ 1 ） 能 量 供 体 荧 光 团 D 的 荧 光 发 当能量受体是一个无荧光的基团（Quencher）时，供体能量荧光被淬灭，探针无荧光；
信号表达包括荧光的增强或减弱、光谱的移动、荧光寿命的变化等。
基于Nap-Rho平台的FRET pH探针 而旋转受阻时，激发态能量以辐射形式衰减，发射强荧光。
2 荧光信号机制 (Fluorescence signal mechanisms) ESIPT态能量降低, 光谱红移 基于DNS-Rho平台的FRET Au3+探针 基于DNS-Rho平台的FRET Au3+探针 Ratiometric 分子内旋转导致激发态能量以非辐射形式衰减，荧光淬灭；
有机小分子荧光探针的研究ppt课件
精选编辑ppt
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PET识别分析物理论示意图
PET过程可以用前线轨道理论具体解释：当识别基 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；
若外来识别基团的HOMO或LOMO轨道介于荧光团
两轨道能量之间，此时就可以发生识别基团与荧光团之间
4、激基缔合物（excimer/exciplex）ຫໍສະໝຸດ 精选编辑ppt13
1 光诱导电子转移（PET, photo-induced electron transfer）
光诱导电子转移是指电子给体或电子受 体受光激发后，激发态的电子给体与电子 受体之间发生电子转移的过程。
识别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。而识别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。
一、探针分子和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
不可逆性和较好的选择性。
精选编辑ppt
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基于化学计量计法设计的次氯酸根离子荧光探针
根据次氯酸根可以氧化羟胺的特性，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 氧化性分子没有这样的特性，因此可以实现对水 相中次氯酸根的高选择性检测。
有机小分子荧光探针的研究
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1
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 的荧光信号的分子测量装置。
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10-3100 s hP
3210
Characteristics of Fluorophore
Excitation wavelength 激发波长 ex Emission wavelength 发射波长 em Extinction (absorption) coefficient 吸光系数
Stoke’s shift
: Emission rate
knr Knr: nonradiative
decay rate
Expression
Average lifetime: the average time the molecule spends in the excited state prior to return to the ground state.
D,exD,emA,ex A,em F
Probing DNA
Molecular beacons 分子信标
F
Q
Target DNA
ssDNA bing reagent
QF AD
20050705
15
Sensor (4)
+
S-R
T
hv hv
Al3+
hv
20050705
16
Sensor (5)
竞争型
+
S-R
T
催化型
+
S-R
T
20050705
+
hv
催化剂中间体
+
17
Tracer The Fusion of Integal Membrane Protein
荧光素标记 鼠蛋白质
膜 鼠细胞
内
蛋
白
侧
向
运
37°C
动
融合
罗丹明标记 人蛋白质 人细胞
异核体
15°C
20050705
荧光探针与分子传感器演示文 稿
（优选）荧光探针与分子传感 器
Fluorescent Probes
Introduction Fluorescent Sensor 荧光传感 Fluorescent Tracer 荧光示踪 FRET 共振能量转移荧光
Application
1. Radical probes 2. Ion probes 3. NIRF Fluorescence image 4. DNA sequence
Fluorescence lifetime 荧光寿命 Fluorescence quantum yield 荧光量子产率
Fluorescence Anisotropy 各项异性 r Fluorescence Polarization 荧光偏振 p
20050705
8
Excitation and emission spectra
From Instant notes, Biochemistry, E2 18
Cell tracer
C7000 C68H105Cl2N3O
荧光染色的斑马鱼胚胎
A 30 µm–thick section of a zebrafish embryo stained with CellTracker CM-DiI (C7000, C7001) prior to immunohistochemical analysis. A one-dayold zebrafish embryo was immobilized and impaled in the hindbrain with a microelectrode filled with 1 mg/mL CellTracker CM-DiI in 95% ethanol. One day later, the brain was fixed, embedded, frozen in liquid nitrogen and sectioned on a cryostat. After blocking with 0.1% Triton X100 in PBS containing 2% BSA and 2% normal goat serum, the 30 µm–thick section was incubated with primary anti-glial antibody in conjunction with fluorescein goat anti–mouse IgG antibody. This section was then viewed sequentially through optical filter sets appropriate for rhodamine and fluorescein, and the resulting images were superimposed. The image was contributed by William Trevarrow, Beckman Institute, California Institute of Technology.
Φ Γ Γ knr
Sensor (1)
S 信号单元， R 识别单元， T 靶分子
S
R
T
+
自由基传感
Z.-Y. Bian, X.-Q. Guo*, Analytical Science, 21 553-559, 2005
Sensor (2)
hu hv e - R S
D
T hv
hv
D
PET Photoinduced Electron Transfer
➢ 美国化学会 ( ACS )数据库 ➢ WPS电子期刊全文数据库 ➢ SDOS全文数据库（上交 镜像） ➢ 英国皇家化学会（RSC) 数据库
3566 篇 206 篇 1890 篇 120 篇
研究与应用领域涉及：生命 环境 材料 等
讲座要求了解： 荧光 探针 表征 应用 研究意义
20050705
4
Molecular Probe
Excitation spectrum em
F
Emission spectra
ex
F
1
ex
20050705
em
9
Fluorescence lifetime
Simplified Jablonski diagram
S1
hvA S0
Definition
S1 hvF
relaxation (10-12 s)
20050705
5. Protein probes 6. DNA probes 7. Membrane probes 8. pH probes
3
Fluorescence research
Key word: Fluorescen*
Period: Jan/2005-Jun/ 2005
Data base:
1
Γ knr
Fluorescence Quantum Yield
Definition
The fluorescence quantum yield is the ratio of the number of photons emitted to the number absorbed
Expression
S1
LUMO
Absorption 10-15 s
hA hA
S0
HOMO
Internal conversion, IC, 10-1110-13 s
Intersystem crossing, ISC, 10-210-6 s
T1 Fluorescence
IC
hF 10-8 s
Phosphorescence ISC
Hg2+
hv
20050E7.05M. Nolan, et al., J. Am. Chem. Soc., 2003, 125: 14270-14271
13
Sensor (3)
Fluorescence Resonance Energy Transfer
hv
FRET S
R
T
+
hv
hv’
hv
D,exD,emA,ex A,em F
Molecular reporter
20050705
From J. Fluorescence
5
Molecuhloamr perpoabgees
20050705
www. probes. co6 m
Jablonski diagram
S2
Vibrational relax, VR, 10-1210-14 s