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一种小分子荧光探针及其制备方法与应用与流程

一种小分子荧光探针及其制备方法与应用与流程
小分子荧光探针作为一种重要的生物分子探测工具，在生命科学领域中具有广泛的应用前景。

本文将介绍一种新型的小分子荧光探针及其制备方法与应用与流程。

首先，该小分子荧光探针的制备方法非常简单，只需要将荧光染料与一种特殊的载体分子结合即可。

这种载体分子具有良好的生物透性和生物相容性，可以在细胞膜上自发结合，并产生强烈的荧光信号。

其次，这种小分子荧光探针的应用范围非常广泛。

它可以用于细胞分子成像、酶活性检测、蛋白质定位等多种生物学实验中。

例如，它可以用于检测细胞内的一些生物活性分子的水平，如钙离子、离子基团、ATP等，具有高灵敏度和高分辨率。

最后，该小分子荧光探针的实验流程也非常简单。

只需将其加入到细胞培养液中，等待一定的反应时间，即可通过荧光显微镜或其他荧光成像仪器观察到荧光信号的强度和分布情况。

总之，该小分子荧光探针具有制备简单、应用广泛、实验流程简便等优点，将为生命科学研究提供更多的实验工具和方法。

同时，我们也期待该小分子荧光探针在其他领域中的应用，为相关领域的研究带来新的突破。

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小分子生物硫醇荧光探针研究进展

小分子生物硫醇荧光探针研究进展硫醇分子是一类含有硫原子的有机化合物，具有广泛的生物活性和生物学功能。

很多生物过程中都涉及到硫醇分子的参与，如蛋白质酶催化、细胞代谢和信号传递等。

因此，对硫醇分子的探测和定量分析在生命科学和医学等领域具有重要的意义。

近年来，小分子生物硫醇荧光探针的研究成为生命科学研究的热点之一。

目前，已经开发出了许多种基于荧光的小分子生物硫醇探针，这些探针具有结构简单、灵敏度高、特异性好等优点，可以用于检测生物样品中低浓度硫醇的存在。

下面将对小分子生物硫醇荧光探针的研究进展进行综述。

1. 分子设计策略小分子生物硫醇荧光探针的设计一般基于硫醇与探针之间的反应机理。

目前，单硫质量法和双硫质量法是较为常用的设计策略。

单硫质量法：探针分子中含有硫醇反应部位，硫醇与探针分子反应后形成稳定的荧光产物。

例如，采用NF-kB转录因子结构域中的保守半胱氨酸螯合靶点，结合染料模块得到SsnB探针。

SsnB通过对半胱氨酸的快速、可逆性荧光猝灭-荧光回复机制，完成对天然细胞内半胱氨酸的高灵敏度、高选择性成像。

双硫质量法：探针分子中含有两个硫醇反应部位，当硫醇与探针分子反应后形成荧光产物，这种方法可以减少假阳性反应。

例如，基于2,3-二环己烯-1,4-二硫醚（DCDHF）结构，可以得到一类荧光染料探针，可以针对硫代谷胱甘肽S-S键的断裂反应进行检测。

2. 探针类型小分子硫醇荧光探针的种类繁多，可以根据其化学结构、光学性质和生物应用等方面分为不同的类别。

（1）巴比妥酸探针：巴比妥酸基团在光激发下能够产生强烈的荧光信号，具有高的选择性和灵敏度检测半胱氨酸。

（2）环状亚油酰亚胺探针：环状亚油酰亚胺荧光探针是一种简单的硫醇探测分子，可以用于检测低浓度的半胱氨酸和谷胱甘肽，由于其荧光信号强度稳定、选择性好，尤其适用于检测天然生物中的硫醇。

（3）吲哚酮类探针：吲哚酮是一类常用的荧光染料，可以通过反应产生持久的差异荧光信号。

有机小分子荧光探针的研究1

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的电子转移而导致荧光的猝灭。即PET过程阻止了荧光团的一个电子从激发态到基态的非辐射跃迁途径，降低了荧光团的量子产率，表现为荧光强度的减弱或淬灭。
4 激基缔合物/复合物（ excimer / exciplex ）
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激基缔合物指一些荧光团在激发态与另一相同或不同的基态荧光团接近时往往能生产激基缔合物（通过π-π堆积作用形成激基缔合物）可观察到双重荧光。它的发射光谱不同于单体的荧光，新的荧光会产生一定的红移，且出现强而宽的，无精细结构发射峰。这种作用本质上是光致电荷转移作用，在两个相同的荧光分子之间形成激基缔合物以及在两个完全不同的荧光分子之间形成激基复合物，可以用下式表示： • A* + A A*-A ( excimer ) • A* + B A*-B ( exciplex )
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）和吸电子基团（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别基团的一部分。当识别基团和被分析物结合后，作为识别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。

基于有机小分子传感器的生物分子检测方法研究

基于有机小分子传感器的生物分子检测方法研究一、引言生物分子检测方法的研究在科学领域中具有重要意义。

为了实现更为精确和快速的生物分析，科学家们不断探索新的技术和方法。

其中，基于有机小分子传感器的生物分子检测方法备受关注。

本文将主要讨论该方法的研究现状和前景。

二、有机小分子传感器的基本原理有机小分子传感器是一种将有机小分子作为感测元件，可与特定的生物分子相互作用并发生可测量的信号变化的探测器。

其基本原理是利用有机分子的特异性与生物分子结合，并通过适当的检测元件将结合事件转化为对应的信号输出。

三、常见的有机小分子传感器1. 荧光探针：荧光探针是利用有机荧光分子作为探测元件，通过荧光的增强或猝灭来检测生物分子。

这种传感器可以通过改变有机分子的结构或与生物分子相互作用后引起的荧光变化来实现对生物分子的高度敏感检测。

2. 导电聚合物传感器：导电聚合物传感器是利用导电聚合物与目标生物分子发生作用后其电导率的变化来进行检测的。

这种传感器可以通过导电聚合物与生物分子的结合来调控电子转移过程，进而实现对生物分子的定量测量。

3. 表面增强拉曼散射传感器：表面增强拉曼散射传感器利用有机小分子在金属表面的增强效应来实现对生物分子的检测。

通过与纳米颗粒包裹的有机小分子结合后，目标生物分子的拉曼散射信号得到大幅度增强，从而实现对其的高灵敏度检测。

四、研究现状与应用前景1. 研究现状：目前，在有机小分子传感器的研究领域，学术界和工业界都取得了一系列研究成果。

有机小分子传感器在医学生物分析、环境监测、食品安全等领域具有广泛应用前景。

例如，利用有机小分子传感器检测致病菌的存在，可以提供快速筛查和有效控制的手段，有助于提高食品安全水平。

2. 应用前景：随着科学技术不断进步，有机小分子传感器在生物分子检测领域的应用前景仍然广阔。

可以预见，未来有机小分子传感器将在医学、生物学和环境科学等领域中发挥更加重要的作用。

科学家们可以通过改进传感器结构和分子识别机制，提高其灵敏度、选择性和稳定性。

有机小分子荧光探针与材料

有机小分子荧光探针与材料
有机小分子荧光探针是一种能够产生荧光信号的有机分子，通常用于生物分子的检测和成像。

它们具有高灵敏度、高选择性、低毒性和易于合成等优点，因此在生物医学、环境监测和材料科学等领域得到了广泛的应用。

有机小分子荧光探针的设计和合成通常基于荧光团和识别基团的结合。

荧光团是产生荧光信号的部分，通常是含有共轭双键的芳香族化合物。

识别基团是能够与目标分子特异性结合的部分，可以是氨基酸、核苷酸、糖类、生物碱等。

有机小分子荧光探针的应用非常广泛。

在生物医学领域，它们可以用于检测蛋白质、核酸、细胞、细胞器等生物分子，以及监测生物体内的代谢过程和药物代谢等。

在环境监测领域，它们可以用于检测水中的重金属离子、有毒有害物质等。

在材料科学领域，它们可以用于检测材料的表面性质、分子结构等。

近年来，随着材料科学的发展，有机小分子荧光探针也被广泛应用于材料的研究中。

例如，利用荧光探针可以研究材料的光吸收、荧光发射、能量转移等性质，以及材料表面的化学反应等。

此外，荧光探针还可以用于制备荧光材料，如荧光染料、荧光纳米材料等。

总之，有机小分子荧光探针是一种非常有用的工具，在生物医学、环境监测和材料科学等领域都有广泛的应用前景。

随着材料科学的不断发展，荧光探针在材料研究中的应用也将不断拓展和深化。

荧光性有机小分子材料在生物医学中的应用研究

荧光性有机小分子材料在生物医学中的应用研究荧光性有机小分子材料是指具有荧光性质的分子材料，它们在吸收特定波长的光后能够发射特定波长的荧光，因此被广泛应用于生物医学研究中。

在这篇文章中，我们将介绍荧光性有机小分子材料在生物医学领域中的应用与研究进展。

1. 生物成像荧光成像技术是目前生物医学领域研究的主要方法之一。

荧光性有机小分子材料具有较高的荧光量子产率和化学稳定性，其发射光谱可以通过调整分子结构进行调控。

因此，荧光性有机小分子材料成为了生物医学领域中广泛应用的荧光探针。

借助荧光性有机小分子材料，可以实现生物样品的高分辨率成像、无创活体成像、多模态成像等应用。

例如，研究人员可利用荧光性有机小分子材料对小鼠等动物进行生物成像，以研究动物的器官结构、生理功能及疾病状况等。

同时，荧光性有机小分子材料还可用于研究细胞内交互作用等生物过程。

2. 生物传感荧光性有机小分子材料还被广泛应用于生物传感领域。

在细胞生物学、分子医学以及药学中，往往需要检测特定的生物大分子，如蛋白质、酶、核酸等，荧光性有机小分子材料在这些生物大分子的检测中，展现出了优异的特性。

荧光性有机小分子材料可以作为分子传感器，根据不同分子的特异性作用，发生特定的结构、荧光信号变化，实现对特定生物分子的检测和定量分析。

这种传感技术可以用于快速筛选抗癌药物、检测RNA表达水平、生物代谢动力学等领域。

3. 刺激响应荧光性有机小分子材料还具有刺激响应能力，诸如光、电、热、酸碱等不同刺激可引起分子结构的变化，从而使分子的荧光性质发生变化。

这种特性使得荧光性有机小分子材料成为了先进的检测方法。

比如，利用荧光性有机小分子材料，可以研究细胞内的钙离子含量、PH值等参数的变化，有效地探究肿瘤细胞的诊断和治疗。

该类材料还可用于设计新型荧光分子交互材料、智能荧光传感器、高通量药物筛选器等高效诊断平台。

总之，荧光性有机小分子材料已被广泛应用于生物医学研究中，其丰富的特性探究和材料制备不断推动其在实际应用中的广泛推广。

新型有机小分子在生化荧光探针中的应用

新型有机小分子在生化荧光探针中的应用有机小分子是广泛应用于各种生物领域的一种化学物质，具有一定的生物活性和分子识别能力。

在生化荧光探针中，有机小分子可以作为荧光染料，与生物分子结合形成复合物，发挥荧光作用，从而完成生物分子的检测和定量分析。

新型有机小分子作为荧光探针在生物学、医学等领域的应用越来越广泛。

一、有机小分子在生化荧光探针中的优势1. 可控性好有机小分子的结构可以通过化学合成进行精细调控，具有较强的可控性。

通过调整有机小分子的化学结构和配位基团，可以使其与特定的生物分子发生选择性、高亲和力的相互作用。

2. 易于标记与蛋白质、核酸等大分子相比，有机小分子具有相对较小的分子量，因此易于标记。

将有机小分子与荧光基团结合后，可以通过荧光显微镜等手段直接观察其与生物分子的相互作用。

3. 光学性质优异有机小分子的光学性质在一定程度上决定了其作为荧光探针的使用效果。

一些新型有机小分子具有较高的荧光量子产率、良好的荧光稳定性和响应速度，可以用于高灵敏度、高选择性的生物分子检测。

二、新型有机小分子的应用前景1. 荧光探针新型有机小分子作为荧光探针，在生物分子的检测和定量分析上具有广泛的应用前景。

例如，近年来研究人员发现了一类新型的有机小分子，称为悠闲蓝（leisure blue），具有发射波长可调、荧光强度高、环境敏感等特点。

悠闲蓝可以用于活细胞荧光成像和标记蛋白质等生物分子，具有广泛的应用前景。

2. 生化传感器新型有机小分子还可以作为生化传感器应用于生物分子的检测等领域。

例如，近年来研究人员合成了一种新型的生化传感器，称为BTXB，可以检测细胞内钙离子浓度。

BTXB是一种由氮、硫、硒构成的有机小分子，具有高灵敏度、高选择性和长时间稳定性的特点，可以用于生物医学研究和药物开发。

三、新型有机小分子的合成方法要合成具有一定生物活性和分子识别能力的有机小分子，需要进行精细的化学合成。

近年来，研究人员提出了一系列新型有机小分子的合成方法，以满足生化荧光探针等需要。

荧光纳米探针的合成及其应用研究进展

第43 卷第 1 期2024 年1 月Vol.43 No.11~18分析测试学报FENXI CESHI XUEBAO （Journal of Instrumental Analysis ）荧光纳米探针的合成及其应用研究进展侯可心，丁晟，杨焜，王在玺，李钒*（军事科学院系统工程研究院，天津 300171）摘要：近年来涌现的荧光纳米探针独特的尺寸及结构赋予其优异的光稳定性、较高的荧光量子产率、可调的激发发射波长等众多优势，引起科研工作者的广泛关注。

荧光纳米探针作为一类重要的光响应性纳米材料在小分子及生物大分子检测、细胞成像、活体诊断等领域具有广阔的应用前景，有望成为传统有机荧光染料的理想替代物。

该文针对目前研究较多的量子点、金属纳米簇及金属-有机框架及其他纳米荧光探针，介绍了其结构组成、物理化学性质等基本性质，并着重阐述其主要合成方法以及在化学传感、生物医学等领域的应用及研究进展，最后对目前该领域的发展前景做出总结及展望。

关键词：荧光纳米探针；光响应性；量子点；金属纳米簇；金属-有机框架中图分类号：O657.3；G353.11 文献标识码：A 文章编号：1004-4957（2024）01-0001-18Research Progress of Design ，Synthesis and Application of Fluo⁃rescent Nanoprobe HOU Ke -xin ，DING Sheng ，YANG Kun ，WANG Zai -xi ，LI Fan *（Institute of Medical Support Technology ，Academy of System Engineering of Academy of Military Sciences ，Tianjin 300171，China ）Abstract ：In recent years the unique size and structure of fluorescent nanoprobe would give it excel⁃lent performances including good photo stability ，high fluorescence quantum yield and the adjustable length of the excitation and emission wavelengths ，and these advantages attract wide attention of re⁃searchers. Fluorescent nanoprobe as an important kind of photo -responsive nanomaterial is consid⁃ered promising in many fields such as small molecules detection ，biomacromolecules detection ，cel⁃lular imaging and real -time in vivo diagnosis ，and is expected to become an ideal substitute for tradi⁃tional organic fluorescent dyes. The aim of this review is to provide a survey on the research progress of the main materials such as quantum dots ，metal nanoclusters and metal organic frameworks ，in⁃cluding structure and physicochemical property ，especially the synthetic method and the application in chemical sensing and biomedical fields ，while finally make summary and prospect.Key words ：fluorescent nanoprobe ；photo -response ；quantum dots ；metal nanoclusters ；metal or⁃ganic frameworks 荧光探针作为一种荧光传感器，以荧光物质为指示剂，可通过荧光信号变化用于对特定分子的检测。

