基于氧杂蒽结构可控官能化的荧光探针研究新进展

荧光分子探针技术在表达分子间识别行为及复杂生命和环境体系的内状态信息方面具有非常优异的性能,氧杂蒽及其衍生物螺连隐色体结构变化伴随的分子荧光变换模型,广泛且深入的应用于构建新型功能光敏探针分子.近年来此类探针的合成设计及功能化调控研究异常活跃,新的突破不断涌现.综述了新近基于氧杂蒽及其衍生物的荧光探针在金属阳离子、pH、阴离子识别检测方面的研究进展,并简要阐释了该类探针分子的构筑,识别检测机理以及探针在生物成像和环境监测等方面的应用.     

检测活性氧物种的氧杂蒽类光学探针的研究进展

活性氧物种在维持生物体的生理功能方面发挥着重要的作用.高于正常水平的活性氧物种会损伤蛋白质、DNA等生物分子,进而导致疾病.因此,活性氧物种的高选择性、高灵敏度检测研究对疾病的预防、诊断和治疗均具有重要意义.荧光探针因具有分析灵敏度高、样品时空分辨能力强等特点,已在该方面获得了广泛的应用.其中,具有发射波长长,光稳定性好,荧光量子产率高等优点的氧杂蒽类荧光探针已成为检测活性氧物种的研究热点.本论文主要总结了近五年来应用于活性氧物种检测的氧杂蒽类荧光探针的研究进展与成像分析,归纳了不同活性氧物种的识别单元,并展望了此类探针的发展趋势与应用前景.     

近红外荧光探针及其在生物分析中的应用进展

本文评述了自1999年以来近红外荧光探针和标记试剂及其在生物分析中的应用进展。包括:菁染料、噻嗪和噁嗪染料、含四吡咯基团染料(酞菁和卟啉)、罗丹明类、BODIPY、稀土离子配合物和量子点等。描述了它们在荧光测定和毛细管分离荧光检测以及免疫荧光分析方面的应用。引用文献75篇。     

双光子荧光探针研究及其应用

双光子荧光显微成像兼具诸如近红外激发、暗场成像、避免荧光漂白和光致毒、定靶激发、高横向分辨率与纵向分辨率、降低生物组织吸光系数及降低组织自发荧光干扰等特点而显著地优于单光子荧光显微成像,为生命科学研究提供了更为锐利的工具。而用于像离子的含量及其对生理的影响、离子参与的生理活动机制、离子与分子的作用、特定分子的分布及其相互作用等方面研究的双光子荧光探针,是实现成像的关键。双光子荧光探针的研究旨在促进双光子荧光显微镜应用的发展,促进生命科学、医学科学的快速发展,同时也带动双光子荧光探针所隶属的化学这一学科的发展。因此对双光子荧光探针的研究具有重要的理论和实践意义。该文综述了双光子荧光显微成像的优点、双光子荧光探针设计的原理及双光子荧光探针在离子分析方面的应用,并展望了这类荧光探针的发展趋势与应用前景。     

一种基于二氰基异佛尔酮的近红外汞离子荧光探针的合成与应用

以二氰基异佛尔酮和4-二乙氨基水杨醛为原料,通过两步反应合成了一种具有近红外发射(675 nm)的荧光探针SAM-S,并对其结构进行了表征。此探针在甲醇/4-羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)(1∶1,V/V,pH=7.4)溶液中表现出弱荧光,加入Hg²⁺后荧光显著增强,基于此建立了检测Hg²⁺的新方法。本方法具有选择性好、抗干扰能力强、检出限低(0.49μmol/L)等优点。采用此探针检测湖水和自来水中Hg²⁺的含量,加标回收率在99.9%～104.8%之间。探针SAM-S可制作成荧光墨水,有望用于商标包装;由于SAM-S的毒性较低,因此可用于活细胞中Hg²⁺的荧光成像。     

基于尼罗红类ONOO-近红外荧光探针的开发及其成像应用

过氧亚硝酸根(ONOO^-)在氧化应激和炎症过程中的生成与细胞损伤、炎症反应和免疫调节等密切相关,因此,开发高灵敏且高度选择性的ONOO^-检测方法对于深入理解疾病发生和发展机制、提高疾病的早期诊断和治疗水平具有极其重要意义.设计合成了一种选择性检测ONOO^-的新型荧光探针NR-Pro.该探针通过使用烷基链将2-羟基尼罗红衍生物(NR-OH)与4,4’-氮杂二基二苯酚基团有机结合,在ONOO^-作用下,释放出近红外染料NR-OH.实验研究表明,该探针在658 nm处对ONOO^-表现出显著的“OFF-ON”型荧光信号响应,且对ONOO^-浓度在0～10μmol/L范围内呈现良好的线性关系,检出限低至17.7 nmol/L.这项研究进一步证实了NR-Pro探针在检测RAW264.7细胞中外源和内源ONOO^-方面具有优良的成像能力,这为早期诊断和治疗疾病提供了新的思路.     

