分子探针简介分析化学新方法新技术(精)
小分子探针结构
小分子探针结构小分子探针是一种具有创新意义的化合物，可以在生物样品中高效地识别和测量生物分子。
在过去几十年间，小分子探针已经成为许多领域的研究热点，包括医药、生物化学、分子生物学和分析化学。
这些探针通常是由高效可控的化学合成方法制备而成，具有良好的稳定性和选择性，能够准确探测目标生物分子，并且具有很强的应用潜力。
因此，小分子探针被广泛应用于生物分子检测、分析、诊断和治疗等多个领域。
小分子探针的结构与其功能密不可分。
通常情况下，小分子探针由两个部分组成：信号发射器和配体结合部分。
信号发射器可以是一种特定的化学物质，在受到光、电、热等物理或化学作用时发出信号，或者是一种染料或荧光剂，在受到激发光作用时发出特定的发光信号。
配体结合部分可以通过特异性与目标生物分子结合，从而使信号发射器在目标生物分子存在时被开启，从而发出信号。
根据小分子探针的具体应用需求，其结构可以有很大不同。
一些常见的小分子探针结构包括：1. 荧光探针结构荧光探针是一种广泛应用的小分子探针。
其基本结构包括：荧光发射器、荧光基团、配体结合部分和连接基团。
荧光发射器是一种能够吸收特定波长的光并以不同波长的荧光发射的化学物质。
而配体结合部分可以与特定的生物分子结合，从而使荧光发射器发出信号。
目前，有很多种荧光探针可供选择。
典型的荧光探针包括如下四类：（1）内源性荧光探针，如荧光素；（2）荧光激素，如荧光素异构体；（3）染料标记的生物分子，如DNA 探针；（4）荧光蛋白质，如绿色荧光蛋白。
不同种类的荧光探针具有不同的发光波长和特定的激发条件，从而可以被应用于不同类型的生物分子检测和定量分析。
放射性探针是一种利用放射性同位素标记的小分子探针。
由于放射性同位素具有强大的辐射能力和较长的寿命，因此放射性探针可以极为敏感地检测生物分子。
其基本结构包括放射性源、信号转换器和配体结合部分。
放射性探针主要应用于影像学检查和诊断。
通过将放射性探针注射进入生物体内，放射性源将释放射线，并被信号转换器捕获并转换为中性信号，从而形成影像。
有机小分子探针
有机小分子探针黄美英 2014010714摘要细胞内生物活性化合物在细胞内作用靶点的确定是化学生物学和药物开发中的关键问题之一。
作为功能蛋白质组学中的一项重要技术, 小分子探针在确定生物活性化合物细胞内作用靶点的研究中扮演着举足轻重的角色。
PH值在生理及病理过程如受体介导的信号传导、酶活性、细胞生长和凋亡、离子运输和稳态调节、钙含量调节、细胞内吞作用、趋化作用、细胞粘附和肿瘤生长等过程中起到非常重要的作用。
本文介绍了几种小分子探针原理，技术和方法，并通过列举近年来该技术应用的成功示例进一步阐明小分子生物活性探针技术的应用原理和重要性。
关键词生物活性化合物；小分子探针；PH值；DNA探针技术一绪论荧光探针是化学传感技术领域在上个世纪八十年代的一项重大发现，目前己有愈来愈多的荧光探针应用于分子水平上进行实时检测。
荧光检测技术由于灵敏度高，操作简便，可视性强，且对细胞、生物体的损伤小，成为了用于临床分析、环境监测、生物分析及生命科学等领域不可缺少的检测工具[1]。
分子荧光探针的检测对象包括各种离子、小分子、自由基、多肽、酶，甚至还包括温度、极性、粘度等。
人们可以使用荧光显微镜、荧光光谱仪、流式细胞仪、荧光活体成像系统等仪器获取荧光探针检测的相关信息，借助荧光成像技术我们能够实时检测活细胞内分子或离子的浓度以及生物大分子结构的变化过程，也可以获得关于生物组织生理代谢过程的相关信息，还可以实现生物活体的荧光成像[2]。
另一方面研究者们能够根据需要设计合成出满足“特定要求”的探针分子，基于此，荧光探针和荧光检测技术在生命科学的发展中起到举足轻重的作用[3]。
通常一个光探针分子由荧光团（Fluorophore）和识别基团（Receptor）通过连接臂（Spacer）以共价键方式连接，荧光团作为信号转换器将识别行为转化为光信号，可以通过荧光的增强或淬灭乃至光谱位移的变化对分析物进行识别。
荧光探针分子具有非常大的可塑性和应用潜力，通过对有机分子结构进行巧妙设计和改造，就能够设计合成出满足各种需要的荧光探针。
化学实验知识：分子探针技术在化学生物学中的实验应用和原理探究
化学实验知识：“分子探针技术在化学生物学中的实验应用和原理探究”引言随着科学和技术的不断发展，分子探针技术成为了化学生物学领域不可或缺的实验技术。
分子探针技术是一种基于分子的可视化方法，通过特定分子的结构、形状和化学性质与其他分子相互作用来探究生物分子在细胞和组织中的结构、特性和功能。