荧光探针在水中重金属离子检测中的应用研究进展

第４２卷第１期Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．１２０２１青岛理工大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ荧光探针在水中重金属离子检测中的应用研究进展纪雪峰，单　斌，王莎莎，马继平（青岛理工大学环境与市政工程学院，青岛２６６０３３）摘　要：重金属离子广泛存在于自然环境中，对环境质量和人体健康有显著影响．荧光探针在分析物检测方面具有灵敏度高、选择性好、操作简单等优点．因此，利用荧光探针法来检测重金属离子是一种有效的分析手段．综述了近年来可以应用于水溶液中汞、镉、铅、铬等重金属离子检测的有机小分子荧光探针和纳米荧光探针的研究现状，并展望了该领域的发展趋势和应用前景．关键词：重金属离子；荧光探针；纳米颗粒；水体中图分类号：Ｘ１３２文献标志码：Ａ文章编号：１６７３４６０２（２０２１）０１０１０９１０收稿日期：２０２００８２９基金项目：国家自然科学基金资助项目（２１８０８１１８）；山东省自然科学基金资助项目（ＺＲ２０１８ＢＢ０６５）；青岛市博士后应用研究项目（２０１８１０２）；青岛理工大学环境与市政工程学院开放课题（ＱＵＴＳＥＭＥ２０１９０８）作者简介：纪雪峰（１９９６），女，山东青岛人．硕士，研究方向为环境分析化学．Ｅｍａｉｌ：ｊｉｘｕｅｆｅｎｇ２０１８＠１６３．ｃｏｍ．通信作者：马继平（１９７２），女，河北南宫人．博士，教授，主要从事环境污染物分析测试新技术等方面的研究．Ｅｍａｉｌ：ｍａｊｉｐｉｎｇ２０１２＠１６３．ｃｏｍ．犃狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀狉犲狊犲犪狉犮犺狆狉狅犵狉犲狊狊狅犳犳犾狌狅狉犲狊犮犲狀狋狆狉狅犫犲犻狀狋犺犲犱犲狋犲犮狋犻狅狀狅犳犺犲犪狏狔犿犲狋犪犾犻狅狀狊犻狀狑犪狋犲狉ＪＩＸｕｅｆｅｎｇ，ＳＨＡＮＢｉｎ，ＷＡＮＧＳｈａｓｈａ，ＭＡＪｉｐｉｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＭｕｎｉｃｉｐａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０３３，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｈｅａｖｙｍｅｔａｌｉｏｎｓｗｉｄｅｌｙｅｘｉｓｔｉｎｔｈｅｎａｔｕｒａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄｈａｖｅａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｑｕａｌｉｔｙａｎｄｈｕｍａｎｈｅａｌｔｈ．Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｓｈａｖｅｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｈｉｇｈｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，ｇｏｏｄｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｓｉｍｐｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｎａｎａｌｙｔｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｕｓｅｏｆｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｍｅｔｈｏｄｔｏｄｅｔｅｃｔｈｅａｖｙｍｅｔａｌｉｏｎｓｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｏｆｏｒｇａｎｉｃｓｍａｌｌｍｏｌｅｃｕｌｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｓａｎｄｎａｎｏｍｅｔｅｒｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｓｆｏｒｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｉｏｎｓｓｕｃｈａｓｍｅｒｃｕｒｙ，ｃａｄｍｉｕｍ，ｌｅａｄａｎｄｃｈｒｏｍｉｕｍｉｎｗａｔｅｒｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｈｅａｖｙｍｅｔａｌｉｏｎ；ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅ；ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ；ｗａｔｅｒｂｏｄｙ随着经济的快速发展，工业生产中污染物的排放量不断增加，导致重金属污染问题越来越严重，不仅影响环境质量，还会对人体健康产生极大损害．尤其是生物毒性较大的汞、镉、铅、铬的污染，它们在水体中不能被分解，且微量就具有较高的毒性，会对人体的神经系统、消化系统、免疫系统及肾脏肝脏等造成较大危害［１４］．此外，铜、铁、锌等人体所必需的微量元素，过量的摄入同样会对机体产生严重的损害，引起阿尔茨海默病、帕金森病等一系列疾病［５６］．因此，对重金属离子的检测具有重要意义．常规检测重金属离子的方法有原子吸收光谱法、原子发射光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子青岛理工大学学报第４２卷体质谱法等［７８］．虽然这些方法能较为准确地检测出金属离子的含量，但所需的仪器设备昂贵，操作复杂，且需要繁杂的样品前处理过程．可见紫外分光光度法和电化学分析法仪器设备简单，也可以用于金属的分析，但是可见紫外分光光度法测定金属选择性不好、灵敏度不高；电化学分析法存在电极衰减引起的重现性差等局限性．分子荧光法具有检测速度快、灵敏度高、选择性好、操作简单、成本低廉等特点，利用荧光探针检测重金属离子是一种便捷有效的方法．目前荧光探针主要应用于生物和环境领域，因此能够在水溶液中进行识别才具有更高价值．关于金属离子荧光探针的综述已有一些报道［９１０］，但多是基于其中一种类型的荧光探针做的总结．本文从有机小分子荧光探针及纳米材料荧光探针两方面综述近几年来两种探针在水溶液中重金属离子检测中的研究现状．１　有机小分子荧光探针的应用研究图１　荧光探针的结构典型的有机小分子荧光探针一般由识别基团、荧光基团和连接基团三部分组成（图１）．由于荧光基团与识别基团的连接方式不同，使得荧光探针的识别机理也不尽相同．常见的重金属离子荧光探针识别机理主要包括：光诱导电子转移（ＰＥＴ）、分子内电荷转移（ＩＣＴ）、荧光共振能量转移（ＦＲＥＴ）以及激基缔合物（Ｅｘｃｉｍｅｒ）等［１１１２］．目前对于可以选择性检测某种离子的有机荧光探针的研究已有很多的文献报道，主要包括罗丹明类、喹啉类、香豆素类、荧光素类、萘酰亚胺类等，不同类型的荧光探针在重金属离子检测领域得到应用．１．１　罗丹明类罗丹明类因具有良好的荧光性能和光稳定性，较高的荧光量子产率和水溶性，以及独特的螺内酰胺开环荧光增强响应，是制备荧光增强型探针的良好选择，也是目前为止研究最多的一类荧光探针．ＳＵＮＮＡＰＵ等［１３］以罗丹明６Ｇ肼和３，４二甲氧基苯甲醛为原料合成了一种新型荧光比色探针１（图２）．在乙腈／水（体积比２∶８）溶液中，探针１对Ｃｒ３＋表现出高选择性和灵敏度识别，加入Ｃｒ３＋后，在５５４ｎｍ处出现一个新的发射带，荧光强度增加１００倍以上，而ＥＤＴＡ的加入可使荧光猝灭，说明识别过程是可逆的．该探针的检出限达到１．７８×１０－８ｍｏｌ／Ｌ．图２　荧光探针１的结构图３　荧光探针２的结构曾竟等［１４］则合成一种可以在双波长下检测Ｆｅ３＋的罗丹明类荧光探针（图３）．在乙醇／水（体积比１∶１）溶液中，加入Ｆｅ３＋后溶液由无色变为红色，而荧光强度则出现两种相反的变化．当激发波长为３５０ｎｍ时，在５０８ｎｍ处发生了荧光猝灭现象，而当激发波长为５３０ｎｍ时，则在５８２ｎｍ处出现明显的荧光增强现象，且两种荧光强度的变化均与Ｆｅ３＋的浓度在一定范围内具有良好的线性关系，检出限分别为４．５６×１０－６，７．４×１０－７ｍｏｌ／Ｌ．０１１第１期纪雪峰，等：荧光探针在水中重金属离子检测中的应用研究进展比率型荧光探针，是通过两处荧光强度变化的比值来对金属离子的浓度进行检测，在实际应用中可减弱其他环境因素的干扰．陈家逸等［１５］设计了一种萘酰亚胺罗丹明Ｂ荧光探针３可对Ｈｇ２＋实现比率荧光检测（图４）．在甲醇／乙腈／ＨＥＰＥＳ缓冲液（体积比８∶１∶１）中，基于荧光共振能量转移机理，Ｈｇ２＋浓度的增加使探针在５４０ｎｍ处的荧光强度减弱，在５８０ｎｍ处出现新的发射峰且荧光强度逐渐增加，两处荧光强度的比值（犉５８０／犉５４０）与Ｈｇ２＋浓度呈良好的线性关系，检出限为１．０５×１０－８ｍｏｌ／Ｌ．由于Ｈｇ２＋还能引起探针荧光颜色从绿色到橙色的变化，作者还用含有该探针的滤纸检测了湖水水样中Ｈｇ２＋浓度引起的比色响应，结果可靠．具有检测多种离子功能的荧光探针在应用中更具优势．ＬＩ等［１６］设计合成了一种基于罗丹明衍生物的双功能探针（图５），对Ｐｂ２＋具有荧光增强响应，还可通过颜色的变化检测Ｃｕ２＋．在含１％乙腈的ＨＥＰＥＳ缓冲液中，Ｐｂ２＋的加入可以引起荧光强度显著增加，但Ｃｒ３＋，Ｈｇ２＋和Ｃｕ２＋的共存会使荧光强度降低３０％～５０％；而Ｃｕ２＋浓度的增加会引起５６７ｎｍ处吸光度的增加以及颜色从无色到淡紫色的变化．探针４对Ｐｂ２＋和Ｃｕ２＋的检出限分别为２．５×１０－７，５．８×１０－７ｍｏｌ／Ｌ．图４　荧光探针３的结构图５　荧光探针４的结构１．２　香豆素类香豆素的母体本身不具荧光，但通过引入吸电子基团、供电子基团可形成含有推拉电子体系的荧光团，因其容易修饰且具有高量子产率、大斯托克斯位移及光稳定性好等优势，被用于荧光探针的合成研究．ＳＨＡＩＬ等［１７］合成了一种香豆素类荧光猝灭型分子探针５（图６），用于Ｐｂ２＋的检测．在磷酸缓冲液中，只有Ｐｂ２＋的加入可以使荧光发生猝灭，同时产生颜色的变化．实验表明，Ｐｂ２＋与探针５形成１∶１的络合物，检出限达到１．９×１０－９ｍｏｌ／Ｌ．另外，作者还将该探针溶液涂在测试带上用于金属离子的检测，发现Ｐｂ２＋使测试带变为亮黄色且在紫外灯照射下无荧光．图６　荧光探针５的结构图７　荧光探针６的结构１１１青岛理工大学学报第４２卷王海娜等［１８］以香豆素为荧光基团、以酰腙为识别基团合成了２种检测Ｃｕ２＋的荧光探针６ａ，６ｂ（图７）．在ＤＭＳＯ／Ｈ２Ｏ（体积比９∶１）溶液中，基于光诱导电子转移机理，随着Ｃｕ２＋浓度的增加，两种探针在５２９ｎｍ处的荧光强度呈下降趋势，且当加入１倍量的Ｃｕ２＋时荧光完全猝灭．其中探针６ａ的荧光强度可以在加入ＥＤＴＡ后恢复，表明探针与Ｃｕ２＋的结合是可逆的．两种探针对Ｃｕ２＋的检出限达到１．０×１０－９ｍｏｌ／Ｌ．图８　荧光探针７的结构刘琪梦等［１９］则通过引入三羟基作为识别基团合成了可用于纯水中检测Ｆｅ３＋的香豆素类荧光探针７（图８）．探针７对Ｆｅ３＋具有高选择性，且响应迅速，加入Ｆｅ３＋后荧光在２ｍｉｎ内被猝灭，猝灭机理与Ｆｅ３＋的顺磁性有关，其他金属离子的存在无干扰．该探针对Ｆｅ３＋的检出限为１．１６×１０－６ｍｏｌ／Ｌ．１．３　喹啉类喹啉及其衍生物是一种良好的金属离子螯合剂，且喹啉本身具有刚性结构、大共轭体系和较好的水溶性，因此容易与金属离子络合，适合作为荧光增强型分子探针用于金属离子的检测．ＸＵ等［２０］通过５羟甲基８羟基喹啉和２，６二氯甲基吡啶反应合成了荧光探针８（图９）．探针８在不同缓冲液（ＴｒｉｓＨＣｌ，ＨＥＰＥＳ，ＰＢＳ）及纯水中均能对Ｃｄ２＋表现出良好的选择性荧光增强响应，检测的灵敏度也较高，检出限分别为２．３０１×１０－７，２．３８９×１０－７，３．２６１×１０－７和２．１６５×１０－７ｍｏｌ／Ｌ．ＶＥＬＭＵＲＵＧＡＮ等［２１］以３甲酰基２羟基喹啉和邻苯二胺为原料通过一步反应合成了荧光探针９（图１０）．该探针对Ｚｎ２＋具有专一的选择性和灵敏度，在乙腈／水（体积比１∶１）溶液中加入Ｚｎ２＋后，溶液表现出明显的颜色变化和荧光增强现象．图９　荧光探针８的结构图１０　荧光探针９的结构图１１　荧光探针１０的结构ＳＨＩ等［２２］则合成了一种基于喹啉的双光子荧光探针１０（图１１），对Ｃｄ２＋表现出优良的选择性和高灵敏度的荧光增强反应．在乙醇／水（体积比２∶８）溶液中随着Ｃｄ２＋浓度的增加，原本在４０７ｎｍ处的发射带逐渐消失，在５００ｎｍ处出现一个新的显著增强的发射带，且在４３９ｎｍ处形成了一个清晰的等发射点，这是由于探针与Ｃｄ２＋形成的络合物发生了分子内电荷转移．该探针的检出限为２．３６３×１０－８ｍｏｌ／Ｌ．过去几十年有关有机小分子荧光探针的研究已经有很多报道，除上述几种类型外，还有荧光素、萘酰亚胺、卟啉、氟硼二吡咯等其他类型的有机荧光探针也在重金属检测中被应用．表１总结了用于水体及细胞成像中重金属检测的小分子荧光探针的文献报道．２１１第１期纪雪峰，等：荧光探针在水中重金属离子检测中的应用研究进展表１　用于水体及细胞中重金属离子检测的有机小分子荧光探针类型检测离子λｅｘ，ｅｍ／ｎｍ荧光响应ＬＯＤ／（ｍｏｌ·Ｌ－１）检测体系实际应用参考文献Ｈｇ２＋４４０，５８０比率１．１×１０－８甲醇／乙腈／ＨＥＰＥＳ制备成试纸［１５］Ｃｒ３＋４９０，５５４增强１．８×１０－８乙腈／水细胞成像［１３］罗丹明类Ｃｒ３＋５２５，５９０增强２．３×１０－８ＴｒｉｓＨＣｌ细胞成像、河水、自来水［２３］Ｆｅ３＋５００，５６０增强１．９×１０－８蒸馏水细胞成像［２４］Ｐｂ２＋４８３，５７６增强２．５×１０－７含１％乙腈的ＨＥＰＥＳ细胞成像［１６］Ｃｕ２＋５１５，５８５增强１．１×１０－７乙腈／水细胞成像、饮用水［２５］Ｐｂ２＋３９０，４６２猝灭１．９×１０－９磷酸缓冲液涂在ＴＣＬ板上用于检测［１７］Ｃｕ２＋４４５，５２９猝灭１．０×１０－９ＤＭＳＯ／水—［１８］香豆素类Ｆｅ３＋４００，４７１猝灭２．２×１０－８水细胞成像［２６］Ｈｇ２＋５０８，５７８增强５．５×１０－９乙腈／水细胞成像［２７］Ｚｎ２＋３９７，４４４增强９．４×１０－８ＨＥＰＥＳ细胞成像［２８］４００，４５０增强９．１×１０－８ＨＥＰＥＳ细胞成像［２８］Ｚｎ２＋３８０，４２５增强—乙腈／水自来水、石榴汁、市售药片［２１］Ｃｕ２＋３５２，６２３增强８．１×１０－９ＤＭＳＯ／水细胞成像［２９］喹啉类Ｈｇ２＋２４３，４１５猝灭９．８×１０－７去离子水细胞成像［３０］Ｃｄ２＋２４３，４１５增强３．９×１０－８去离子水细胞成像［３０］Ｃｄ２＋３２５，５００增强２．４×１０－８乙醇／水细胞成像［２２］Ｃｄ２＋３０２，４２８增强２．２×１０－７水—［２０］２　纳米荧光探针的应用研究随着纳米技术的快速发展，将纳米材料用于荧光探针的构建受到了越来越多的关注．与传统的荧光染料相比，荧光纳米材料不仅有较高的荧光强度和良好的光稳定性，同时还具有纳米材料所特有的小尺寸效应、量子效应和表面效应等特性，可以弥补传统荧光染料的不足．目前，研究比较多的荧光纳米材料主要包括金属纳米材料、半导体量子点、碳点及金属有机骨架材料等，在重金属离子检测方面有应用研究报道．２．１　金属纳米材料金属纳米材料包括金属纳米粒子和由１０～１００个金属原子组成的金属纳米簇，其常用的金属主要有金、银、铜等．其中金属纳米粒子主要通过与荧光物质间的荧光共振能量转移作用使荧光物质发生荧光猝灭来实现荧光检测．而金属纳米簇是自身具有荧光发射，其与待测物的相互作用可使荧光性质发生改变，从而可用于荧光探针的构建．本课题组制备了一种水溶性的金纳米粒子可以用于水中Ｃｕ２＋的荧光检测［３１］．