有机荧光探针最新研究进展

有机荧光探针最新研究进展

徐绍彬

（化学化工学院，1081109001）

摘要荧光探针是是一种极好的生物分子传感器,具备灵敏度高反应时间迅速等特点。近年来,随着生命科学的不断发展,荧光探针已经在蛋白质、核酸、细胞检测及免疫分析等方面发挥了重要作用。随着荧光探针的合成及应用技术的不断改进,人们对有机荧光化合物的认识和研究也不断深入,有机荧光探针的发展前景将越来越广阔。本文对最近几年国内外有机荧光探针的研究情况做一综述。

关键词BODIPY 荧光探针染料

探针是一种能和某特异靶分子相互作用,实现对靶分子进行检测的分子,并要求相互作用后对被探测对象不产生或仅产生可忽略的干扰。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。荧光分析方法灵敏度高,选择性好,试样量小,在分析化学,特别是在分子生物学、生物化学、医学等领域中有较广泛的应用。由于大多数生物分子本身无荧光或荧光较弱,检测灵敏度较差,人们用强荧光的标记试剂或荧光生成试剂对待测物进行标记或衍生,生成具有高荧光强度的共价或非共价结合的物质,使检出限大大降低,这就是荧光探针技术。

荧光探针可有多种分类方法:按荧光波长可分为发射在紫外可见区的荧光探针和近红外区的荧光探针。按荧光探针用途不同可分为荧光标记试剂(fluorescent) 和荧光生成试剂(nuorlgenic)。按荧光探针物质本身的性质又可分为有机(包括稀土金属有机配合物) 荧光探针、量子点荧光探针、高分子荧光探针等。近年来随着生命科学的日益发展，大量的各式各样荧光探针被合成出来，人们对荧光探针技术的认识和研究也不断的深入。目前常用于合成荧光探针的染料有BODIPY、菁染料、噻嗪与噁嗪类染料、呫吨类染料等。本文将讨论最近三、四年的有机荧光探针的发展情况，并重点对基于BODIPY的有机荧光探针的合成及应用进行概述。

1 BODIPY类

二氟化硼－2－二吡咯甲烷(BODIPY) 是一类重要的有机荧光染料，由于其分子结构易于改性，近十年来研究人员合成了一系列的BODIPY衍生物，并在荧光探针技术上得到应用。这类荧光染料具有荧光量子产率高、摩尔吸光系数大、稳定性好、对pH、溶液极性不敏感等优点，因而在金属离子检测、PH值测定、DNA的标记及测序等方面得到重要应用。

1.1基于BODIPY的金属离子荧光分子探针研究进展

设计一种检测生理过程重要金属离子的荧光探针是非常活跃的领域，对金属离子探针的研究早在20世纪七八十年代就已开始，己经报道的探针分子成百上千。BODIPY类金属离子荧光探针的研究也陆续见诸报道，不少研究人员利用BODIPY荧光染料合成形形色色的金属离子荧光分子探针，使它代替了许多早期的荧光染料而应用在生物和化学分析方面。

2008年，Serdar Atilgan 等人通过逐步法合成了一种高灵敏的锌离子荧光探针。这种新颖的双苯乙烯基取代的BODIPY衍生物结合锌离子以后，发射峰从730nm蓝移至680nm，因而可做为发射峰在近红外区域的水溶性荧光探针。

TEG=-(CH2CH2O)3CH3

图1.1.1Synthesis of the Near IR Emitting, Water-Soluble DS-Bodipy-Based Chemosensor 4

荧光光谱实验中，该探针对锌离子表现高度的选择性，对钙（II）、钾（I）、钠（I）及镁（II）离子基本无响应，因而能够避免这些生物体内含量较多的离子干扰。

Wenwu Qin, Mukulesh Baruah[2]等人合成了含氮杂冠醚取代基的BODIPY衍生物，这种基于BODIPY的染料分子表现强烈的依赖溶剂的荧光发射特征：增加溶剂的极性将导致低的荧光量子产率和荧光寿命，并且最大荧光发射波长红移。将其与各种碱金属离子、碱土金属离子络合研究荧光光谱变化情况，发现该荧光探针对镁、钙、钡离子十分敏感。

图1.1.2 synthesis of BODIPY Dye with Aza Crown Ether Functionality

Xiaojun Peng[3]研究组合成了一个能专识别Cd2+离子的荧光探针，该探针具有较好

的细胞穿透性，并且首次被应用于活体细胞内Cd2+的检测，其机理为分内电荷转移机理(IcT)。探针的最大发射波长为656nm与Cd2+络合后蓝移至597nln，而Zn2+及其它

金属离子没有干扰，结构如图所示

图1.1.3 structure of a BODIPY-based probe for Cd

Yufang Xu和Xuhong Qian则根据PET机理设计合成另一种高选择性的镉离子荧光探针[4]。探针分子本身在溶液中几乎无荧光，而且不易受PH的影响。Zn2+, Pb2+, Cr3+, Fe3+,

Cu2+, Hg2+, Ag+, Ba2+, Mg2+, Co2+, Cs+, Na+, K+, Ca2+ 和Ni2+的存在几乎不影响荧光发射广谱，对Cd2+展示出高度的选择性。

图1.1.4structure of a BODIPY-based probe for Cd2＋

MingjianYuan[5]等设计了一个基于PET和ICT双重机理的Hg2+荧光探针，该探针包含有两个受体，分别以PET机理和ICT机理与Hg2+结合。加入Hg2+前荧光较弱，最大发射波长在668nm，而络合Hg2+后荧光增强超过7倍，最大发射波长蓝移到578nm，对Hg2+显示出良好的选择性和高度的敏感性。结构如图所示

图1.1.5 the structure of a BODIPY-based probe for Hg2+

Xuhong Qian[6]等以BODIPY为荧光团，以聚酰胺为受体，合成一系列基于PET机理的Hg2+荧光探针，每个探针分子能够络合两个Hg2+，荧光增强显著，该系列探针拥有专一的选择性、高灵敏性以及良好的水溶性，也许是因为水溶性太好所以不能够透过细胞膜，未能做到在细胞内荧光成像。结构如图所示

图1.1.6the structure of a BODIPY-base probe for Hg2+

Engin U. Akkaya[7]合成了双吡啶基取代的BODIPY衍生物用于检测Hg2+，如图1.1.7。