本文将从分子探针技术的概念、分类以及在化学生物学中的应用和原理探究等方面进行详细的介绍和分析，从而使读者对分子探针技术有更深入的了解。
一、分子探针技术的概念和分类1.概念分子探针技术是一种特异性标记分子的技术，包括特定组合的化学和生物化学技术，使得探测分子可以识别、结合、报告、转移、变化或者透射目标分子，从而系统地探讨细胞和生物体内分子之间的相互作用、空间位置关系、生物学功能、控制机制和动态运动过程等。
2.分类分子探针技术按照其类型和用途可以分为： 1)荧光探针2)信号转导探针3)酶活性探针4)表面增强拉曼散射探针5)单分子探针等。
二、分子探针技术在化学生物学中的应用1.荧光探针荧光探针是一种常用的分子探针技术，通过荧光信号来标记、探测和观察生命分子在细胞和组织中的位置、构成和运动等信息。
荧光探针可以根据其发射光谱波长、荧光量子产率、化学稳定性和细胞性等特性来选择和设计适合的探针，并通过荧光显微技术、荧光共振能量转移技术、荧光光谱分析技术等手段来进行探究。
2.信号转导探针信号转导探针是一种通过特定分子与信号通路组分，并将信号转移到下游功能分子的分子探针技术。
信号转导探针通过特定的化学键或纳米颗粒的结构来与信号通路组分中相关分子进行结合和调控，并通过特定的信号转导组分进行信号转移，从而控制和调控下游生物学响应的发生和程度。
3.酶活性探针酶活性探针是一种通过特定分子与酶活性相关分子产生反应，并通过荧光、发光、吸收光谱或者其他信号来标记和测定酶活性的技术。
酶活性探针可以根据其酶底物、反应条件、酶活性稳定性、检测灵敏度和特异性等特性来选择和设计适合的探针，并通过特定的检测方法来进行测定和分析。
核酸基因分子探针
核酸基因分子探针从化学和生物学的意义上理解，探针是一种已知特异性的分子，它带有合适的标记物供反应后检测。
探针和靶的相互反应如抗原-抗体、血凝素-碳水化合物、亲合素-生物素、受体和配体，以及核酸与其互补核酸间的杂交等反应均属此类。
用核酸探针与待检标本中核酸杂交，形成杂交体，再用呈色反应显示。
此方法用于疾病的诊断，称为分子杂交基因诊断。
此法开始用于遗传性疾病的诊断如血红蛋白病的诊断、先天性遗传病的产前诊断。
近来，已发展为诊断外源性病原体如病毒、细菌、原虫等的方法；内源性病变基因研究如癌基因检测、基因突变、基因缺失或变异引起的疾病的基因诊断；人类基因识别及其生理功能和衰老有关研究；在法医检测中有关性别鉴别和DNA指纹谱的鉴定。
基因探针的研究引起了人们高度重视，在探针的制备技术上有重大突破。
可将核酸分子探针检测比喻为在柴草堆中去找一根针的神奇技术。
据美国华尔街分析家预言：“在生物技术市场中，下一个突破和具有吸引力的是基因探针”。
它的巨大的开发潜力和经济效益，已引起人们的重视。
目前基因检测方法中以同位素标记（32P、35S等）DNA探针灵敏度最高，但由于放射性污染、半衰期短、需要特别的安全防护条件等，限制了同位素标记探针的广泛应用。
因此，非同位素标记探针的研制引起重视，自Langer等（1981）合成了生物素化dUTP和NTP类似物以来，开创了用非同位素标记的新领域，用生物素标记核酸探针检测和识别特定的核酸序列，已广泛应用于临床检验和科学研究。
Leary等（1983）用缺口平移法标记的生物素DNA探针成功地用于Southern印迹杂交技术。
Forst等（1985）发表了光敏生物素直接标记核酸的简便方法，使核酸和蛋白质的生物素标记探针技术前进一大步。
Renz等（1984）、Thorpe等（1985）和Pollars 、Knight等（1990）用化学法直接把辣根过氧化物酶接到DNA上，运用发光显影法提高了敏感性。
化学分子探针在生命科学中的应用
化学分子探针在生命科学中的应用在生命科学中，化学分子探针已成为一种独特而重要的工具，可以探测生物分子的结构与功能。
它们的应用广泛，包括分析分子的相互作用、了解细胞或生物体的内部结构和功能，以及诊断疾病等。
本文将详细介绍化学分子探针在生命科学中的应用及其最新研究进展。
一、化学分子探针概述化学分子探针是指具有某些特定生物化学组成或生理功能的化合物，它们可用于在细胞、组织和生物体等各种层次上标记和探测特定生物分子。
化学分子探针通常包括有机分子、生物分子或金属离子等物质，通常具有发光、吸收或荧光等性质，可以用来直接或间接检测生物分子的存在和活动。
化学分子探针可以通过结构修饰和/或功能修饰进行设计，因此可以实现在生理条件下稳定的亚细胞水平探测。
此外，化学分子探针还可以用于研究生物分子的交互和活动，例如蛋白质的折叠、传导、降解等。
因此，化学分子探针已成为生物学、生物医学、制药等领域的重要探测工具。
二、分子探针的种类和应用化学分子探针主要分为几类：小分子荧光探针、荧光蛋白、单克隆抗体、金属配合物、原子力显微镜等。