通过将异硫氰酸荧光素（ＦＩＴＣ）加入到柠檬酸盐改性的ＡｕＮＰｓ中，合成了ＦＩＴＣＡｕＮＰｓ，由于两者间形成了ＦＲＥＴ系统使得ＦＩＴＣ的荧光被极大地猝灭，而半胱氨酸的加入可以取代ＦＩＴＣ与ＡｕＮＰｓ形成比ＡｕＳＣＮ亲和力更强的３１１青岛理工大学学报第４２卷ＡｕＳ键从而将ＦＩＴＣ释放出来使其荧光恢复．但当Ｃｕ２＋存在时，Ｃｕ２＋可以催化半胱氨酸被氧气氧化生成二硫胱氨酸，而二硫胱氨酸不能置换出ＦＩＴＣ．因此，在半胱氨酸存在的条件下随着Ｃｕ２＋浓度的增加，ＦＩＴＣＡｕＮＰｓ在溶液中的荧光强度会降低，且存在良好的线性关系，可以实现Ｃｕ２＋的定量检测，检出限达到３．７×１０－１０ｍｏｌ／Ｌ．在桶装矿泉水中加入Ｃｕ２＋进行检测，检出限为６．４×１０－１０ｍｏｌ／Ｌ．与金属纳米粒子相比，金属钠米簇因具有粒径小、荧光强、稳定性好以及核壳结构等特性在荧光探针方面的应用更多．ＺＨＡＮＧ等［３２］以胞嘧啶为稳定剂制备了金纳米簇作为检测Ａｇ＋和Ｈｇ２＋的双功能荧光探针．在ＡｕＮＣｓ溶液中加入Ａｇ＋会形成ＡｕＡｇＮＣｓ使荧光增强，而在ＡｕＡｇＮＣｓ溶液中再加入Ｈｇ２＋则会引起荧光猝灭，响应速度快且稳定，推测其机理与ＡｇＡｕ金属键和Ｈｇ２＋Ａｇ＋高亲和金属键的相互作用有关．该探针对Ａｇ＋和Ｈｇ２＋的检出限分别为１．０×１０－８和３．０×１０－８ｍｏｌ／Ｌ，将其用于湖水样品的检测结果显示，对Ａｇ＋的测定结果与给定浓度之间的相对误差小于５％，对Ｈｇ２＋的检测回收率为９７．７％～９９．３％．ＰＥＮＧ等［３３］则以甲硫氨酸做稳定剂制备了一种金纳米簇作为荧光增强型探针检测Ｃｄ２＋．实验表明只有Ｃｄ２＋的加入会使溶液荧光增强，推测是由于Ｃｄ２＋与配体上的氨基或羧基螯合使ＡｕＮＣｓ聚集所致，其他金属阳离子和阴离子均无响应．该方法的检出限为１．２２５×１０－８ｍｏｌ／Ｌ，对自来水、湖水和奶粉样品的分析发现平均回收率在９５．３３％～１０６．２１％．与金银纳米簇相比制备铜纳米簇所需的前驱体更丰富且成本更低．ＨＵ等［３４］以谷胱甘肽（ＧＳＨ）作为还原剂和稳定剂制备了铜纳米簇（ＧＳＨＣｕＮＣｓ）检测Ｈｇ２＋．Ｈｇ２＋的加入与配体表面的羧基和巯基发生反应诱导了ＣｕＮＣｓ的聚集从而使荧光猝灭，检出限为３．３×１０－９ｍｏｌ／Ｌ．该方法对自来水、嘉陵江水及大米中Ｈｇ２＋的测定结果与氢化物发生原子荧光光谱法测定结果吻合度较好．２．２　半导体量子点半导体量子点一般由ＩＩＶＩ族或ＩＩＩＶ族的元素组成，是粒径在１～１０ｎｍ的零维纳米材料，由于其粒径小于或者接近激子半径，因此表现出量子限制效应使连续的能带结构变成分立状态，在被激发后可发射荧光．其独特的量子尺寸效应，使其光谱具有可控性，同时存在激发波长范围宽、发射光谱窄且对称的特性．目前报道的该类荧光探针多为ＣｄＸ（Ｘ＝Ｔｅ，Ｓｅ，Ｓ）量子点，通过不同的物质对量子点表面进行修饰来增加其水溶性及对金属离子的选择性．高雪等［３５］用巯基乙酸作稳定剂合成了ＣｄＴｅ量子点，然后通过乙二胺四乙酸钠（ＥＤＴＡ）与Ｃｄ２＋的络合作用对量子点的表面进行了化学蚀刻，形成Ｃｄ２＋空腔使荧光猝灭，以此作为一种Ｃｄ２＋增强型荧光探针，检出限为１．０×１０－９ｍｏｌ／Ｌ．用于自来水和海水水样中Ｃｄ２＋的检测，回收率为９７％～１０８％．将有机荧光团连接到量子点上是制备比率型纳米探针的一种简单有效的方法．ＭＡ等［３６］将具有绿光发射的咪唑荧光团（ＰＩＰＴ）螯合到有红光发射的ＣｄＴｅ＠ＳｉＯ２量子点表面，作为一种比率型纳米探针ＰＩＰＴＣｄＴｅ＠ＳｉＯ２ＱＤｓ用来检测Ｈｇ２＋．由于ＰＩＰＴ与Ｈｇ２＋存在强螯合作用，加入Ｈｇ２＋后ＰＩＰＴ的荧光被猝灭，但ＣｄＴｅ量子点对Ｈｇ２＋不敏感荧光不变，因此出现荧光比值的变化，该方法对Ｈｇ２＋的检出限为６．５×１０－９ｍｏｌ／Ｌ，用于自来水和湖水水样回收率为９６．３％～１０７．０％．２．３　碳点碳点是以碳为基础的粒径小于１０ｎｍ的零维碳纳米材料，具有荧光性质，因具有水溶性好、光稳定性高、原料成本低、制备过程简单、易功能化、毒性低及发射光谱可调等优点，可用于催化、荧光检测、生物成像等领域，是一种较为理想的构建荧光纳米探针的材料．ＺＨＡＮＧ等［３７］以天冬氨酸和碳酸氢铵为原料通过微波辅助热解法一步合成了石墨烯量子点（ＧＱＤｓ），可用于检测水中的Ｆｅ３＋．选择性实验显示在Ｆｅ３＋，Ｆｅ２＋，Ｈｇ２＋，Ｃａ２＋，Ｂａ２＋，Ｃｕ２＋，Ｍｎ２＋，Ｍｇ２＋，Ｎｉ２＋，Ａｇ＋中只有Ｆｅ３＋会使荧光明显猝灭，因为Ｆｅ３＋会与ＧＱＤｓ表面的酚羟基络合导致电子跃迁到Ｆｅ３＋的ｄ轨道，从而引起荧光猝灭．该探针的检出限为２．６×１０－７ｍｏｌ／Ｌ．ＧＥＤＤＡ等［３８］则以虾壳为原料制备了一种低成本、响应速度快、选择性和灵敏度高的绿色荧光碳点（ＣＤ），基于Ｃｕ２＋与ＣＤ表面氨基的配位作用形成铜胺络合物及内过滤效应使荧光发生猝灭，可对水中Ｃｕ２＋进行检测，检出限为５．０×１０－９ｍｏｌ／Ｌ．４１１第１期纪雪峰，等：荧光探针在水中重金属离子检测中的应用研究进展碳点荧光探针对金属离子的选择性识别除上述通过ＣＤ表面官能团直接识别外，还可通过配体对ＣＤ的修饰提高选择性以及ＣＤ与其他物质结合形成复合物来提高识别能力．ＸＵ等［３９］合成了一种经胸腺嘧啶（Ｔ）修饰的ＣＤ，用于检测Ｈｇ２＋．通过形成ＴＨｇ２＋Ｔ结构使ＣＤｓＴ聚集，导致荧光强度降低．荧光探针ＣＤｓＴ对Ｈｇ２＋的检出限为９．３×１０－１０ｍｏｌ／Ｌ，用于自来水与池塘水水样的检测，回收率为９７．２％～１０３．７％．２．４　金属有机骨架材料金属有机骨架材料（ＭＯＦｓ）是由金属离子和有机配体自组装形成的多孔材料，具有尺寸、结构可调性，在催化、吸附、气体储存与分离等方面具有良好的应用前景．本课题组制备了磁性ＭＯＦｓ及ＭＯＦ混合基质膜等复合ＭＯＦｓ材料，作为吸附剂去除环境中的污染物或作为色谱分析样品前处理的富集吸附材料［４０４３］．ＭＯＦｓ材料也具有优异的发光特性，可作为新型纳米荧光材料用于重金属离子的检测．ＲＵＤＤ等［４４］通过引入荧光团和功能化的二羧酸酯连接体合成了一系列ＭＯＦｓ材料（ＬＭＯＦ２６１，２６２，２６３），用于检测和去除水中重金属离子．研究发现ＬＭＯＦ２６３可在很低的浓度下（３．３×１０－９，１．９７×１０－８ｍｏｌ／Ｌ）检测Ｈｇ＋和Ｐｂ２＋．另外，ＬＭＯＦ２６３还可以对Ｈｇ＋进行吸附，在３０ｍｉｎ内去除率达到９９．１％．目前报道的ＭＯＦｓ荧光探针多为荧光猝灭型，易受周围环境因素影响，相比之下荧光增强型及比率型探针能更好地应用于水中重金属离子的检测．ＣＨＥＮ等［４５］制备了含卟啉基团的金属有机骨架材料ＰＣＮ２２２Ｐｄ（Ⅱ）对水溶液中的Ｃｕ２＋表现出荧光增强响应．Ｃｕ２＋的加入取代了与卟啉中氮原子螯合的钯离子，将钯离子置换出来并还原成钯纳米粒子从而催化了Ｈｅｃｋ反应，使苯胺转化为具有荧光的吲哚产物，产生荧光增强响应．检出限为５．０×１０－８ｍｏｌ／Ｌ．ＷＡＮＧ等［４６］则合成了一种具有双发射峰的ＭＯＦｓ作为比率型荧光探针检测Ｃｕ２＋．加入Ｃｕ２＋后，Ｅｕ（ＩＩＩ）复合物的中心Ｅｕ３＋被Ｃｕ２＋取代导致荧光发生猝灭，而荧光素异硫氰酸酯（ＦＩＴＣ）的荧光信号不变可作为参考，呈现出比值荧光响应．该探针对Ｃｕ２＋的检测灵敏度很高，检出限达到１．０×１０－１０ｍｏｌ／Ｌ，且在人血清样本、黄河水及自来水样品中１．０×１０－１０ｍｏｌ／Ｌ的Ｃｕ２＋也可以被检测到，证明了这种探针的可行性．稀土有机骨架荧光探针由于稀土离子自身的特性和配体向稀土离子的能量转移而呈现的发光现象，使其在荧光分析检测方面得到应用．ＸＩＡ等［４７］采用溶剂热法合成了以稀土离子为中心的ＭＯＦｓ可用于水溶液中Ｈｇ２＋的检测．向溶液中加入Ｈｇ２＋后，由于Ｈｇ２＋与配体的相互作用显著影响了配体向中心Ｔｂ３＋的能量转移从而发生荧光猝灭，检出限为４．４×１０－９ｍｏｌ／Ｌ．将该方法用于河水、饮用水和自来水水样的检测，相对标准偏差小于４．８０％．除上述几类纳米荧光探针外，还有磁性纳米粒子、硅纳米材料以及纳米纤维素等也被用于重金属离子荧光探针的构建．表２总结了用于水中重金属离子检测的纳米荧光探针的文献报道．表２　用于水中重金属离子检测的纳米荧光探针类型材料检测离子λｅｘ，ｅｍ／ｎｍ荧光响应ＬＯＤ／（ｍｏｌ·Ｌ１）实际应用参考文献ＦＩＴＣＡｕＮＰｓＣｕ２＋４９０，５１４猝灭６．４×１０１０桶装矿泉水［３１］金属纳米材料ＡｕＡｇＮＣｓＨｇ２＋３７０，５６０猝灭３．０×１０８湖水［３２］ＧＳＨＣｕＮＣｓＨｇ２＋３６０，４４５猝灭３．３×１０９自来水、江水、珍珠米、糯米［３４］ＭｅｔｈｉｏｎｉｎｅＣａｐｐｅｄＡｕＮＣｓＣｄ２＋４２０，５６５增强１．２×１０８自来水、湖水、奶粉、骆驼奶粉［３３］ＢＳＡＡｇ／ＡｕａｌｌｏｙＮＣｓＰｂ２＋５００，６２０猝灭２．０×１０９饮用水、湖水［４８］５１１青岛理工大学学报第４２卷续表２类型材料检测离子λｅｘ，ｅｍ／ｎｍ荧光响应ＬＯＤ／（ｍｏｌ·Ｌ１）实际应用参考文献ＰＩＰＴＣｄＴｅ＠ＳｉＯ２ＱＤｓＨｇ２＋３００，５００／６５７比率６．５×１０９自来水、湖水［３６］半导体量子点Ａｇ＋＠ＣｙｓＣｄＳＱＤｓＨｇ２＋３７２，５４５猝灭９．０×１０８饮用水［４９］ＥＤＴＡ蚀刻的ＭＰＡＣｄＴｅＱＤｓＣｄ２＋４００，—增强１．０×１０９自来水、海水［３５］ＣＤｓＴＨｇ２＋３６０，４５０猝灭９．３×１０１０自来水、池塘水［３９］碳点ＡｐｔａｍｅｒｒＧＱＤｓＰｂ２＋３００，４３５增强６．０×１０１０—［５０］ＣＤｓＣｕ２＋３３０，４０５猝灭５．０×１０９海水［３８］ＩＬＣＤｓＣｒ（Ⅵ）３８０，４５８猝灭１．５×１０８自来水［５１］ＰＣＮ２２２Ｐｄ（Ⅱ）Ｃｕ２＋２７５，３５１增强５．０×１０８—［４５］ＴｂＴＡＴＡＢＨｇ２＋３５０，—猝灭４．４×１０９河水、饮用水、自来水［４７］金属有机骨架材料ＭＯＦ５２５Ｃｕ２＋５１２，６５１猝灭６．７×１０８矿泉水、自来水［５２］ＭＯＦ５２５ＮＰｓＣｕ２＋４１４，６４６猝灭２．２×１０１０饮用水、细胞成像［５３］ＺＩＦ８Ｃｕ２＋３３０，５１５／６１６比率１．０×１０１０人血清样本、黄河水、自来水［４６］３　结论与展望随着重金属污染问题日益加剧，重金属离子的检测受到越来越多的关注．近年来，荧光探针在重金属离子检测方面取得了较好的进展．然而，仍然存在一些问题亟待解决．例如：一些荧光探针特异性不高，容易受其他金属离子的干扰，或灵敏度不够，达不到检测的要求；部分荧光探针结构复杂，合成较为困难，多数有机荧光探针是在有机溶剂跟水的混合体系中进行的，很难广泛应用．因此，要优化已有荧光探针的性能，进一步提高检测的灵敏度和选择性以及探针的实用性．另一方面，对于性能优良、合成简单、成本低、水溶性好且能够实时检测的新型荧光探针的设计还需要进一步的探究．此外，还可以对荧光探针的检测机理进行深入研究，将多种检测手段联用，设计出抗干扰能力更强，更具实际应用价值的荧光探针．总之，随着荧光探针技术的进一步发展，新型、高效、适用范围广的荧光探针将被不断开发，使其在化学、环境科学、生物科学等领域具有更加广泛的应用前景．参考文献（犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊）：［１］　ＮＯＬＡＮＥＭ，ＬＩＰＰＡＲＤＳＪ．Ｔｏｏｌｓａｎｄｔａｃｔｉｃｓｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｍｅｒｃｕｒｉｃｉｏｎ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＲｅｖｉｅｗｓ，２００８，１０８（９）：３４４３３４８０．［２］　ＪＡＲＵＰＬ，ＡＫＥＳＳＯＮＡ，ＪＡＲＵＰＬ．Ａｋｅｓｓｏｎａｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆｃａｄｍｉｕｍａｓａｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｈｅａｌｔｈｐｒｏｂｌｅｍ［Ｊ］．ＴｏｘｉｃｏｌＡｐｐｌＰｈａｒｍａｃｏｌ，２００９，２３８（３）：２０１２０８．［３］　ＳＵＮＧＴＷ，ＬＯＹ，ＣＨＡＮＧＩ，ｅｔａｌ．ＨｉｇｈｌｙｓｅｎｓｉｔｉｖｅａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｖｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｐｒｏｂｅｆｏｒＣｒ３＋ｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇｗａｔｅｒｓｏｌｕｂｌｅＣｄＳｅＱＤｓ［Ｊ］．ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓＢ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ，２０１４，２０２：１３４９１３５６．［４］　ＬＯＵＪ，ＪＩＮＬ，ＷＵＮ，ｅｔａｌ．ＤＮＡｄａｍａｇｅａｎｄｏｘｉｄａｔｉｖｅｓｔｒｅｓｓｉｎｈｕｍａｎｂｌｙｍｐｈｏｂｌａｓｔｏｉｄｃｅｌｌｓａｆｔｅｒｃｏｍｂｉｎｅｄｅｘｐｏｓｕｒｅｔｏｈｅｘａｖａｌｅｎｔｃｈｒｏｍｉｕｍａｎｄｎｉｃｋｅｌｃｏｍｐｏｕｎｄｓ［Ｊ］．ＦｏｏｄａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＴｏｘｉｃｏｌｏｇｙ，２０１３，５５：５３３５４０．［５］　ＨＵＮＧＹＨ，ＢＵＳＨＡＩ，ＣＨＥＭＹＲＡ，ｅｔａｌ．Ｃｏｐｐｅｒｉｎｔｈｅｂｒａｉｎａｎｄａｌｚｈｅｉｍｅｒ’ｓｄｉｓｅａｓｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＩｎｏｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１０，１５（１）：６１７６．［６］　ＴＵＤＯＲＲ，ＺＡＬＥＷＳＫＩＰＤ，ＲＡＴＮＡＩＫＥＲＮ，ｅｔａｌ．Ｚｉｎｃｉｎｈｅａｌｔｈａｎｄｃｈｒｏｎｉｃｄｉｓｅａｓｅ［Ｊ］．ＴｈｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｕｔｒｉｔｉｏｎＨｅａｌｔｈａｎｄＡｇｉｎｇ，２００５，９（１）：４５５１．［７］　付海曦，刘威，张春辉，等．水体中重金属离子的检测方法研究进展［Ｊ］．理化检验（化学分册），２０１２，４８（４）：４９６５０３．ＦＵＨａｉｘｉ，ＬＩＵＷｅｉ，ＺＨＡＮＧＣｈｕｎｈｕｉ，ｅｔａｌ．Ｒｅｃｅｎｔａｄｖａｎｃｅｏｆｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｉｏｎｓｉｎｗａｔｅｒ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃａｌＴｅｓｔｉｎｇａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓ（ＰａｒｔＢ：ＣｈｅｍｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓ），２０１２，４８（４）：４９６５０３．［８］　王玉红，王延凤，陈华，等．海水中重金属检测方法研究及治理技术探索［Ｊ］．环境科学与技术，２０１４，３７（Ｓ１）：２３７２４１．ＷＡＮＧＹｕｈｏｎｇ，ＷＡＮＧＹａｎｆｅｎｇ，ＣＨＥＮＨｕａ，ｅｔａｌ．Ｄｅｔｅｃｔｍｅｔｈｏｄｓｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｉｎｓｅａｗａｔｅｒａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｅｘｐｌｏｒａ６１１第１期纪雪峰，等：荧光探针在水中重金属离子检测中的应用研究进展ｔｉｏｎ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１４，３７（Ｓ１）：２３７２４１．［９］　ＣＨＥＮＸ，ＰＲＡＤＨＡＮＴ，ＷＡＮＧＦ，ｅｔａｌ．Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｃｈｅｍｏｓｅｎｓｏｒｓｂａｓｅｄｏｎｓｐｉｒｏｒｉｎｇｏｐｅｎｉｎｇｏｆｘａｎｔｈｅｎｅｓａｎｄｒｅｌａｔｅｄｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＲｅｖｉｅｗｓ，２０１２，１１２（３）：１９１０１９５６．［１０］　ＺＨＡＮＧＪ，ＣＨＥＮＧＦ，ＬＩＪ，ｅｔａｌ．Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｎａｎｏｐｒｏｂｅｓｆｏｒｓｅｎｓｉｎｇａｎｄｉｍａｇｉｎｇｏｆｍｅｔａｌｉｏｎｓ：Ｒｅｃｅｎｔａｄｖａｎｃｅｓａｎｄｆｕｔｕｒｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ［Ｊ］．ＮａｎｏＴｏｄａｙ，２０１６，１１（３）：３０９３２９．［１１］　张鹏，张有明，林奇，等．金属离子响应型荧光传感分子的设计原理及研究进展［Ｊ］．有机化学，２０１４，３４（７）：１３００１３２１．ＺＨＡＮＧＰｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＹｏｕｐｅｎｇ，ＬＩＮＱｉ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｍｅｔａｌｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｓｅｎｓｉｎｇｍｏｌｅｃｕｌｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１４，３４（７）：１３００１３２１．［１２］　ＹＵＡＮＬ，ＬＩＮＷ，ＺＨＥＮＧＫ，ｅｔａｌ．Ｆｒｅｔｂａｓｅｄｓｍａｌｌｍｏｌｅｃｕｌｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｓ：Ｒａｔｉｏｎａｌｄｅｓｉｇｎａｎｄｂｉｏｉｍａｇｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＡｃｃｏｕｎｔｓｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１３，４６（７）：１４６２１４７３．［１３］　ＳＵＮＮＡＰＵＯ，ＫＯＴＬＡＮＧ，ＭＡＤＤＩＢＯＹＩＮＡＢ，ｅｔａｌ．Ｒｈｏｄａｍｉｎｅｂａｓｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｃｈｅｍｏｓｅｎｓｏｒｆｏｒｃｈｒｏｍｉｕｍ（ＩＩＩ）ａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｌｉｖｅｃｅｌｌｉｍａｇｉｎｇ［Ｊ］．ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓＢ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ，２０１７，２４６：７６１７６８．［１４］　曾竟，刘瑞姣，陈佳敏．在双波长下识别Ｆｅ３＋的一种新型可视化荧光探针的合成及性能［Ｊ］．发光学报，２０１９，４０（４）：５４２５５１．ＺＥＮＧＪｉｎｇ，ＬＩＵＲｕｉｊｉａｏ，ＣＨＥＮＪｉａｍｉｎ．ＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｎｏｖｅｌｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｆｏｒＦｅ３＋ａｔｄｕａｌｅｍｉｓｓｉｏｎｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ，２０１９，４０（４）：５４２５５１．［１５］　陈家逸，苏伟，王恩举．基于１，８萘酰亚胺与罗丹明Ｂ间荧光共振能量转移的高选择性Ｈｇ２＋比率荧光探针［Ｊ］．高等学校化学学报，２０１６，３７（２）：２３２２３８．ＣＨＥＮＪｉａｙｉ，ＳＵＷｅｉ，ＷＡＮＧＥｎｊｕ．ＨｉｇｈｌｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅｒａｔｉｏｍｅｔｒｉｃｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｆｏｒＨｇ２＋ｂａｓｅｄｏｎｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｒｅｓｏｎａｎｃｅｅｎｅｒｇｙｔｒａｎｓｆｅｒｂｅｔｗｅｅｎ１，８ｎａｐｈｔｈａｌｉｍｉｄｅａｎｄｒｈｏｄａｍｉｎｅＢ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ，２０１６，３７（２）：２３２２３８．［１６］　ＬＩＭ，ＪＩＡＮＧＸ，ＷＵＨ，ｅｔａｌ．Ａｄｕａｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｐｒｏｂｅｆｏｒ“ｔｕｒｎｏｎ”ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆＰｂ２＋ａｎｄｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＣｕ２＋ｂａｓｅｄｏｎａｒｈｏｄａｍｉｎｅｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｉｎａｑｕｅｏｕｓｍｅｄｉａ［Ｊ］．ＤａｌｔｏｎＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，２０１５，４４（３９）：１７３２６１７３３４．［１７］　ＳＨＡＩＬＹ，ＫＵＭＡＲＡ，ＰＡＲＶＥＥＮＩ，ｅｔａｌ．Ｈｉｇｈｌｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｅｃｏｕｍａｒｉｎｔｒｉａｚｏｌｅｂａｓｅｄｆｌｕｏｒｏｍｅｔｒｉｃ‘ｔｕｒｎｏｆｆ’ｓｅｎｓｏｒｆｏｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＰｂ２＋ｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ，２０１８，３３（４）：７１３７２１．［１８］　王海娜，张慧，俞天智，等．香豆素类双酰腙荧光探针的合成及对Ｃｕ２＋的识别性能［Ｊ］．化学通报，２０２０，８３（３）：２４０２４５．ＷＡＮＧＨａｉｎａ，ＺＨＡＮＧＨｕｉ，ＹＵＴｉａｎｚｈｉ，ｅｔａｌ．ＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｄｉｃｏｕｍａｒｉｎａｃｙｌｈｙｄｒａｚｏｎｅｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓａｓｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｓｆｏｒＣｕ２＋［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０２０，８３（３）：２４０２４５．［１９］　刘琪梦，汪欢，郭昊冉，等．在纯水体系和活细胞中高选择检测Ｆｅ３＋的香豆素荧光探针［Ｊ］．无机化学学报，２０１９，３５（５）：９２３９２９．ＬＩＵＱｉｍｅｎｇ，ＷＡＮＧＨｕａｎ，ＧＵＯＨａｏｒａｎ，ｅｔａｌ．ＡｈｉｇｈｌｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅｃｏｕｍａｒｉｎｂａｓｅｄｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｆｏｒｄｅｔｅｃｔｉｎｇＦｅ３＋ｉｎｐｕｒｅｗａｔｅｒｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｌｉｖｉｎｇｃｅｌｌｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｎｏｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１９，３５（５）：９２３９２９．［２０］　ＸＵＺ，ＬＩＧ，ＲＥＮＹ，ｅｔａｌ．ＡｓｅｌｅｃｔｉｖｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｆｏｒｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＣｄ２＋ｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｕｆｆｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎｓａｎｄｗａｔｅｒ［Ｊ］．ＤａｌｔｏｎＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，２０１６，４５（３０）：１２０８７１２０９３．［２１］　ＶＥＬＭＵＲＵＧＡＮＫ，ＲＡＭＡＮＡ，ＤＯＮＤ，ｅｔａｌ．ＱｕｉｎｏｌｉｎｅｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅｃｏｎｊｕｇａｔｅｆｏｒｔｈｅｈｉｇｈｌｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＺｎ（ＩＩ）ｂｙｄｕａｌｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃａｎｄｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｔｕｒｎｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｓ［Ｊ］．ＲＳＣＡｄｖａｎｃｅｓ，２０１５，５（５５）：４４４６３４４４６９．［２２］　ＳＨＩＺ，ＨＡＮＱ，ＹＡＮＧＬ，ｅｔａｌ．Ａｈｉｇｈｌｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅｔｗｏｐｈｏｔｏｎｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｆｏｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｃａｄｍｉｕｍ（ＩＩ）ｂａｓｅｄｏｎｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒｅｌｅｃｔｒｏｎｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｉｔｓｉｍａｇｉｎｇｉｎｌｉｖｉｎｇｃｅｌｌｓ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｓｔｒｙＡＥｕｒｏｐｅａｎＪｏｕｒｎａｌ，２０１５，２１（１）：２９０２９７．［２３］　ＺＨＯＵＹ，ＺＨＡＮＧＪ，ＺＨＡＮＧＬ，ｅｔａｌ．ＡｒｈｏｄａｍｉｎｅｂａｓｅｄｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｃｈｅｍｏｓｅｎｓｏｒｆｏｒｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＣｒ３＋ｉｎａｑｕｅｏｕｓｍｅｄｉａ［Ｊ］．Ｄｙｅｓ＆Ｐｉｇｍｅｎｔｓ，２０１３，９７（１）：１４８１５４．［２４］　ＬＩＵＹ，ＳＨＥＮＲ，ＲＵＪ，ｅｔａｌ．Ａｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅｒｈｏｄａｍｉｎｅ６ＧｂａｓｅｄｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｔｕｒｎｏｎｐｒｏｂｅｆｏｒＦｅ３＋ｉｎｗａｔｅｒａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｌｉｖｉｎｇｃｅｌｌｉｍａｇｉｎｇ［Ｊ］．ＲＳＣＡｄｖａｎｃｅｓ，２０１６，６（１１３）：１１１７５４１１１７５９．［２５］　ＺＨＡＮＧＢ，ＤＩＡＯＱ，ＭＡＰ，ｅｔａｌ．ＡｓｅｎｓｉｔｉｖｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｆｏｒＣｕ２＋ｂａｓｅｄｏｎｒｈｏｄａｍｉｎｅＢｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏｄｒｉｎｋｉｎｇｗａｔｅｒｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄｌｉｖｉｎｇｃｅｌｌｓｉｍａｇｉｎｇ［Ｊ］．ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓ，２０１６，２２５：５７９５８５．［２６］　陈兆辉，李媛媛，韩娟，等．一种基于香豆素衍生物的铁离子水溶性荧光探针的合成及其应用［Ｊ］．分析化学，２０１８，４６（１）：２０２６．ＣＨＥＮＺｈａｏｈｕｉ，ＬＩＹｕａｎｙｕａｎ，ＨＡＮＪｕａｎ，ｅｔａｌ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｆｅｒｒｉｃｉｏｎｗａｔｅｒｓｏｌｕｂｌｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｂａｓｅｄｏｎｃｏｕｍａｒｉｎｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎａｌｙｔｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１８，４６（１）：２０２６．［２７］　ＨＵＡＮＧＫ，ＪＩＡＯＸ，ＬＩＵＣ，ｅｔａｌ．Ｈｉｇｈｌｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｆｏｒｍｅｒｃｕｒｙｉｏｎｓｂａｓｅｄｏｎａｎｏｖｅｌｒｈｏｄｏｌｃｏｕｍａｒｉｎｈｙｂｒｉｄｄｙｅ［Ｊ］．Ｄｙｅｓ＆Ｐｉｇｍｅｎｔｓ，２０１７，１４２：４３７４４６．［２８］　李长伟，杨栋，尹兵，等．新型香豆素类Ｚｎ２＋荧光探针的合成及细胞成像研究［Ｊ］．有机化学，２０１６，３６（４）：７８７７９４．ＬＩＣｈａｎｇｗｅｉ，ＹＡＮＧＤｏｎｇ，ＹＩＮＢｉｎｇ，ｅｔａｌ．ＮｏｖｅｌｃｏｕｍａｒｉｎｂａｓｅｄｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｓｆｏｒｄｅｔｅｃｔｉｎｇＺｎ２＋ｉｎｌｉｖｉｎｇｃｅｌｌｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１６，３６（４）：７８７７９４．［２９］　ＷＡＮＧＰ，ＦＵＪ，ＹＡＯＫ，ｅｔａｌ．Ａｎｏｖｅｌｑｕｉｎｏｌｉｎｅｄｅｒｉｖｅｄｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ“ｔｕｒｎｏｎ”ｐｒｏｂｅｆｏｒＣｕ２＋ｗｉｔｈｈｉｇｈｌｙｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｃｅｌｌｉｍａｇｉｎｇ［Ｊ］．ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓＢ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ，２０１８，２７３：１０７０１０７６．［３０］　ＺＡＮＧＳＱ，ＬＵＨＬ，ＷＡＮＧＷＫ，ｅｔａｌ．ＡｎｅｗｑｕｉｎｏｌｉｎｅｂａｓｅｄｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｆｏｒＣｄ２＋ａｎｄＨｇ２＋ｗｉｔｈａｎｏｐｐｏｓｉｔｅｒｅｓｐｏｎｓｅｉｎ７１１青岛理工大学学报第４２卷１００％ａｑｕｅｏｕｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｌｉｖｉｎｇｃｅｌｌｉｍａｇｉｎｇ［Ｊ］．ＤａｌｔｏｎＴｒａｎｓ，２０１６，４５：８１７４８１８１．［３１］　ＷＡＮＧＳ，ＷＡＮＧＸ，ＺＨＡＮＧＺ，ｅｔａｌ．Ｈｉｇｈｌｙｓｅｎｓｉｔｉｖｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｃｏｐｐｅｒｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｉｔｓｃａｔａｌｙｔｉｃｏｘｉｄａｔｉｏｎｔｏｃｙｓｔｅｉｎｅｉｎｄｉｃａｔｅｄｂｙｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎｉｓｏｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄｇｏｌｄｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＣｏｌｌｏｉｄｓａｎｄＳｕｒｆａｃｅｓＡ：ＰｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｓｐｅｃｔｓ，２０１５，４６８：３３３３３８．［３２］　ＺＨＡＮＧＹ，ＪＩＡＮＧＨ，ＷＡＮＧＸ．ＣｙｔｉｄｉｎｅｓｔａｂｉｌｉｚｅｄｇｏｌｄｎａｎｏｃｌｕｓｔｅｒａｓａｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｔｕｒｎｏｎａｎｄｔｕｒｎｏｆｆｐｒｏｂｅｆｏｒｄｕａｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＡｇ＋ａｎｄＨｇ２＋［Ｊ］．ＡｎａｌｙｔｉｃａＣｈｉｍｉｃａＡｃｔａ，２０１５，８７０：１７．［３３］　ＰＥＮＧＹ，ＷＡＮＧＭ，ＷＵＸ，ｅｔａｌ．Ｍｅｔｈｉｏｎｉｎｅｃａｐｐｅｄｇｏｌｄｎａｎｏｃｌｕｓｔｅｒｓａｓａｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｅｎｈａｎｃｅｄｐｒｏｂｅｆｏｒｃａｄｍｉｕｍ（ＩＩ）ｓｅｎｓｉｎｇ［Ｊ］．Ｓｅｎｓｏｒｓ，２０１８，１８（２）：６５８６６８．［３４］　ＨＵＸ，ＷＡＮＧＷ，ＨＵＡＮＧＹ．ＣｏｐｐｅｒｎａｎｏｃｌｕｓｔｅｒｂａｓｅｄｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｆｏｒｓｅｎｓｉｔｉｖｅａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＨｇ２＋ｉｎｗａｔｅｒａｎｄｆｏｏｄｓｔｕｆｆ［Ｊ］．Ｔａｌａｎｔａ，２０１６，１５４：４０９４１５．［３５］　高雪，葛丹，赵月，等．ＣｄＴｅ量子点作为荧光探针测定水环境中微量镉离子［Ｊ］．化学通报，２０１５，７８（１０）：９０２９０６．ＧＡＯＸｕｅ，ＧＥＤａｎ，ＺＨＡＯＹｕｅ，ｅｔａｌ．ＣｄＴｅｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓａｓｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｓｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｒａｃｅｃａｄｍｉｕｍｉｏｎｓｉｎｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１５，７８（１０）：９０２９０６．［３６］　ＭＡＦ，ＳＵＮＭ，ＺＨＡＮＧＫ，ｅｔａｌ．Ａｒａｔｉｏｍｅｔｒｉｃｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｓｅｎｓｏｒｆｏｒｈｉｇｈｌｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｍｅｒｃｕｒｉｃｉｏｎ［Ｊ］．ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓＢ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ，２０１５，２０９：３７７３８３．［３７］　ＺＨＡＮＧＣＦ，ＣＵＩＹＹ，ＳＯＮＧＬ，ｅｔａｌ．ＭｉｃｒｏｗａｖｅａｓｓｉｓｔｅｄｏｎｅｐｏｔｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓａｓｈｉｇｈｌｙｓｅｎｓｉｔｉｖｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｓｆｏｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｉｒｏｎｉｏｎｓａｎｄｐＨｖａｌｕｅ［Ｊ］．Ｔａｌａｎｔａ，２０１６，１５０（１）：５４６０．［３８］　ＧＥＤＤＡＧ，ＬＥＥＣ，ＬＩＮＹ，ｅｔａｌ．Ｇｒｅｅｎｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｃａｒｂｏｎｄｏｔｓｆｒｏｍｐｒａｗｎｓｈｅｌｌｓｆｏｒｈｉｇｈｌｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｃｏｐｐｅｒｉｏｎｓ［Ｊ］．ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓＢ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ，２０１６，２２４：３９６４０３．［３９］　ＸＵＨ，ＨＵＡＮＧＳ，ＬＩＡＯＣ，ｅｔａｌ．ＨｉｇｈｌｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｐｒｏｂｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｙｍｉｎｅｍｏｄｉｆｉｅｄｃａｒｂｏｎｄｏｔｓｆｏｒＨｇ２＋ａｎｄＬｃｙｓｔｅｉｎｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＲＳＣＡｄｖａｎｃｅｓ，２０１５，５（１０８）：８９１２１８９１２７．［４０］　ＷＵＧ，ＭＡＪ，ＷＡＮＧＳ，ｅｔａｌ．Ｃａｔｉｏｎｉｃｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｂａｓｅｄｍｉｘｅｄｍａｔｒｉｘｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｐｈｅｎｏｘｙｃａｒｂｏｘｙｌｉｃａｃｉｄ（ＰＣＡ）ｈｅｒｂｉｃｉｄｅｓｆｒｏｍｗａｔｅｒｓａｍｐｌｅｓｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙＵＨＰＬＣＭＳ／ＭＳｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｚａｒｄｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２０，３９４：１２２５５６．［４１］　ＷＵＧ，ＭＡＪ，ＬＩＳ，ｅｔａｌ．Ｃａｔｉｏｎｉｃｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｓａｓａｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｄｓｏｒｂｅｎｔｆｏｒｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｏｆ２，４ｄｉｃｈｌｏｒｏｐｈｅｎｏｘｙａｃｅｔｉｃａｃｉｄｆｒｏｍａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，２０２０，１８６：１０９５４２．［４２］　ＭＡＪ，ＬＩＳ，ＷＵＧ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｍｉｘｅｄｍａｔｒｉｘｍｅｍｂｒａｎｅｓｆｒｏｍｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋ（ＭＩＬ５３）ａｎｄｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄｅ）ｆｏｒｕｓｅｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｓｕｌｆｏｎｙｌｕｒｅａｈｅｒｂｉｃｉｄｅｓｉｎａｑｕｅｏｕｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｂｙｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｌｉｑｕｉｄｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｌｌｏｉｄａｎｄＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ，２０１９，５５３：８３４８４４．［４３］　ＭＡＪ，ＹＡＯＺ，ＨＯＵＬ，ｅｔａｌ．Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ（ＭＯＦｓ）ｆｏｒｍａｇｎｅｔｉｃｓｏｌｉｄｐｈａｓｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｐｙｒａｚｏｌｅ／ｐｙｒｒｏｌｅｐｅｓｔｉｃｉｄｅｓｉｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｗａｔｅｒｓａｍｐｌｅｓｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙＨＰＬＣＤＡＤｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｔａｌａｎｔａ，２０１６，１６１：６８６６９２．［４４］　ＲＵＤＤＮＤ，ＷＡＮＧＨ，ＦＵＥＮＴＥＳＦＥＲＮＡＮＤＥＺＥＭ，ｅｔａｌ．Ｈｉｇｈｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒｔｈｅｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｒｅｍｏｖａｌｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｆｒｏｍｗａｔｅｒ［Ｊ］．ＡＣＳＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２０１６，８（４４）：３０２９４３０３０３．［４５］　ＣＨＥＮＹ，ＪＩＡＮＧＨ．Ｐｏｒｐｈｙｒｉｎｉｃｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｃａｔａｌｙｚｅｄｈｅｃｋｒｅａｃｔｉｏｎ：Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ“ＴｕｒｎＯｎ”ｓｅｎｓｉｎｇｏｆＣｕ（ＩＩ）ｉｏｎ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１６，２８（１８）：６６９８６７０４．［４６］　ＷＡＮＧＪ，ＣＨＥＮＨ，ＲＵＦ，ｅｔａｌ．ＥｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎｏｆｄｕａｌｅｍｉｔｔｉｎｇｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｍａｇｎｅｔｉｃｎａｎｏｐｒｏｂｅｉｎｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｓｆｏｒｕｌｔｒａｓｅｎｓｉｔｉｖｅｒａｔｉｏｍｅｔｒｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＣｕ２＋［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｓｔｒｙＡＥｕｒｏｐｅａｎＪｏｕｒｎａｌ，２０１８，２４（１４）：３４９９３５０５．［４７］　ＸＩＡＴ，ＳＯＮＧＴ，ＺＨＡＮＧＧ，ｅｔａｌ．ＡｔｅｒｂｉｕｍｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｆｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒｈｉｇｈｌｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｅｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｓｅｎｓｉｎｇｏｆＨｇ２＋ｉｏｎｓｉｎａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｓｔｒｙＡＥｕｒｏｐｅａｎＪｏｕｒｎａｌ，２０１６，２２（５１）：１８４２９１８４３４．［４８］　ＷＡＮＧＣ，ＣＨＥＮＧＨ，ＳＵＮＹ，ｅｔａｌ．Ｎａｎｏｃｌｕｓｔｅｒｓｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍａｓｉｌｖｅｒ／ｇｏｌｄａｌｌｏｙａｓａｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｆｏｒｓｅｌｅｃｔｉｖｅａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｌｅａｄ（ＩＩ）［Ｊ］．ＭｉｋｒｏｃｈｉｍｉｃａＡｃｔａ，２０１５，１８２（３）：６９５７０１．［４９］　ＵＰＰＡＹ，ＫＵＬＣＨＡＴＳ，ＮＧＡＭＤＥＥＫ，ｅｔａｌ．ＳｉｌｖｅｒｉｏｎｍｏｄｕｌａｔｅｄＣｄＳｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓｆｏｒｈｉｇｈｌｙｓｅｌｅｃｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｒａｃｅＨｇ２＋［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ，２０１６，１７８：４３７４４５．［５０］　ＱＩＡＮＺ，ＳＨＡＮＸＹ，ＣＨＡＩＬＪ，ｅｔａｌ．Ａｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｎａｎｏｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎｇｒａｐｈｅｎｅｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓａｐｔａｍｅｒｐｒｏｂｅａｎｄｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅｐｌａｔｆｏｒｍｆｏｒｄｅｔｅ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《2024年新型金属离子荧光探针的合成及性能和应用的研究》范文