这些区分方式基于其特定结构、种类、功能、性质和探测策略。
下面将分别介绍几种常见的分子探针。
1. 小分子荧光探针小分子荧光探针是指一些具有天然或合成生物亲和性的荧光化合物，包括类似荧光素、罗丹明等的化合物。
这些化合物可以通过精心设计和合成来专门标记一些生物分子，例如活性中心、蛋白质配体结合位点或核酸序列。
除荧光外，这些小分子荧光探针通常也包括其他引物（如化学传感器，具有特定的颜色或表面形态）来显示诊断的信息。
小分子荧光探针广泛应用于生化用量化分析、分子细胞生物学、分子生物学、神经科学等领域。
这些探针对于发现和鉴定信号分子的积累、定位和功能鉴别无疑是有力工具。
2. 荧光蛋白荧光蛋白是指一类天然存在于许多生物体中的蛋白质，它们可以发出特定波长和强度的可逆发光。
荧光蛋白主要由环状的蛋白质组成，其中一部分氨基酸会在外部脱去水分，形成具有高度交互口袋的三维折叠构型，蛋白质会在外界影响下发生构象变化，导致释放荧光。
分子成像探针
2、血管生成成像探针
整合素在血管生成过程中起关键作用
α物vβ3 整合素是肿瘤新生血管特征性标志
在人体内αvβ3 整合素只分布在少部分正 常组织内，在未增生的内皮细胞中无表 达，而在肿瘤毛细血管增生活跃的内皮 细胞及一部分肿瘤细胞中则可高水平表 达
由于αvβ3 整合素可作为包含精氨酸—甘 氨酸—天冬氨酸（RGD）氨基酸序列的 细胞外基质蛋白的粘附受体，因此被放 射性或顺磁性物质标记的RGD肽链可作 为特异性分子探针
用时变的光束照射吸收体时，吸收体因受热膨 胀而产生超声波，这种现象称为光声效应，产 生的超声波称为光声信号
光声成像探针
常见的分子成像探针
(一)放射性核素分子成像探针 (二)光学分子成像探针 (三)磁共振分子成像探针
磁共振分子成像探针
(一)放射性核素分子成像探针
1、代谢成像探针
2、血管生成成像探针
3、细胞凋亡成像探针 4、细胞增殖成像的探针 5、乏氧成像探针 6、受体成像探针
2、血管生成成像探针
由于肿瘤血管生成过程中某些特征性物 质水平上调，将影像学造影剂与特征性 物质的特异性配体连接后合成探针，可 对肿瘤血管生成进行靶向研究
分子成像探针
山西医科大学第一医院核医学科 程艳
一、概述 二、分子探针与成像靶点结合的基础 三、亲和组件的高通量筛选 四、常见的分子成像探针
（一）探针
分子生物学中，指用于检测互补核酸序列的标 记DNA或RNA
分子影像学中，指能够与某一特定生物分子 （如蛋白质、 DNA、RNA ）或者细胞结构靶 向特异性的结合，并可供体内或（和）体外影 像学示踪化合物分子，这些标记化合物分子能 够在活体或（和）离体反映其靶生物分子的量 和（或）功能
基于发光技术的分子探针的研究和应用
基于发光技术的分子探针的研究和应用近年来，随着发光技术的不断发展，分子探针也以惊人的速度得到改进和发展，从而使分子探针在现代生命科学中的应用更加广泛和深入。
基于发光技术的分子探针不仅能够测定溶液中的化学物质，还能够检测生物分子的活动以及酶反应等生物学反应。
本文中将从分子探针的基本原理、应用范围以及前景发展等方面进行详细阐述。
一、基本原理分子探针是一种化学和物理学的手段，用于检测分子间相互作用、生化反应和分子结构等。
基于发光技术的分子探针主要依靠特定的化学反应或物理性质发生发光现象，由此实现对目标分子的识别和检测。
例如，常用的荧光探针可在与物质分子发生作用或者所测样品中的分子发生吸收后发出荧光（荧光增强）。
荧光的发生是因为探针在受到光激发后，激发能量被吸收，荧光态探针分子在发生内部变化时又释放给出光能量，产生了荧光现象。
荧光效应的强度与探针的浓度和检测环境密切相关。
二、应用范围基于发光技术的分子探针在生命科学中的应用范围十分广泛，可以应用于药学、生物化学、分子生物学、遗传学等多个领域。
1. 药学基于发光技术的分子探针可以帮助药物研究人员对新型药物或医用化合物进行筛选和评价。
例如，通过特定的化学反应检测化合物的特性，从而对所测化合物的药理活性、毒性进行评估。
2. 生物化学基于发光技术的分子探针可以帮助生物化学研究人员探究生物分子结构、代谢途径以及反应机理等。
例如，可以利用DNA荧光探针对DNA结构进行研究，并且可以提供实验基础数据进行分子动力学模拟。
3. 分子生物学基于发光技术的分子探针可以帮助分子生物学研究人员探究生物分子的活动和相互作用，例如蛋白质结构和功能研究、蛋白质-核酸相互作用研究等。
4. 遗传学基于发光技术的分子探针可以应用于遗传学研究中，帮助遗传学研究人员研究DNA序列和基因表达等问题。
例如，利用荧光标记的探针对染色体定位和DNA变异检测等领域，得到了广泛的应用。
三、前景发展基于发光技术的分子探针目前已经得到了广泛的应用，但是其未来的发展仍然有巨大的潜力。
生物分子探针的研究和应用
生物分子探针的研究和应用生物分子探针是指对某种生物分子进行特异性结合或者反应的分子，可以通过实验方法来测量分子的含量、位置和结构等属性。
随着生物学、医学和药学等领域的发展，生物分子探针的研究和应用逐渐成为了一个重要的课题。
一、生物分子探针的基础生物分子探针的基础可以分为两个方面：一是分子识别原理，二是分子信号转换技术。
分子识别原理是指探针与需要监测的生物分子之间的特异性相互作用，可以通过物理化学性质、生物学性质和化学特性等方面来进行区分。
当探针与生物分子结合后，可以通过染色、荧光、放射性标记等技术来产生信号，并进一步测量分子的含量、位置和结构等信息。
信号转换技术是指将分子的信号转换为可供检测的信号。
这个步骤可以通过荧光显微镜、放射性探针、电化学传感器等多种技术来实现。
例如，可以通过荧光标记来实现分子的定位和追踪，在细胞或组织水平上实现实时成像。
二、生物分子探针的应用生物分子探针在医学、生命科学和药学等领域有着广泛的应用，以下仅列举几个例子。
1. 医学诊断在医学领域中，生物分子探针被广泛地应用于疾病的早期诊断、监测和治疗。
例如，可以利用人类乳腺癌标志物HER2（人类表皮生长因子受体2）的荧光标记来实现乳腺癌的早期检测。
此外，COVID-19的检测试剂盒中也应用了特异性的生物分子探针来检测新冠病毒核酸片段。
2. 药物研发在药物研发领域中，生物分子探针可以用于筛选和评估药物的效果和毒性。
例如，可以制备荧光标记的细胞荧光素酶来评估新型药物对细胞增殖的影响。
此外，研究人员还可以利用荧光标记的蛋白质来研究药物靶点的结构和功能。
3. 生命科学研究在生命科学研究中，生物分子探针可以用于研究细胞的结构、功能以及相互作用等方面。
例如，研究人员可以利用荧光标记的抗体来探索细胞膜上的蛋白质交互作用。
此外，生物分子探针还可以用于研究分子生物学、代谢物质分析以及神经科学等领域。
总结生物分子探针作为一个重要的研究领域，其研究与应用具有广泛的意义和影响。
分子生物学探针的名词解释
分子生物学探针的名词解释分子生物学探针，是一种广泛应用于分子生物学研究中的工具。
它们通常是人工合成的小分子，具有特定的生物学性质，可用于识别、定位和标记目标分子。
这些分子生物学探针在生物学实验中发挥着关键的作用，使研究者能够更深入地了解生命现象，揭示细胞机制，甚至开发新的药物治疗手段。
一、荧光探针荧光探针是最常见和广泛应用的一类分子生物学探针。
它们通过与目标分子发生相互作用，并发出特定的荧光信号来实现目标分子的检测和追踪。
荧光探针通常由两个主要组成部分构成：荧光染料和连接分子。
荧光染料具有发出荧光的能力，而连接分子可与目标分子特异地结合，将荧光信号传递给目标分子。
荧光探针在生命科学研究中被广泛应用，如细胞成像、蛋白质定位和分离、DNA/RNA检测等。
二、酶探针酶探针也是重要的分子生物学探针之一。
它们利用特定酶的催化活性来实现目标分子的检测和定量。
通常，酶探针由两个部分组成：底物分子和信号分子。
底物分子在酶的催化下发生特定的反应，生成一种可检测的产物。
而信号分子则能与底物分子发生特定的相互作用，产生检测信号。
酶探针广泛应用于酶活性测定、代谢途径研究、蛋白质检测等领域。
三、合成探针合成探针是指通过人工合成的方法获得的分子生物学探针。
它们具有特定的结构和化学性质，可用于探测目标分子的存在和活性。
合成探针可以分为多种类型，如核酸探针、蛋白质探针和药物探针等。
核酸探针常用于检测和分析DNA/RNA的序列、结构和功能。
蛋白质探针用于研究蛋白质的结构、相互作用和功能。
药物探针则被设计用于发现和研究靶向特定分子的药物。
四、纳米探针纳米探针是一种基于纳米技术的分子生物学探针。
它们具有纳米尺度的尺寸，能够在分子和细胞水平上进行精确的探测和操作。
纳米探针通常由纳米材料、生物分子和信号发生器组成。
纳米材料如金颗粒、碳纳米管和磁性纳米颗粒等，可用于传递和放大信号。
生物分子如DNA和蛋白质等，可结合目标分子实现特异性识别和测量。
小分子探针技术与方法
荧光探针
基于ABP的分子影像
from Annu. Rev. Biochem., 2014, 83, 249–273
基于ABP的分子影像
qABP for papain family cysteine protease
from Nat. Chem. Biol. 2005, 1, 203-209
基于ABP的分子影像
谢谢大家！
组合了活性分子光交联基团生物正交反应官能团等结构要素的多功能小分子探针在生物靶标确认和发现新的生物过程中有望发挥重要作用