《新型金属离子荧光探针的合成及性能和应用的研究》篇一一、引言随着科技的不断发展，荧光探针作为一种高效、灵敏的检测工具，在生物医学、环境监测、材料科学等领域中发挥着越来越重要的作用。

其中，金属离子荧光探针以其独特的选择性和灵敏度，成为了研究领域的热点。

本文将重点介绍一种新型金属离子荧光探针的合成过程，并探讨其性能及实际应用。

二、新型金属离子荧光探针的合成本研究所合成的金属离子荧光探针采用了一种新型的配体结构，通过配位作用与金属离子结合，从而产生荧光信号。

合成步骤如下：1. 合成配体：以苯胺为原料，经过多步反应，成功合成出目标配体。

在合成过程中，需严格控制反应条件，以确保产物的纯度和收率。

2. 合成金属离子荧光探针：将配体与目标金属离子在适宜的溶剂中进行配位反应，得到新型金属离子荧光探针。

该过程需在室温下进行，以避免对探针性能的影响。

三、新型金属离子荧光探针的性能1. 选择性：该新型金属离子荧光探针对特定金属离子具有较高的选择性，能够在多种金属离子共存的情况下，实现对目标金属离子的高效检测。

2. 灵敏度：该探针的灵敏度较高，能够在较低浓度下实现对目标金属离子的检测。

同时，该探针具有较低的检测限，提高了其在低浓度环境下的应用价值。

3. 稳定性：该探针在溶液中具有较好的稳定性，能够在较长时间内保持其荧光信号的稳定性，有利于提高实验结果的准确性。

四、新型金属离子荧光探针的应用1. 生物医学领域：该新型金属离子荧光探针可用于细胞内金属离子的检测和成像。

通过将探针引入细胞内，实现对细胞内金属离子的实时监测，有助于研究细胞内金属离子的代谢和作用机制。

2. 环境监测领域：该探针可应用于水体中重金属离子的检测。

将探针加入水样中，通过观察其荧光信号的变化，实现对水体中重金属离子的快速检测和监测。

3. 材料科学领域：该探针可用于材料中金属离子的分析和鉴定。

通过将探针与材料进行反应，实现对材料中金属离子的检测和定位，有助于评估材料的性能和质量。

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.。

近红外二区荧光探针的设计及应用研究进展

第61卷第1期厦门大学学报(自然科学版)V o l .61 N o .1 2022年1月J o u r n a l o f X i a m e nU n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c e )J a n .2022h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n d o i :10.6043/j.i s s n .0438-0479.202011026㊃综述㊃近红外二区荧光探针的设计及应用研究进展黄艳芳,李子婧*(厦门大学公共卫生学院,分子影像暨转化医学研究中心,福建厦门361102)摘要:高时空分辨率和高灵敏度的荧光成像技术是一种新兴的活体可视化检测工具.与近红外一区(N I R -Ⅰ,700~900n m )相比,近红外二区(N I R -Ⅱ,1000~1700n m )成像具有更低的自发背景荧光㊁更深的组织穿透性和更高的信背比,因此N I R -Ⅱ荧光成像能促进深部疾病的精确诊断.N I R -Ⅱ荧光探针是N I R -Ⅱ荧光成像的基础.目前已开发一系列基于有机和无机材料的N I R -Ⅱ荧光探针,包括有机小分子染料㊁基于小分子染料的有机纳米粒子㊁共轭聚合物㊁量子点㊁稀土掺杂纳米粒子和单壁碳纳米管等.本文综述近期新型N I R -Ⅱ荧光探针的研究进展及其在生物医学领域的应用.关键词:荧光成像;近红外二区;荧光探针;有机小分子染料中图分类号:R445 文献标志码:A 文章编号:0438-0479(2022)01-0001-12收稿日期:2020-11-16 录用日期:2020-12-09基金项目:国家自然科学基金(81971674);福建省自然科学基金(2019J 06006)*通信作者:z i j i n g.l i @x m u .e d u .c n 引文格式:黄艳芳,李子婧.近红外二区荧光探针的设计及应用研究进展[J ].厦门大学学报(自然科学版),2022,61(1):1-12.C i t a t i o n :H U A N GYF ,L IZJ .R e s e a r c h p r o g r e s s i nd e s i g na n da p pl i c a t i o no f f l u o r e s c e n c e p r o b e s i n t h e s e c o n dn e a r -i n f r a r e d w i n d o w [J ].JX i a m e nU n i vN a t S c i ,2022,61(1):1-12.(i nC h i n e s e) 光学成像技术具有无创㊁安全㊁可视化能力强㊁空间分辨率高㊁成本低等优点,可对生物分子㊁细胞㊁组织和生物体进行实时㊁多维的可视化监测,是生物医学领域中的重要研究手段[1-2].荧光成像由于其灵敏度高㊁分辨率高及操作简单等优点,在生物分子检测成像㊁药物分布代谢跟踪㊁疾病检测和诊断,特别是癌症早期诊断和影像引导治疗中,具有良好应用前景.与可见光相比,发射波长在近红外区域的荧光探针可获得更深的穿透深度和更好的成像质量,因此,近10年来,荧光成像技术主要集中在近红外窗口.近红外一区(N I R -Ⅰ,700~900n m )荧光成像以其高灵敏度㊁快速反馈㊁无危害辐射㊁低成本等优点,在生物医学研究中受到广泛关注.例如,利用N I R -Ⅰ荧光染料可以精确地描绘前哨淋巴结/肿瘤轮廓,并在术中引导切除前哨淋巴结/肿瘤组织[3].最近的研究表明,由于具有散射少㊁组织吸收可忽略和自荧光效应最小化等优势,在近红外二区(N I R -Ⅱ,1000~1700n m )进行生物医学成像可以充分提高成像的时空分辨率(约20m s 和约25m m )以及穿透深度(高达3c m ),从而获得比N I R -Ⅰ更好的图像质量和更高的信背比[4-7].目前,临床批准的近红外荧光染料有两种,分别是吲哚菁绿(I C G ,发射波长800n m )和亚甲基蓝(M B ,发射波长700n m ),两者都是可以快速排泄的小分子,主要用于N I R -Ⅰ成像[2].随着化学合成的不断发展,新的荧光材料不断被发掘.N I R -Ⅱ荧光材料种类也日益丰富,如有机荧光材料㊁量子点㊁稀土纳米材料等被开发应用于近红外生物医学成像.然而,缺乏良好的水溶性㊁稳定性㊁荧光效率和生物相容性等是N I R -Ⅱ荧光材料发展的瓶颈.如何解决这些问题是N I R -Ⅱ荧光成像领域的热点,也是未来发展方向[8-12].因此,开发荧光效率高㊁水溶性好㊁生物相容性好的新型N I R -Ⅱ荧光材料,对荧光成像技术的发展具有重要意义.本文对近期新型N I R -Ⅱ荧光材料的设计理念及其在生物医学领域的应用进行综述和展望,以期为N I R -Ⅱ荧光成像技术的发展提供参考思路.1 有机N I R -Ⅱ荧光探针目前,已经开发出多种性能优良的有机N I R -Ⅱ荧光材料,其具有明确的化学结构,并且易于代谢,生物相容性好[13],因此极具吸引力和发展前景,有望率先在未来的临床中应用.1.1 苯并双噻二唑(B B T D )类具有供体-受体-供体(D -A -D )特征的荧光团,如Copyright©博看网 . All Rights Reserved.厦门大学学报(自然科学版)2022年h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n B B T D 衍生物,具有较大的斯托克斯位移(约200n m )和高成像质量.在D -A -D 支架中,强电子供体与中心电子受体的空间结构可缩小杂化最高占据分子轨道(H O M O )与最低未占据分子轨道(L U M O )能级之间的能隙,将荧光发射波长红移至N I R -Ⅱ窗口[13-16].B B T D 通过调节D -A -D 荧光团的受体和供体结构可以有效地改变吸收和发射光谱特征.通常,B B T D 基荧光团的最大吸收波长和发射波长分别位于800和1000n m 左右,波长相对较短.设计波长更长的新型荧光团将有利于在N I R -Ⅱ对深层组织进行成像[17].F a n g 等[18]研究后发现:用S e 原子取代B B T D 骨架中的S 原子可以使发射波长红移,引入给电子氨基也可以使发射波长延长至N I R -Ⅰ;但是单一的改进措施只能使波长红移ɤ50n m ,如何进一步有效延长波长仍然是一项挑战.通过同时在B B T D 骨架中引入一个S e 原子和一个氨基,开发了一种最大发射波长为1210n m 的新型有机小分子荧光团F M 1210;与S 取代的类似物C F 1065相比,F M 1210的发射波长大幅红移了145n m ,并保持相当的量子产率和亮度,从而使F M 1210的活体成像质量明显高于C F 1065,波长增益约为使用单一修饰的B B TD 衍生物(约50n m )的3倍,超过1200n m 区域波长的大幅增加可归因于S e 原子和氨基的协同作用.这些优点进一步使N I R -Ⅱ荧光探针能够以100帧/s 的速度对小鼠进行成像.此外,该研究还证明纳米尺度的F M 1210脂质体(F M 1210-N P s)能以高信背比对肿瘤及血管系统进行活体成像(图1).图1 F M 1210的结构(a)及其脂质体用于血管及肿瘤的荧光成像(b)[18]F i g .1T h e s t r u c t u r e o f F M 1210(a )a n d f l u o r e s c e n c e i m a g i n gf o r b l o o d v e s s e l a n d t u m o rw i t hF M 1210-N P s (b)[18]揭示B B T D 基荧光团的分子结构与光学行为之间的关系,也有助于开发具有长波长荧光发射的探针.为此,Y e 等[19]研究了B B T D 核心两侧的共轭桥和电子供体对光学行为的影响:当将苯基噻吩共轭桥(如P T ㊁P P T 和P T T )置于B B T D 核心两侧时,它们的吸收波长在640~860n m 区域,而其发射波长约1070n m ;当加入噻吩桥(T P A T )时,吸收和发射波长分别可达920和1150n m.在芴吡咯(F P)官能团存在的情况下,由于吡咯的N H 基团与B B T D 的氮原子之间形成了分子内氢键,吸收波长可达1020n m ,发射波长超过1200n m.这些结果表明,T P A T 和电子供体是延长荧光团吸收和发射波长的关键成分.基于此,选择T P A T 和苯乙烯来放大共轭桥,以N ,N -二甲基氨基作为电子供体,将它们整合到B B T D 支架中,从而得到在942n m 处有一个很强的吸收峰㊁在1302n m 处有一个发射峰的目标分子B B T D -1302.1302n m 处的最大发射峰不仅有助于解决更深层肿瘤的成像问题,还避免了使用长通滤波器时荧光成像的亮度下降[13].接着以聚乙二醇(P E G )化表面活性剂对其进行功能化形成水分散性纳米粒子B B T D -1302N P s,并通过体外研究验证了B B T D -1302N P s 的高生物相容性和耐光降解性;基于B B T D -1302N P s 的良好性能,在荷瘤裸鼠体内对B B T D -1302N P s 的光热治疗能力进行了研究,结果显示经尾静脉注射B B T D -1302N P s 和980n m 激光照射的小鼠肿瘤生长受到抑制.为了改善N I R -Ⅱ荧光量子产率,目前还开发出多种具有屏蔽单元-供体-受体-供体-屏蔽单元(S -D -A -D -S)结构的荧光团.引入屏蔽单元可以保护荧光团的共轭骨架免受分子间相互作用,从而提高量子产率;同时,供体单元也有助于改善S -D -A -D -S 荧光团在水溶液中的量子产率性能.例如:使用3,4-乙二氧基噻吩(E D O T )代替噻吩作为供体单元,可以使荧光探针水溶液中的量子产率从0.002%指数级增加到0.2%(将荧光团I R -26在二氯乙烷中的量子产率0.05%作为参比测定得出);具有增强疏水性的3-辛基噻吩进一步作为荧光团I R -F T A P 的第一供体,在水中的量子产率提高到0.53%[20].尽管这种供体修饰可有效改善水溶液中的量子产率,但也会引起共轭主链更大的畸变,从而导致吸收光谱移动,发射波长减小,吸收系数降低.因此,为有效改善荧光团的亮度,在提高量子产率的同时应不牺牲吸收系数.基于此,M a 等[21]设计并合成了以二辛基链取代的3,4-丙基二氧基噻吩(P D O T )为供体单元的新型S -D -A -D -SN I R -Ⅱ荧光团I R -F P 8P ,以增强量子产率和吸收系数;与I R -F T A P 的3-辛基噻吩相比,P D O T 供体的共轭主链扭曲较小,因此I R -F P 8P 实现了吸收光谱的红移和吸收㊃2㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第1期黄艳芳等:近红外二区荧光探针的设计及应用研究进展h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n 系数的提高.此外,二辛基链取代的P D O T 能很好地保护主链不与水相互作用,量子产率明显提高.结果显示:I R -F P 8P 在水溶液中的荧光量子产率为0.60%,在水溶液中的峰值吸收系数为1.3ˑ104L /(m o l ㊃c m );与I R -F T A P 相比,亮度(808n m 激发)增加了5.7倍以上.I R -F P 8P 可在1300n m 长通滤波器下对小鼠后肢血管进行成像,并观察到清晰的血管网络,信背比约为7.此外,通过偶联卵泡刺激素(F S H )制备具有靶向能力的F S H@F P 8荧光探针,可用于小鼠卵巢成像.大多荧光分子探针在聚集态时,会由于平面结构分子间强π-π相互作用诱导荧光猝灭(A C Q )效应,在水溶液或生理条件下荧光亮度降低,从而限制了其生物成像质量.M e i 等[22]和L i u 等[23]发现了与A C Q 相反的聚集诱导发光(A I E )现象,即处于聚集状态的荧光探针强度远高于分散态.因此,当赋予N I R -Ⅱ荧光材料A I E 特性,它将具有更高的荧光效率和光稳定性,同时大幅提升成像清晰度和分辨率.近期,L i 等[24]以B B T D 为电子受体㊁三苯胺(T P A )为电子供体,利用A I E 活性分子转子,设计并合成了P E G 化S A -T T B -P E G 100;通过自组装技术获取了纳米颗粒(粒径为35n m ),在约1050n m 处表现出最大荧光发射峰,在水中的最高量子产率为10.30%.此外,该自组装的纳米颗粒相比于通过两亲性聚合物包裹的对应物,表现出更小的多分散指数(P D I )㊁更好的均一性以及更久的胶体稳定性,在生物成像方面具有更好的潜力.接着,利用此纳米探针在小鼠和兔模型中评估了这种A I E 纳米颗粒的近红外荧光成像性能,结果显示,N I R -Ⅱ荧光成像在体分辨率约38μm ,穿透深度约1c m.该研究表明,高效自组装策略设计的N I R -ⅡA I E 纳米颗粒对血管相关疾病的诊断和治疗具有重要意义,为N I R -Ⅱ荧光成像技术的转化应用提供了新机会.1.2 花菁类基于聚次甲基骨架的花菁染料含有扩展π共轭体系,具有独特的共轭骨架结构.通过加长聚次甲基链㊁增加杂环供体强度,或将杂原子从氧改变为其他硫族元素等方法,可以使染料的吸收波长红移.与D -A -D 型染料相比,花菁类染料合成过程相对简单,吸收强度较高(ε>105L /(m o l ㊃c m )),特别是对近红外光有很强的吸收,因此很适合于近红外成像[25-26].由于循环时间短,菁类染料为血管成像提供的成像时间窗口通常小于2m i n .将染料与蛋白质进行生物结合可以增强循环时间,但这可能会产生猝灭效应而牺牲亮度.因此,需要发展一种新策略,在改善药代动力学特征的同时,又能确保N I R -Ⅱ荧光团的高量子产率.T i a n 等[27]通过牛血清白蛋白(B S A )和花菁染料之间的工程化超分子组装,开发了一个自组装的㊁尺寸约为50n m 的I R -783@B S A .该复合物可以保持扭曲的构象,且I R -783与白蛋白之间的纳摩尔级结合亲和力增强了扭曲的分子内电荷转移(T I C T )过程和循环时间;循环时间增强使I R -783@B S A 能够在注射后3h 内观测到3μm 宽的血管,同时具有超高的对比度,从而获得高质量的N I R -Ⅱ成像.目前,N I R -Ⅱ花菁类染料在生物成像中存在稳定性差㊁斯托克斯位移小,或发生溶剂化猝灭等缺点.针对这些问题,R e n 等[28]通过理性设计和理论计算相结合,提出构建N I R -Ⅱ荧光染料的新思路,即增大空间位阻和电子不对称性,并以此开发了一系列稳定㊁高量子产率㊁抗溶剂化猝灭的新型菁荧光团(N I RⅡ-R T s ),其在水溶液中的吸收和发射峰分别高达977和1008n m.与传统的N I R -Ⅱ七甲川菁相比,N I RⅡ-R T s 具有较小的斯托克斯位移和对溶剂极性敏感的吸收带,在极性溶剂中表现出稳定且强烈的吸收.稳定性测试表明,N I R Ⅱ-R T s 在生理环境中的化学稳定性和光稳定性均优于商用七甲川菁类似物I R 1061和吲哚菁绿.这些特点使N I RⅡ-R T s 在生物成像应用中具有优异的高亮度和深层组织穿透性.此外,由于引入了羧酸官能团,新型染料N I RⅡ-R T 3/4可以通过螺旋环化作用产生一个强大的荧光开关机制,所以N I R Ⅱ-R T 染料可以设计作为可激活的N I R -Ⅱ荧光探针.作为概念的证明,该团队应用N I R Ⅱ-R T 4构建了一系列可靶向激活的N I R -Ⅱ荧光探针(N I R Ⅱ-R T -pH ㊁N I RⅡ-R T -三磷酸腺苷(A T P )和N I RⅡ-R T -H g),用于生物相关物质的检测.特别是利用N I RⅡ-R T -A T P 探针,首次实现了高对比度药物性肝损伤小鼠肝脏A T P 含量的实时监测.通常,有机荧光染料仅通过结构修饰很难将最大吸收波长和发射波长红移至1300n m 以上,而J -聚集体可以使单个分子的吸收和发射波长红移,吸收系数增强且斯托克斯位移减小.因此,为了获取更长吸收和发射波长的N I R -Ⅱ探针,最近S u n 等[29]通过自组装F D -1080花菁染料和1,2-二肉豆蔻酰基-s n -甘油-3-磷酸胆碱(D M P C ),成功开发了一种新型的N I R -Ⅱ探针F D -1080J -聚集体,其在生理条件下表现出较高的亲水性和稳定性,最大吸收和发射波长均超过1300n m ;进一步利用分子动力学模拟研究了磷脂D M P C 与F D -1080在J -聚集体形成过程中的相互作用;此外,还㊃3㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.厦门大学学报(自然科学版)2022年h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n 对F D -1080J -聚集体进行了1500n m 以上的光学成像(图2),并成功用于监测高血压大鼠在给药后颈动脉的动态变化,以评价降压药的疗效.