小分子探针技术与方法
提纲
• 小分子探针与化学遗传学 • 小分子探针与化学蛋白质组学 • 小分子探针与分子影像 • 展望
活性小分子筛选的不同模式
from Nat. Chem. Biol. 2013, 9, 232-240
GSH Reduction
Cytosol
1
& Enzyme 1
H
H
-
pH change
1
2 CondeHnsation &
H
Arg-Val-Arg-Arg
pH change
Local assembly
3
SCH2CH3
H
-
reduction
4
3SCH2CH3
H
Lys
reduction
5
H
Ac-Arg-Val-Arg-Arg
Serine hydrolases
Identified increased KIAA1363, MAGL, uPA, tPA and RBBP9 activities in aggressive cancer lines and primary tumors
化学生物学中的小分子探针研究
化学生物学中的小分子探针研究引言化学生物学的发展为探究生物分子和生物体之间相互作用提供了有力工具，其中小分子探针的研究也日益成为话题。
小分子探针在生物内外环境中的应用不断拓展，其结合生物学、化学和物理学等多学科交叉，为实现对生命过程的深入理解提供了有益手段。
本文将就小分子探针在化学生物学中的研究作一探讨。
一、小分子探针的定义小分子探针指的是小分子化合物，其在生物体系中表现出一定的物理、化学特性，并在分子水平上与生物大分子（如蛋白质、核酸等）相互作用，以便了解其生物学特性及生命活动的机制。
小分子探针有着较小的分子体积和相对简单的化学结构，便于对其进行合成、修饰和修饰。
利用小分子探针可以对于生命过程中的分子相互作用机制进行研究，其在高通量筛选、药物发现、生物成像等领域有广泛的应用。
二、小分子探针的分类小分子探针的一般分类有化学荧光探针、融合蛋白探针、放射性同位素标记探针及药物分子等。
1. 化学荧光探针化学荧光探针是以具有荧光性质的小分子为核心结构，以其对生物分子的特异性结合，实现对生物分子的探测和成像。
荧光探针可以通过不同的光谱性质对生物分子进行特异性标记和便于可视化。
例如，用荧光探针的荧光标记特异蛋白质，可以实现对于生命过程中蛋白质相互作用关系等信息的捕捉。
2. 融合蛋白探针融合蛋白探针是将荧光蛋白等标记单元融合到感兴趣的生物分子上进行研究的方法。
利用蛋白质工程技术构建可以识别具体生物分子的融合蛋白探针，在定量和实时监测细胞内分子过程中，有着广泛的应用。
3. 放射性同位素标记探针放射性同位素标记探针利用放射性同位素来标记小分子，利用放射性检测技术来探测这些生物分子的含量和位置，并实现药物代谢研究。
目前市场上大多数新药被标记为放射性药物，这在新药研发中应用广泛。
4. 药物分子药物分子是一种广泛应用的小分子探针，通过对药物分子与靶分子的交互作用，了解药物分子对生物过程的影响，可用于药物筛选及药物研究等方面。
分子探针法及其在组织学与病理学中的应用研究
分子探针法及其在组织学与病理学中的应用研究分子探针法是一种常见的分子生物学技术，它通过特异性结合分子来检测生物系统中不同化学成分的存在和分布情况。
在组织学和病理学领域中，分子探针法被广泛应用于研究生物样品的结构、功能和变化，以便更好地理解细胞和组织在正常生理和疾病状态下的表现。
一、分子探针法的原理分子探针法依靠特异性分子分子互相结合的特性实现对生物学系统的检测。
其基本原理是在样品中加入一种或多种探针分子，这些分子会选择性地结合到所感兴趣的分子或化合物，以发出信号来表明其存在的位置和数量。
分子探针的种类很多，包括小分子探针和大分子探针，例如酶、抗体、核酸等。
其中，免疫组织化学染色和原位杂交等是应用较为广泛的方法。
免疫组织化学染色是一种利用特异性抗体对样品进行标记的方法，通常用于检测蛋白质、肽、糖蛋白等分子。
该方法的操作简单，但其准确性、选择性和重复性较差。
原位杂交是一种基于分子杂交结合的技术，它通过特异性的寡核苷酸探针分子来检测目标核酸分子的存在和表达情况。
与免疫组织化学染色相比，原位杂交不仅可以检测蛋白质，还可以检测核酸，而且其准确性和特异性更高。
二、分子探针法在组织学中的应用组织学是研究生物组织结构、组织形成和组织功能的学科。
在组织学的研究过程中，分子探针法可以用来确定不同细胞和组织的形态学特征、表达范围和稳定性。
例如，在神经组织中，神经元的分化和发育过程要求正确的调控基因表达，异常表达可能会导致神经退化疾病的发生。
因此，可以利用原位杂交技术来确定在正常和病态情况下基因的表达存在与否，以帮助诊断和治疗。