图2 浸没于不同深度甘油中的J -聚集体的荧光图像(a ),不同成像窗口中在穿透深度处J -聚集体的半峰宽(F W H M )(b)及注射J -聚集体后在不同区域获得的脑和后肢血管图像(c )[29]F i g .2F l u o r e s c e n c e i m a g e s o f J -a g g r e ga t e s i m m e r s e d a t v a r i e d d e p t h s i n g l yc e r o l (a ),f u l l w id t h a t h a l f -m a x i m u m (F WHM )o f J -a g g re g a t e s a t p e n e t r a t i o n d e p t h i n v a r i e d i m a g i n gw i n d o w s (b ),a n d i m a ge s of b r a i n a n d h i n d l i m b v e s s e l s a c h i e v e d b y J -ag g r e g a t e s i n v a r i e d r e gi o n s (c )[29]1.3 硼二吡咯烷(B O D I P Y )类B O D I P Y 染料具有高的量子产率㊁优异的化学和光物理稳定性,在分子成像和药物传递方面发挥着重要作用[30-31].经典的B O D I P Y 吸收范围为500~600n m ,并且具有相当小的斯托克斯位移(15~30n m ).基于B O D I P Y 的强吸电子性质,引入给电子基团可促使吸收和发射波长红移.例如,M c d o n n e l 等[32]在3,5-位将己二甲胺基引入苯环,可使其在三氯甲烷溶液中吸收和发射光谱的峰值分别从650和672n m 显著红移到799和823n m.近年来,基于B O D I P Y 的N I R -Ⅱ型有机荧光材料也得到了迅速的发展.氮杂B O D I P Y (a z a -B O D I P Y )的水溶性较差,限制了它们在活体研究中的应用.为了解决该问题,G o d a r d 等[33]采用了一种新策略,通过在硼原子上引入铵基,制备出水溶性a z a -B O D I P Y ,命名为S W I R -W A Z A B Y -01.无需亲水性包封或P E G 辅助,S W I R -W A Z A B Y -01可直接用于肿瘤的N I R -Ⅱ成像(图3).这种以a z a -B O D I P Y 为基础的染料可以在肿瘤中迅速到达和累积,并在体内保留长达1周.图3 S W I R -W A Z A B Y -01的结构及其用于肿瘤的荧光成像[33]F i g.3T h e s t r u c t u r e o f S W I R -W A Z A B Y -01a n d f l u o r e s c e n c e i m a g i n gf o r t u m o rw i t hS W I R -W A Z A B Y -01[33]最近,B a i 等[34]利用分子工程开发出一系列新的a z a -B O D I P Y 染料:N J 960㊁N J 1030和N J 1060.与经典的a z a -B O D I P Y 相比,该类分子在强D -A 分子内电荷转移(I C T )效应的帮助下可将近红外发射光谱红移到N I R -Ⅱ.此外,该类染料具有很好的光物理性能,如斯托克斯位移大㊁光稳定性好㊁水溶液中荧光亮度大等,其中N J -1060在N I R -Ⅱ荧光量子产率高达1.00%,并且体内N I R -Ⅱ荧光成像结果表明N J -1060具有高分辨率和深穿透成像能力.1.4 基于共轭聚合物的N I R -Ⅱ染料富电子供体和吸电子受体可使共聚物的带隙变小,因此通过D -A 交替共聚生成的共轭聚合物具有带隙小㊁易调整的优点,是N I R -Ⅱ探针设计的一种有效途径.半导体聚合物点(P d o t s )是近年来出现的一种新型有机荧光材料.与传统荧光染料相比,P d o t s具有宽吸收㊁对称窄发射㊁高光亮度㊁高光稳定性及大斯托克斯位移.因此,高荧光P d o t s 组成的纳米颗粒被视为一种有效的荧光探针[35-36],在生物成像㊁分子检测㊁指导药物治疗等领域展现出广阔的应用前景.尽管P d o t s 由于其可调的光学特性,在生物成像和生物传感方面具有很强的实用价值,但是与有机溶剂中的原始聚合物相比,纳米粒子形式的半导体聚合物通常表现出荧光猝灭,可归因于链间和链内π-π堆积的强相互作用,从而导致非发射性激子和激基复合物的形成[37-38].随着发射能量的降低,无辐射衰减率显著增加,很难获得高量子产率的N I R -Ⅱ荧光团.最近,Z h a n g 等[39]提出了一种双重荧光增强机制来增强㊃4㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第1期黄艳芳等:近红外二区荧光探针的设计及应用研究进展h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n P d o t s 的N I R -Ⅱ荧光,通过分子工程策略开发了9种N I R -Ⅱ半导体聚合物.在该研究中,一方面利用吩噻嗪单元的聚集诱导发射特性来减少聚集态聚合物的非辐射衰变路径;另一方面引入了大量的侧链基团,通过空间位阻来减弱链间和链内π-π堆积产生的强相互作用,进一步增强荧光量子产率.基于这种双重增强策略制备的P 3c P d o t s 在水溶液中的荧光量子产率约为1.70%,比四氢呋喃溶液中的原始聚合物增强约21倍.活体小鼠头盖部荧光成像有显著改善,表明这种双重增强策略在设计活体荧光成像的N I R -Ⅱ荧光团方面具有潜在应用前景.另外,针对P d o t s 在水溶液中往往会出现严重的荧光猝灭问题,L i u 等[40]通过在聚合物受体的不同位置引入氟原子,利用分子调控N I R -Ⅱ荧光增强策略,减少聚合物与水分子的相互作用和非辐射越跃,从而提高N I R -Ⅱ荧光量子效率(图4).分别以苯并二噻吩(B D T )和三唑[4,5-g ]-喹喔啉(T Q )衍生物为供体和受体,设计了两种含氟半导体聚合物.光物理实验结果显示:在808n m 光激发下,聚合物发射光谱覆盖了N I R -Ⅱ,肩峰延伸超过1300n m ;随着氟化程度的加深,聚合物发射光谱红移.随后利用密度泛函理论表明氟化使激发态和基态之间的结构畸变减小,从而减少了非辐射弛豫,增强了P d o t s 的荧光量子产率.最后用P d o t s 进行小鼠颅骨肿瘤血管系统的活体荧光成像,获取了一系列高穿透深度和高信背比的荧光图像.各种有机N I R -Ⅱ荧光探针的关键参数和应用总结于表1.图4 纳米尺度氟化效应的示意图[4]F i g.4S c h e m a t i c i l l u s t r a t i o n o f n a n o s c a l e f l u o r o u s e f f e c t [40]表1 有机N I R -Ⅱ荧光探针的比较T a b .1 C o m p a r i s o n o f o r g a n i cN I R -Ⅱf l u o r e s c e n t pr o b e s 类型N I R -Ⅱ荧光材料激发波长/n m 发射波长/n m 量子产率/%应用B B T D 类F M 1210-N P s [18]980 12100.04肿瘤及血管系统的活体成像B B T D -1302N P s [19]94213022.40肿瘤光热治疗I R -F P 8P [21]74810400.60小鼠后肢血管成像S A -T T B -P E G 1000[24]808105010.30血管相关疾病的诊断和治疗花菁类I R -783@B S A [27]785143321.20肿瘤成像N I R Ⅱ-R T s [28]97710082.03肝脏A T P 含量的实时监测F D -1080J -聚集体[29]136013700.06监测颈动脉的动态变化,评价降压药的疗效B O D I P Y 类S W I R -W A Z A B Y -01[33]638720~12002.50肿瘤成像N J -1060[34]80810601.00脑血管成像共轭聚合物P 3c P d o t s [39]74610831.70小鼠脑部成像m -P B T Q 4F [4]808850~14003.20小鼠颅骨肿瘤血管系统成像㊃5㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.厦门大学学报(自然科学版)2022年h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n 2 无机N I R -Ⅱ荧光探针与N I R -Ⅱ有机小分子染料相比,N I R -Ⅱ纳米探针具有相对较高的量子产率和较低的光漂白敏感性,在肝脏㊁肾脏㊁大脑和肺成像等领域具有独特优势.目前,已开发如稀土纳米粒子(R E N P s )㊁量子点(Q D s)㊁金纳米团簇(A u N C s )㊁单壁碳纳米管(S W N T s )等材料作为N I R -Ⅱ探针[41-43].在此,介绍基于无机材料的N I R -Ⅱ荧光探针的开发及其在生物成像领域的应用,并重点关注近期新型无机N I R -Ⅱ荧光探针的研究进展.2.1 稀土纳米材料R E N P s 具有较大的斯托克斯位移㊁较小的光漂白㊁狭窄和多峰值的发射特性以及可忽略的激发-发射带重叠,因此受到越来越多的关注.此外,由于可通过掺杂不同的稀土金属离子来调谐发射波长和延长发光寿命[43-45],R E N P s 成为N I R -Ⅱ荧光成像的研究热点,有着很广泛的应用前景.由于具有很长的荧光寿命(m s 级别)以及很大的斯托克斯位移(ȡ200n m ),镧系R E N P s 作为荧光探针被广泛使用.最近,L i 等[46]以77.5ʒ20.0ʒ2.5的摩尔比混合1,2-二棕榈酰磷脂酰胆碱(D P P C )㊁胆固醇(C h o l )和聚乙二醇化脂质(D S P E -P E G 2000)合成脂质体,然后使用该脂质体进一步包覆N I R -Ⅱ镧系荧光基团R E N P s ,得到在1064和1345n m 处双发射㊁大斯托克斯位移(分别为264和545n m )的R E N P s @L i p s .R E N P s @L i ps 在1064n m 处的量子产率为7.90%,在808n m 激发下1345n m 处的量子产率为4.10%.此外,R E N P s @L i ps 显著增强了静脉排泄性和胶体稳定性,缩短了在网状内皮系统中的停留时间,并且超过90%的R E N P s @L i p s 静脉给药后72h 内可以从肝脏排出.与之前报道的R E N P s @D S P E -m P E G 相比,R E N P s @L i p s 的体内清除速度快且半衰期短;同时,未发现明显的R E N P s @L i p s 骨积聚,这有助于减少骨系统滞留和加速静脉清除.这些结果表明R E N P s @L i p s 具有良好的生物相容性㊁静脉内排泄性和优异的光化学性质,适合于临床前评估和监测生理和病理过程,可促进其未来的临床转化.据报道,稀土元素Y b /E r 共掺杂纳米颗粒(E r R E N P s )具有N I R -Ⅱ波长的发光特性,并表现出斯托克斯位移大(高达450n m )㊁寿命长㊁光稳定性好等优点,被认为是新一代近红外探针的优异候选者.然而,E r3+容易发生能量转移到纳米晶体表面的现象,导致严重的荧光猝灭.最近,C a o 等[47]采用N d 3+敏化Y b3+的体系,在内部C e 3+的辅助下将能量转移到发光中心E r 3+上.该研究中,在内核中掺杂E r3+作为激活剂,并在核心层和中间层混合Y b3+作为敏化剂,之后在N a Y b F 4:E r 核纳米晶中进一步掺杂C e 3+以增强N I R -Ⅱ发射,并通过调节掺杂离子来优化纳米粒子的发光性能.引入P E G 配体提高了纳米颗粒的水溶性(图5),实现了较长的血液循环时间.通过采集其N I R -Ⅱ荧光信号,该纳米探针可用于肿瘤的高分辨率追踪和成像.U C L .上转换荧光.图5 N a Y b F 4:E r ,C e @N a Y F 4:Y b @N a Y F 4:N d 核壳纳米颗粒的合成过程(a )㊁结构示意图(b )及其能量传递的简化机制(c)[47]F i g .5S yn t h e s i s (a )a n d t h e s t r u c t u r e i l l u s t r a t i o n (b )o f N a Y b F 4:E r ,C e @N a Y F 4:Y b @N a Y F 4:N d c o r e -s h e l l -s h e l l n a n o p a r t i c l e s ,a n d t h e s i m pl i f i e dm e c h a n i s m (c )o f i t s e n e r g yt r a n s f e r [47]2.2 Q D sQ D s 具有宽激发光谱㊁窄发射光谱㊁高量子产率㊁抗光漂白等优点,在活体生物成像中具有很高的时空分辨率,因此引起了人们的广泛关注.已有研究通过对P b S ㊁C d S e ㊁A g 2S 等Q D s 的尺寸和形状进行微调,可以调节其药代动力学和组织分布[48-49].目前研究中用于N I R -Ⅱ荧光成像的Q D s 主要为Ⅱ-Ⅵ族和Ⅳ-Ⅵ族半导体材料,如C d S e ㊁C d T e 和P b S e 等,但其中含有的重金属元素(如C d 2+和P b2+等)极大地限制了其后续的生物医学应用[48].因此,开发具有良好生物相容性且高效发光的新型N I R -Ⅱ荧光Q D s 是目前生物标记领域的研究热点和难点.L i u 等[50]成功合成了在N I R -Ⅱ具有强吸光度的石墨烯量子点(G Q D s),并讨论了其在肿瘤光热治疗中的潜在生物医学应用.该研究以苯酚分子为单前驱体㊁过氧化氢为氧化剂,在9T 外加强磁场作用下,采用一步㊃6㊃Copyright©博看网 . All Rights Reserved.第1期黄艳芳等:近红外二区荧光探针的设计及应用研究进展h t t p :ʊjx m u .x m u .e d u .c n 溶剂热法合成了9T -G Q D s ;外加强磁场用于控制反应体系中氧的溶解浓度和苯酚分子分解过程中超氧自由基的生成,从而形成具有大量C O 键和较大共轭体系的G Q D s ,吸收峰位于约1070n m 处;合成的9T -G Q D s 具有丰富的亲水基团㊁良好的水溶性和较小的粒径分布(3.6n m ).此外,对9T -G Q D s 的细胞毒性和生物安全性进行体外和体内实验,证明其具有良好的生物相容性.体内实验证明9T -G Q D s 在N I R -Ⅱ荧光成像引导的光热癌症治疗中,对小鼠肿瘤的生长具有明显抑制作用.P b SQ D s 具有多种独特的特性,包括窄带隙㊁大玻尔半径㊁在近红外区可调谐和强发射,使其广泛应用于光电子器件㊁传感器和活体成像等领域[48].目前胶体法制备窄粒径P b SQ D s 的方法已得到很好的发展,但在较高的温度下,该方法制备的纳米晶很不稳定.此外,由于表面易被氧化,其光学性质对空气和水相当敏感,限制了它们在生物成像中的应用.S h i 等[51]通过阳离子掺杂工艺,制备了一系列高质量的锌掺杂P b SQ D s ,发现锌掺杂后可以形成掺杂态,降低了主体P b S 的能隙,有效增强了P b SQ D s 的量子产率和光致发光寿命,并改善了Q D s 在高温下的荧光稳定性.这种阳离子掺杂策略为制备波长更长的更小粒子提供了一种新方案,可批量制备一系列波长覆盖整个N I R -Ⅱ的高质量Q D s ,为近红外光学成像提供了新工具;同时,P E G 化的Q D s 可用于活体小鼠的脑血管无创高分辨荧光成像,实现了在毛细血管水平上高分辨率的脑血管无创近红外成像.2.3 惰性金属纳米材料惰性金属基(如A u 和P t)发射体不易引起荧光猝灭,因此很适用于N I R -Ⅱ成像.A u N C s 是其中一个典型的代表,其具有比肾脏排泄阈值更小的尺寸㊁良好的光稳定性㊁易于修饰㊁优异的光热活性和多样性等多种独特优势,因此成为极具发展前景的新型N I R -Ⅱ探针[52-53].考虑到胃肠道的酸性和酶生物环境可能会导致大多数纳米发射体的荧光猝灭,W a n g 等[54]提出合成惰性金属基发射体用于胃肠道近红外成像,以克服潜在的荧光猝灭问题.通过构建核糖核酸酶-A (R N a s e -A ,由巯基和芳香族氨基酸组成)封装A u N C s ,得到具有一个完美高斯型发射峰的R N a s e -A @A u N C s ,峰中心位于1050n m ,F WHM 约为205n m ,与大多数报道的新型金属基成像剂相比,该发射峰相对狭窄,且R N a s e -A@A u N C s 的量子产率为1.90%.将R N a s e -A @A u N C s 暴露于胃肠道模拟液和哺乳动物细胞中以评估其稳定性和生物安全性,结果表明R N a s e -A @A u N C s 具有高稳定性和良好的生物相容性.与两个已报告的近红外发射体(A g 2S 和N a Y F 4:E r /Y b )相比,R N a s e -A@A u N C s 胃肠道灵敏度提高了50倍以上.该研究首次将蛋白电晕技术应用在A u N C s 上,将激发波长红移到N I R -Ⅱ,并使用一个肠癌模型来证明A u N C s 作为肿瘤诊断显像剂的潜在效用.近期,L i 等[55]合成了粒径3.3n m 左右的具有25个A u 原子和18个肽配体的新型A u N C s ,即A u 25(S G )18,可在N I R -Ⅱ发射.由于天冬氨酸和亚氨基二乙酸等羧酸可以作为天然骨靶向配体,研究人员假设A u 25(S G )18中丰富的羧酸侧链能使其与骨结合,从而作为一种新型的骨显像N I R -Ⅱ探针.该研究首次发现A u 25(S G )18与羟基磷灰石具有良好的体外结合能力.通过结合A u 25(S G )18,N I R -Ⅱ荧光成像能高分辨率和高对比度地描绘出体内骨结构,并探讨了以A u 25(S G )18作为骨组织术中N I R -Ⅱ荧光导航的潜在价值.E D C .1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐;N H S .N -羟基琥珀酰亚胺;H C C .肝细胞癌.图6 A u N C s -P t 的合成(a )㊁患者源性肝细胞癌(P D H C)异种移植瘤模型的建立示意图(b)及癌细胞吞噬A u N C s -P t 后的双重作用机制(c)[57]F i g .6S y n t h e s i s o fA u N C s -P t (a ),i l l u s t r a t i o n o f t h e e s t a b l i s h m e n t o f t h e p a t i e n t -d e r i v e d h e pa t o c e l l u l a r c a r c i n o m a (P D H C )t u m o r x e n o gr a f tm o d e l (b ),a n d d u a l -a c t i o nm e c h a n i s m s a f t e r e n d o c yt o s i s o f A u N C s -P t b y ca n c e r c e l l s (c )[57]除具有N I R -Ⅱ成像能力外,带裸A u 原子的A u N C s 还可通过形成A uS 共价键与某些含巯基的物种如谷胱甘肽(G S H )发生反应[56].Y a n g 等[57]开发出一种双功能的热释光纳米药物(A u N C s -P t),利用A u N C s 来递送P t (Ⅳ)(图6).一方面,A u N C s -P t 的N I R -Ⅱ成像能力保证了高分辨率的肿瘤深部模型中P t 转运的有效可视化;另一方面,A u N C s -P t 通过A u S 键来结合G S H ,以清除胞内G S H ,从而有效地使肿瘤细胞对P t 类药物敏感.结果表明,A u N C s -P t 能够消除高危害的深部肿瘤,并减轻人体来源的肝癌异种㊃7㊃Copyright©博看网 . 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有机化学在新型荧光探针合成中的应用研究