除此之外，组织学研究还可以利用免疫组织化学染色来检测肿瘤组织的特点。
肿瘤细胞通常会失去细胞分化态，并表现出异常的增殖和转移特性。
分子探针法可以利用蛋白质分子的表达变化来发现肿瘤细胞中异常的信号通路和蛋白质亚型的表达状态等信息。
这些信息对于肿瘤的分类、诊断和治疗都具有重要的意义。
三、分子探针法在病理学中的应用病理学是研究疾病发生和发展机制的学科。
生物学分子探针的制备和应用研究
生物学分子探针的制备和应用研究生物学是一门研究生命体系的科学，生命体系是由许多分子组成的，因此生物学的研究内容中离不开分子的研究。
在生物学和生命科学中，分子探针是一种重要的工具，可以用来识别、定位和测量分子。
随着科技的发展和对生命体系研究的深入，分子探针的制备和应用研究逐渐成为研究热点之一。
一、生物学分子探针的定义和分类分子探针是一种在生物学中广泛使用的化学物质，用于检测特定的生物分子。
它们通常包含一个识别特定分子的部分和一个信号发出部分，可以被用于荧光、吸收光谱和其他分析技术。
根据它们的运用范围和类型，生物学分子探针可以被分为以下几类。
1.荧光探针：根据靶分子本身的特性或探针的化学结构，荧光探针可以发出相关信号。
因此，它们被普遍用于分子成像、单细胞发育过程或细胞分子运输研究。
2.基于生物标志物的探针：在过程疾病、诊断和治疗中，这种探针基于以前的记录，提供一种诊断方法。
如血液中的肿瘤标记物可用作癌症检测。
3.基于放射性核素的探针：利用放射性核素标记靶分子，将其引入组织中进行成像研究并定量分析。
4.基于质谱分析的探针：使用质谱分析技术，通过对分子的质量和组成的分析，快速确定分子的种类和结构。
二、分子探针的制备生物学分子探针的制备主要依赖于有机合成和生物技术方法，可以分为以下几步。
1.选择合适的靶分子：在开发分子探针之前，必须先理解靶分子的性质以及研究的需求。
通过对生物学分子的附着、识别和信号传递过程的了解，可以选择出最适合的靶分子。
2.化学合成：采用合成化学方法制备探针分子。
合成化学方法是有机合成的基础和核心，通过手性有机合成方法、交叉偶联反应等手段可以制备出合适的生物学分子探针。
3.标记法：通过标签标识和放射性同位素标记等方式，将制备出的合适生物学分子探针进行标记。
4.分子探针测试：通过不同的生物学分析技术对新制备的分子探针进行测试和分析。
三、分子探针在生物学研究中的应用分子探针的广泛应用在于能够测量生物分子的动态和静态状态，在后来的实验中可以将其应用于分子显微镜像等领域中。
《分子成像探针》PPT课件
山西医科大学第一医院核医学科
程艳
一、概述 二、分子探针与成像靶点结合的基础 三、亲和组件的高通量筛选 四、常见的分子成像探针
（一）探针
• 分子生物学中，指用于检测互补核酸序列的标 记DNA或RNA
• 分子影像学中，指能够与某一特定生物分子 （如蛋白质、 DNA、RNA ）或者细胞结构靶向 特异性的结合，并可供体内或（和）体外影像 学示踪化合物分子，这些标记化合物分子能够 在活体或（和）离体反映其靶生物分子的量和 （或）功能
可作为特异性分子探针
这种探针安全应用人体
常见的分子成像探针
• (一)放射性核素分子成像探针 • (二)光学分子成像探针 • (三)磁共振分子成像探针
二、光学分子成像探针
• (一)荧光染料标记的探针 • (二)量子点标记的探针 • (三)拉曼探针 • (四)光声成像探针 • (五)可激活探针
(一)荧光染料标记的探针
2个特征
• 对于疾病密切相关的靶分子具有高度亲和力和靶向特异性 • 可供影像学设备在活体内进行示踪
（二）常见类型
• 按照探针与靶点结合的原理，分为靶向性分子探针和非靶向性分子探针 • 根据不同成像技术要求，分为光学分子探针、放射性核素分子成像探针、磁
共振分子成像探针、超声分子成像探针
常见类型
• 根据探针亲和组建的成分或特征可分为受体靶向 分子探针、抗体靶向分子探针抗体片段靶向探针、 多肽靶向探针、反义寡核苷酸探针、可激活的分 子探针
CT
解剖结构 血流灌注
PET-CT 分子影像
18F-FDG
CH2OH O
& 葡萄糖
CH2OH O
OH OH
OH
OH
OH
基于化学成像技术的多功能分子探针制备
基于化学成像技术的多功能分子探针制备分子探针是分析化学中的重要工具，可用于可视化细胞、组织、生物流程以及化学反应中的分子结构和功能。
传统的单一分子探针无法满足越来越丰富的研究需求，因此需要研发多功能分子探针。
基于化学成像技术的多功能分子探针成为当前研究中的热点和难点。
本文将就化学成像技术、多功能分子探针及其制备方法进行探讨。
一、化学成像技术化学成像技术是指在分子水平上对样品进行成像的技术手段，其之所以成为当下研究的热点，主要是因为其具有高样品对比度、高分辨率、可视化定量分析以及对绝大多数样品类型具有通用性等特点。
化学成像技术包括荧光成像、单分子光谱成像、示踪原子利用和场致离子发射成像技术等。
这些技术方法都为化学成像提供了多种样品分析的途径，并广泛应用于细胞生物学、物质化学等领域。
其中，示踪原子利用技术是分子探针研究中最重要的一种方法。
通过在分子结构上植入示踪元素，可以使分子在电子显微镜下呈现出独特的神奇图像，大大提高了研究的可直观性和解释性。
二、多功能分子探针多功能分子探针是指在同一分子中融合多种不同的成像功能，并可根据需要通过不同的信号途径进行同时成像的分子探针。
由于多功能分子探针在生物成像、荧光探针、信号传导、医学、工业等多个领域具有很强的实用价值，因此定位和发展多功能分子探针成为当前化学科学的热门领域之一。
多功能分子探针的研究主要集中于荧光探针、核酸探针、光学成像探针、核磁共振探针以及磁性探针等。
不同于传统的单种探针，多功能分子探针可以同时对分子做定量表征，并通过不同的成像途径呈现出丰富多彩的图像信息。
三、多功能分子探针制备方法1、Tomasz羧乙烷修饰法Tomasz羧乙烷修饰法是一种基于自由基反应的方法。
通过在二甲苯中加入氮芥和羧乙烷以及硝普酚和氢氧化钾等成分进行反应，可以得到羧基化的分子探针。
2、一锅法一锅法是一种绿色的多功能分子探针制备方法，可以通过反应率的调节、反应时间、温度等因素来实现多种功能分子的制备。
分子探针简介分析化学新方法新技术应用共21页文档
应用
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
分子探针简介分析化学新方法新技术
DNA序列分析中的荧光染料：在电泳分离荧光法检测DNA
序列分析中，通常分四组（A,C,G,T体系）进行，如果用 四种不同的荧光染料为探针,标记一个共同的引物，分别 用在 A、C、G、T四个反应体系中，等于用不同的探针 专一地标记了不同的碱基，利用各荧光探针光谱的差别 便可把不同的碱基区分开,因此选择一组四种合适的染料 成为关键， 它们应满足以下条件： (1)吸收和发射光谱应在可见光区，以降低散射和荧光背景； (2)各染料的荧光发射波长因该有明显不同，以便区分不同染料; (3)应有很强的荧光强度，以获得高灵敏度； (4)不严重干扰引物的杂交作用，使其不影响测序反应效率； (5)染料的存在不严重改变电泳谱图。
0.75 4.80 5.12 3.78
4.88 0.67 4.40
Mn+2取代苹果酸酶中的Mg+2后，该酶同样具有催化L-
苹果酸脱羧地反应活性
碳酸酐酶、羧酞酶及乳酸脱氢酶中含有Zn+2，用Co+3
代替Zn+2，这些酶仍具有活性
伴刀豆球蛋白A含有Mn和Ca，用稀土离子
Eu+3,Tb+3,Gd+3置换Ca+2后，该蛋白仍然保持有结
编辑课件
核酸分子探针种类：目前作为核酸分子探针的有机
分子染料有几十种，按探针分子结构可分为：
菲啶和口丫啶类染料、吲哚和咪唑类染料、
碳菁阳离子染料、苯并呋喃酮（香豆素）类等。
表二：菲啶和口丫啶类嵌入剂及其 与DNA结合物的有关性能
表三：含吲哚和苯并咪唑类嵌入剂及其 与DNA结合物的有关性能
表四：TOTO-1系列染料及其 与DNA结合物的有关性能
17(POPO-3) DMSO 534
18(BOBO-3) DMSO 570
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溶剂
1
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5.2
518/605
甲醇
2
H2O， DMF
535
5.8
536/617
甲醇
3
DMSO
518
3.9
518/600
甲醇 水或 甲醇
4
DMF
500
53
500/526
5
DMSO
528
7.0
528/617
甲醇
0.072 0.140 0.088 4.88 0.67 4.40
0.095 0.0923
Mn+2取代苹果酸酶中的Mg+2后，该酶同样具有催化L苹果酸脱羧地反应活性 碳酸酐酶、羧酞酶及乳酸脱氢酶中含有Zn+2，用Co+3 代替Zn+2，这些酶仍具有活性 伴刀豆球蛋白A含有Mn和Ca，用稀土离子 Eu+3,Tb+3,Gd+3置换Ca+2后，该蛋白仍然保持有结 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 蛋白质的荧光，主要是构成它的色氨酸，络氨酸和苯丙 氨酸具有的荧光，通过蛋白质的天然荧光用荧光法检测 比紫外吸收法灵敏。荧光探针是一类比蛋白质荧光发射 较强荧光的染料，它吸附或共价结合到蛋白质上，荧光 特性会发生变化，从而可以研究蛋白质的结构和测定蛋 白质。这其中有一种叫做免疫荧光技术