有机化学在新型荧光探针合成中的应用研究随着化学技术的不断发展，荧光探针作为一种重要的分析工具，被广泛应用于生物、医学和环境等领域。

有机化学作为荧光探针合成的重要手段，为荧光探针的设计和开发提供了丰富的原料和反应方法。

本文将探讨有机化学在新型荧光探针合成中的应用研究。

第一部分：有机合成方法在荧光探针合成中的应用有机合成方法是合成荧光探针的关键步骤之一。

常用的有机合成方法包括取代反应、缩合反应和环化反应等。

这些方法通过改变分子结构，引入荧光基团或调控电子结构，从而实现荧光探针的合成。

1. 取代反应取代反应是合成荧光探针的重要手段之一。

通过在分子中引入不同的取代基团，可以调控分子的荧光性质。

例如，引入电子给体基团可以增强分子的荧光强度，而引入电子受体基团可以改变分子的发射波长。

此外，还可以通过在分子中引入功能性基团，如氨基、羟基等，实现对分子的可控修饰。

2. 缩合反应缩合反应是合成染料类荧光探针的常用方法。

通过在分子中引入具有共轭结构的芳香环或杂环，可以实现分子的荧光共振能量转移，从而改变分子的发射波长和荧光强度。

此外，还可以通过缩合反应将分子与不同的功能基团连接起来，实现对分子的自组装和多余空间效应的调控。

3. 环化反应环化反应在荧光探针合成中起着重要作用。

通过环化反应，可以将线性分子转变为具有刚性结构的环状分子，从而提高分子的稳定性和荧光性能。

此外，环化反应还可以引入空间位阻基团，增强分子的荧光效率。

第二部分：荧光基团在有机合成中的应用荧光基团是合成荧光探针的重要组成部分。

通过选择合适的荧光基团，可以调控荧光探针的发射波长、荧光强度和荧光寿命。

常用的荧光基团包括吲哚、苯并噻吩、硝基苯等。

这些荧光基团具有不同的电子结构和荧光性能，可以根据需要进行选择和设计。

1. 吲哚基团吲哚是一种常用的荧光基团，具有较高的荧光量子产率和荧光寿命。

吲哚基团具有宽波长的发射光谱，适合用于荧光探针的设计和开发。

通过在吲哚基团上引入不同的取代基团，可以改变分子的荧光性能，实现对荧光探针的调控。

211018610_用于检测次氯酸的线粒体靶向荧光探针研究进展

第52卷第3期辽宁化工 Vol.52，No. 3 2023年3月 Liaoning Chemical Industry March，2023用于检测次氯酸的线粒体靶向荧光探针研究进展李梦婷（云南师范大学化学化工学院，云南昆明 650500）摘要:次氯酸是一种来源于线粒体的活性氧，在各种生理和病理过程中起着重要的作用。

但是，当细胞中的HOCl 浓度超过正常值时范围，它会导致机体损伤和一系列疾病。

因此，近年来开发设计了一系列能实时识别和监测线粒体中的次氯酸水平的荧光探针，这有助于更好地了解生物体健康状况和HOCl 起到的生理作用和病理过程。

主要介绍了近几年HOCl荧光探针的应用和发展，根据靶向线粒的基团类别，分别介绍了三苯基膦类荧光探针，半花菁类荧光探针，氟硼吡咯类荧光探针。

关键词：次氯酸；线粒体；荧光探针中图分类号：O657.3 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）03-0426-04线粒体是一种控制着细胞进行有氧呼吸的细胞器，存在于很多细胞中，能够产生各类活性氧物种，同时拥有调控细胞周期、生长、凋亡等的能力[1]。

HOCl在免疫系统和调节细胞微环境的氧化还原稳态中起重要作用，当线粒体中的HOCl浓度超过正常值时范围，会引发关节炎、动脉硬化、血清异常、心脑血管疾病、细胞异常死亡等一系列疾病[2-4]。

在各种类型的活性氧中，次氯酸是最重要的一种，因此线粒体中次氯酸的实时检测和成像有助于检查细胞的状态[5-9]。

目前，已经报道了许多检测次氯酸的方法。

例如电化学分析法，因其响应速度快，信号采集和约定容易，数据分析简单优点而被广泛使用[10]。

然而，与这些相比方法，小分子荧光探针拥有更好的膜渗透性，荧光探针技术可以更好地执行实时原位成像，卓越的灵敏度和选择性，简单的操作和实时监控的能力而成为强大的工具[11-13]。

在最新的研究中，小分子荧光探针用于检测 HOCl 得到了迅速的发展并很好地应用于双向传感和成像应用[14-17]。

新型荧光探针的设计和应用

新型荧光探针的设计和应用在化学和生物学领域，荧光探针扮演着一个至关重要的角色，帮助科学家们观测、研究、诊断细胞及生物体在不同情况下的荧光变化。

近年来，随着科技的不断发展，新型荧光探针的研究也逐渐展开。

本文介绍了几种新型的荧光探针，并探讨了它们的应用。

一、有机分子荧光探针有机分子荧光探针是目前最广泛应用的种类，这些探针具有良好的生物相容性和可调性，同时还有较高的荧光量子产率和光学响应。

最近，许多研究项目正在开展，旨在设计和制备具有新颖特性的荧光分子。

一些成功的例子包括突发式荧光探针，分子机器荧光探针以及无终端供体荧光分子。

二、荧光金纳米集合体近年来，支持子荧光探针用纳米颗粒被提出，通过纳米颗粒作为载体可以提高荧光探针的灵敏度和选择性，同时还可以利用纳米颗粒的等离子共振效应来调整荧光强度和颜色。

荧光金纳米集合体（FNCA）是一种神奇的荧光探针，可以在不同的化学和生物学过程中高效探测和显微观察几乎任何样品，尤其是在生物医学研究和诊断中表现出强大的潜力。

三、DNA纳米结构荧光探针以DNA为材料的纳米结构也成为了一种研究热点。

在DNA纳米结构中，核酸序列可以被设计成不同的形态和尺寸，从而形成具有不同形状和功能的纳米结构。

这些纳米结构可以用来制备荧光探针，具有良好的分子识别能力和高度的可控性，同时还有较高的稳定性和生物相容性。

例如，在DNAorigami结构中，研究人员可以根据需求引入有机分子或金纳米粒子，从而形成具有高度荧光和选择性的荧光探针。

四、化学反应荧光探针现代化学反应技术也为荧光探针研究带来了有趣的思路。

最近，研究人员已经设计出许多化学反应荧光探针，这些探针可以在特定化学反应中发生荧光变化。

例如，通过荧光酸碱指示剂的引入，则可以实现对酸碱反应的荧光监测。

另外，研究人员也开展了水中荧光探针的设计研究，这些探针具有高度的水溶性和高灵敏度，非常适合于水处理和环境监测。

总之，随着科技的不断发展和化学、生物学科学的深入研究，新型荧光探针的设计和应用将逐渐成为研究热点。

小分子生物硫醇荧光探针研究进展

小分子生物硫醇荧光探针研究进展生物硫醇是一类含有-SH官能团的小分子有机化合物，如半胱氨酸、谷胱甘肽、巯基乙醇等，具有重要的生物学功能。

这些生物硫醇参与了蛋白质的折叠和功能、氧化还原反应、代谢调节、免疫调节等多种生物过程。

因此，对生物硫醇的检测和分析具有重要意义。

传统的生物硫醇检测方法主要基于化学反应，如ELL曲线法、DTNB法、螯合光度法等，这些方法存在操作复杂、检测不灵敏、干扰多等问题。

为了克服以上问题，近年来发展了一种新型的检测方法，即生物硫醇荧光探针法。

生物硫醇荧光探针具有检测灵敏、快速、简单等优点，被广泛应用于生物硫醇相关研究领域中。

本文将综述近年来生物硫醇荧光探针的研究进展，并探讨其在生物学研究中的应用。

一、生物硫醇荧光探针的种类目前，已经开发出许多种生物硫醇荧光探针，这些探针的设计原则是在分子内引入多种特定的官能团，使其对生物硫醇具有识别和报告作用。

常用的探针包括：1. ThiolQuant Green探针ThiolQuant Green探针是一种新型的生物硫醇荧光探针，由硫醚氧化物和荧光染料2,3,3-trimethylindolenin-5-sulfonyl（TMS-I）组成。

硫醚氧化物可以在生物硫醇中的-SH官能团和荧光染料之间发生SN2反应，使荧光染料的发光效率得到提高。

该探针灵敏度高，可以检测到10 nM的巯基乙醇，且具有较小的干扰因素。

2. BODIPY探针BODIPY探针是一种含有BO-DIPY发射团的荧光分子，能够亲和生物硫醇中的-SH官能团。

当生物硫醇与BODIPY相互作用时，BODIPY的荧光强度发生改变，这种改变可以直接用来检测生物硫醇的浓度。

该探针可以检测到10 nM左右的生物硫醇，且与其他还原性分子的交叉反应较小，具有较高的灵敏度和特异性。

3. HMRhodamine探针HMRhodamine探针是一种含有Rhodamine发射团的荧光分子，可以与生物硫醇中的-SH 官能团发生反应，产生荧光信号。

席夫碱型有机小分子荧光探针的制备与表征——推荐一个综合化学实验

No. 2
doi: 10.3866/PKU.DXHX201906008
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可以促进学生对化学知识体系的融会贯通，更能激发学生学习化学的积极性。这些知识的掌握和实践，也为本科毕业生在相关领域的深造和就业打下良好的基础。
本实验包括席夫碱有机配体的设计合成，红外光谱、核磁共振波谱和质谱等常用表征手段的应用，以及荧光性质的研究等内容。
Department of Chemistry, School of Chemistry and Biological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, P. R. China.
Abstract: In this paper, a new experiment named “synthesis and characterization of a fluorescent molecule based on Schiff-base” is introduced. It contains the synthesis and characterization of organic compounds, the determination of fluorescence, and the detection of metal ions. This experiment is helpful for students to better understand inorganic chemistry, organic chemistry and analytical chemistry. Moreover, it gives students an opportunity to know the study of organic fluorescent probes. This will stimulate students’ interest in scientific research and cultivate their research ability. Thus, this experiment can be introduced to senior undergraduates.

新型荧光探针的研发及其应用

新型荧光探针的研发及其应用近年来，荧光探针在生物医学领域的应用日益重要。

然而，传统的荧光探针不仅存在灵敏度不高、稳定性差等缺点，还存在对生物样本的毒性和刺激，而难以被广泛应用。

在这种背景下，新型荧光探针的研发成为了当今生物医学领域中的研究热点。

一、新型荧光探针的研发新型荧光探针具备较高的生物相容性、稳定性、灵敏性和特异性，且不会对生物样本造成毒性和刺激，因此其在生物医学研究中具有广泛的应用前景。

目前，新型荧光探针的研发主要包括以下几个方面：1. 发展新的荧光染料新型荧光染料具备分子结构清晰、发射光谱稳定、量子产率高等特点，能够提高荧光探针的识别灵敏度和稳定性。

目前，发展环保、低毒、高生物相容性的新型荧光染料已经成为荧光探针研发的重要方向之一。

2. 制备量子点量子点是一种维度小于10纳米的半导体颗粒物，通过调控其粒径能够使其具备特定的发光波长。

量子点不仅具有优良的光学性能，而且具有非常强的稳定性和抗光照性能，因此被广泛用于生物成像、药物传递等方面。

3. 研究新的荧光检测技术新的荧光检测技术包括共振拉曼光谱、荧光促进技术、荧光光谱技术等。

这些技术可以将荧光探针与具特定性质的样品相结合，从而实现精准、敏感的检测，同时解决传统荧光探针对抗干扰能力不强的问题。

二、新型荧光探针的应用新型荧光探针的应用范围广泛，包括生物成像、细胞组成分析、药物筛选等方面。

1. 生物成像生物成像是指利用生物检测技术分析生命活动相关的分子、细胞、组织等信息。

在生物成像领域，新型荧光探针可以被用于监测生物过程，比传统荧光探针更加敏感，更具特异性。

比如，利用二氧化硅包裹量子点的新型荧光探针，可以用于肿瘤细胞检测，辨别癌变细胞和正常细胞的界限。

2. 细胞组成分析细胞组成分析是指利用高通量细胞学技术分析特定疾病相关蛋白质的表达。

新型荧光探针在此领域可以实现更高的灵敏度和特异性。

比如，利用荧光纳米探针可实现对荷尔蒙、细胞因子等生物分子进行高通量检测，并确定其在肿瘤、免疫、神经等应用中的表达水平。