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
生物分子探针
蛋白质及酶的荧光探针
主要类型：
离子探针 核酸分子荧光探针
将生物大分子中的非过渡族金属离子用具有光、磁信息的过渡 族金属离子置换，用这些金属离子与生物大分子的相互作用行 为探查非过渡金属的生物功能，即为离子探针技术。这样就能 对溶剂状态中生物分子构象和行为进行研究，弥补了X射线衍射 方法只能对晶体进行测定的不足。所用的过渡族金属离子就叫
免疫荧光技术，即荧光抗体方法，就是把特异性抗原多
次注入动物体，使之产生抗体，将抗体球蛋白从血清中分离 出来，用荧光染料标记，制成荧光标记抗体溶液。免疫荧光 染色比其他的生物染色方法有较高的特异性和灵敏度。抗体 （免疫球蛋白）与荧光染料结合后，仍不失抗体的免疫活性， 称为荧光抗体。用于标记抗体的荧光染料于一般的荧光染料 不同，必须容易与抗体球蛋白结合，又不影响其免疫活性； 还要求性能稳定、容易溶解和标记方法简单。由于蛋白质本 身也具有荧光，为了减少蛋白质本身的荧光干扰，标记抗体 的荧光染料不但荧光量子产率高，还要求荧光发射波长较长。 常用的标记抗体的荧光染料有荧光素异硫氰酸酯、四甲基罗 丹明异硫氰酸酯和罗丹明B200等。
核酸分子探针种类：目前作为核酸分子探针的有机
分子染料有几十种，按探针子结构可分为： 菲啶和口丫啶类染料、吲哚和咪唑类染料、 碳菁阳离子染料、苯并呋喃酮（香豆素）类等。
表二：菲啶和口丫啶类嵌入剂及其
与DNA结合物的有关性能
表三：含吲哚和苯并咪唑类嵌入剂及其 与DNA结合物的有关性能 表四：TOTO-1系列染料及其 与DNA结合物的有关性能
离子探针
离子探针？ 什么东东啊？
离子探针的生物及化学依据
大多数的酶要靠金属离子表现其活性
探针离子具有与原生物分子中的金属离子
相同或相似的物理化学行为：如半径、化
学配位性质、立体化学行为等，可以置换
原来这 么简单啊！
蛋白质三级结构
血红素
肽链扭转
血红蛋白的三级结构
表一： 一些生物大分子中有关金属离子参数
非过渡金属离子（饱和电子层结构）
K+1 离子半径 /nm 静电势/ （Z2/r） Zn+2 Mg+2 Ca+2
过渡族金属离子（不饱和电子层结构）
Co+2 Tl+1 Mn+2 Gd+3 0.0938 Eu+3 Tb+3
0.133 0.069 0.055 0.099 0.75 4.80 5.12 3.78
DNA序列分析中的荧光染料：在电泳分离荧光法检测DNA
序列分析中，通常分四组（A,C,G,T体系）进行，如果用 四种不同的荧光染料为探针,标记一个共同的引物，分别 用在 A、C、G、T四个反应体系中，等于用不同的探针 专一地标记了不同的碱基，利用各荧光探针光谱的差别 便可把不同的碱基区分开,因此选择一组四种合适的染料 成为关键， 它们应满足以下条件： (1)吸收和发射光谱应在可见光区，以降低散射和荧光背景； (2)各染料的荧光发射波长因该有明显不同，以便区分不同染料; (3)应有很强的荧光强度，以获得高灵敏度； (4)不严重干扰引物的杂交作用，使其不影响测序反应效率； (5)染料的存在不严重改变电泳谱图。
探针序 溶解性 号 H2O DMSO
λmax/n m
ε*103/（1mol1*cm-1）
(λex/λem)/n m
性能及应用 不渗透膜；双股DNA 嵌入剂；死细胞染色； 染色体计数染色；电 泳；流动细胞光度法； 氩-离子激光 不渗透膜；死细胞染 色；染色体和细胞计 数染色 渗透膜；染色核酸和 真核生物及一些细菌 的细胞质 渗透膜；RNA/DNA的 辨别测定；溶酶体标 记；流动细胞光度法 不渗透膜；高亲合 DNA标记；死细胞 染 色；电泳prestain；氩离子和He-Ne激光 不渗透膜；A~T选择； 高亲合DNA标记
2003级分析化学研究性学习报告
分子探针简介
分析化学新方法新技术
指导老师：阮源萍
学生姓名：张振
学 号：03081065
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
核酸分子荧光探针及核酸染色
沿核酸的螺旋方向看，双螺旋表面有两个沟槽， 一个宽槽和一个窄槽，这两个沟槽使碱基外露， 为分子探针或其他分子与碱基作用提供了空间。
窄槽 宽槽
核酸染色剂及荧光探针的应用
溶液中核酸的定量测定 单分子核酸检测 核酸的凝胶染色体电泳分离检测 在荧光共振能量转移（FRET）技术中的应用 DNA序列分析