基于香豆素荧光团的新型极性检测荧光探针的开发及其成像应用

极性是生物微环境的重要参数之一, 在很大程度上, 生物体内许多生命活动都受到极性变化的影响, 本工作通过改变香豆素母体上的推-拉电子基团, 设计并合成了一种具有较大斯托克斯位移的新型极性荧光探针COM-PO, 该探针的荧光强度和波长会随着测试体系的极性变化而发生改变. 当极性增加时, COM-PO的激发态能量会通过偶极-偶极的相互作用散失在溶剂中, 荧光发射强度降低, 而在低极性溶剂中荧光发射强度增强, 利用这种特性实现了对极性的检测. 本工作通过荧光光谱、荧光成像实验表明COM-PO能够在样品中实现极性检测, 该探针有望实现与极性相关的疾病的早期诊断.     

近红外荧光探针检测金属离子、小分子和生物大分子

荧光探针技术是近年来发展迅速的一种荧光分析方法,具有灵敏度高、选择性好、操作简便和响应迅速等特点,受到环境及生命科学领域的青睐.随着荧光探针技术的发展,近红外一区荧光探针由于具有发射波长长(600～ 900 nm)、对细胞损伤小、组织穿透性强和自发荧光背景低等优点,被广泛应用于细胞、组织等复杂生物体系中生物分子的检测、...     

一种检测水合肼荧光探针的合成与应用

基于香豆素类染料,设计合成了一种具有较高选择性和灵敏度,可在生理条件(pH 7.4)下检测水合肼的荧光探针,同时利用核磁共振和高分辨质谱对探针的分子结构进行了表征。基于水合肼进攻探针分子结构中的4-丁酸酯,生成酚氧负离子,同时发生分子内环化反应后生成具有强烈荧光的亚胺香豆素,实现了探针分子对水合肼的检测。光谱学研究表明,当向探针溶液加入水合肼(0~100μmol/L)后,探针溶液在绿色光谱区域(502 nm)呈现一个显著的荧光增强响应(增强至55倍)。并且,探针可以检测相对较低浓度的水合肼,检出限为1.7×10~(-7)mol/L。此外,相对于其他阴离子和亲核试剂,探针对水合肼的识别显示出较高的选择性和灵敏度。探针成功实现了细胞内水合肼的荧光成像,证明其在细胞成像中具有潜在的应用能力。     

有机小分子荧光探针对甲醛的识别及其应用

甲醛不仅用作工业化学品,也是调节人体生理活动的必要代谢产物。但是,人体从外环境过量的摄入甲醛或者内环境甲醛代谢的不平衡,会造成器官癌变和老年痴呆等重大疾病。有机小分子荧光探针以其高灵敏度、高选择性、可视化和原位检测等特点,使其在生物体内外甲醛检测和生物成像领域具有应用优势,同时也为实际产品中甲醛的痕量检测提供一种新方法。近五年来,甲醛荧光探针得到了快速的发展。本文主要从甲醛荧光探针的反应类型、生物体中甲醛的荧光成像以及在实际样品(商品)检测应用三个方面,介绍有机小分子荧光探针对甲醛的识别和应用。最后总结指出,不同类型的有机小分子荧光探针在不断开发、结构优化和光学性能提升及满足辅助生物医学方向长期性研究的同时,也能拓展应用范围,达到短期内对实际产品中甲醛快速(原位)检测的目的。     

近红外荧光染料的结构、性质及生物荧光成像应用

近红外荧光生物成像技术由于具有深的组织穿透性、低背景荧光干扰、最小生物样本光损伤等特点引起人们越来越多的关注。开发高荧光效率、低毒性的近红外荧光染料是近红外荧光成像技术发展的关键所在。本文综述了五类主要的有机近红外荧光染料(菁类、BODIPY类、罗丹明类、方酸类、卟啉类)的研究进展,重点分析其结构与光学性质等构效关系,为近红外荧光染料的设计和制备提供指导。另外,总结了有机近红外荧光材料功能化修饰的主要方法以改善生物相容性、靶向性能等,最后对近红外荧光染料存在的主要问题以及未来的热点方向进行了分析和展望。     

Ratiometric Near-Infrared Fluorescent Probes Based on Hemicyanine Dyes Bearing Dithioacetal and Formal Residues for pH Detection in Mitochondria

Ratiometric near-infrared fluorescent probes (AH⁺ and BH⁺) have been prepared for pH determination in mitochondria by attaching dithioacetal and formal residues onto a hemicyanine dye. The reactive formyl group on probe BH⁺ allows for retention inside mitochondria as it can react with a protein primary amine residue to form an imine under slightly basic pH 8.0. Probes AH⁺ and BH⁺ display ratiometric fluorescent responses to pH changes through the protonation and deprotonaton of a hydroxy group in hemicyanine dyes with experimentally determined pKa values of 6.85 and 6.49, respectively. Calculated pK_a values from a variety of theoretical methods indicated that the SMD_BONDI method of accounting for solvent and van der Waals radii plus including a water molecule located near the site of protonation produced the closest overall agreement with the experimental values at 7.33 and 6.14 for AH⁺ and BH⁺ respectively.     

基于生物素的荧光有机小分子及其应用

生物素是一种水溶性维生素,在人体中作为一种重要的羧酸酶辅酶起作用,近年来受到化学家和生物学家的广泛青睐。此外,其在各种生理和病理过程中表现出低毒性,可以被设计成具有靶向选择性的药物载体,能将抗癌药物有效地传递给肿瘤细胞。如今含生物素的小分子已发展成一类具有显著应用价值的生物功能分子。该类化合物具有合成简便、易功能化和特异性强等优点。本文综述了生物素及其衍生物在生物传感、药物释放和其他领域的研究进展,并对其发展趋势做出了展望。     

BODIPY类近红外荧光染料的研究进展

近红外BODIPY分子是一类新兴的荧光染料,因其具有优异的光物理和光化学性能而得到广泛的研究,已成为一个新兴的研究热点。本文综述了近年来BODIPY类近红外荧光分子的设计、合成及应用的最新研究进展,并展望了其未来的发展方向和应用前景。     

BODIPY类近红外荧光染料的研究进展

近红外BODIPY分子是一类新兴的荧光染料, 因其具有优异的光物理和光化学性能而得到广泛的研究, 已成为一个新兴的研究热点。本文综述了近年来BODIPY类近红外荧光分子的设计、合成及应用的最新研究进展, 并展望了其未来的发展方向和应用前景。     

吲哚七甲川类荧光探针在生物体应用的研究现状

菁染料是一种商品化的近红外荧光染料, 其光谱范围位于近红外区域, 此光谱区域内生物基体光吸收或荧光强度较小, 因此利用菁染料对生物体进行成像, 可以降低背景干扰. 吲哚七甲川菁染料是一类具有代表性的菁染料, 其由吲哚杂环、七甲川链和N-取代基侧链组成, 由于具有溶解性好, 最大吸收波长可调, 摩尔消光系数大等优良的光学性质, 被广泛用于肿瘤靶向治疗、蛋白标记、痕量金属离子检测等生物方面. 以吲哚七甲川为母体, 通过向母体中引入活性基团或改变它们的结构, 使探针具有不同的功能, 这已成为生物领域荧光成像的研究热点. 分别从检测金属阳离子、pH变化、小分子和靶向标记肿瘤细胞、蛋白质等方面综述了近年来用于生物体荧光成像的吲哚七甲川类荧光探针的研究进展, 其中也对荧光探针在生物体内(模型)分布、光学成像及代谢方面进行了介绍, 最后讨论了这类荧光探针存在的问题及发展趋势.     

Recent Progress on NIR Fluorescent Probes for Enzymes

The majority of diseases’ biomarkers are enzymes, and the regulation of enzymes is fundamental but crucial. Biological system disorders and diseases can result from abnormal enzymatic activity. Given the biological significance of enzymes, researchers have devised a plethora of tools to map the activity of particular enzymes in order to gain insight regarding their function and distribution. Near-infrared (NIR) fluorescence imaging studies on enzymes may help to better understand their roles in living systems due to their natural imaging advantages. We review the NIR fluorescent probe design strategies that have been attempted by researchers to develop NIR fluorescent sensors of enzymes, and these works have provided deep and intuitive insights into the study of enzymes in biological systems. The recent enzyme-activated NIR fluorescent probes and their applications in imaging are summarized, and the prospects and challenges of developing enzyme-activated NIR fluorescent probes are discussed.     

红光/近红外光硫醇荧光探针

小分子生物硫醇,包括半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)和谷胱甘肽(GSH),在生理活动中扮演了重要的角色,其浓度的异常变化常与多种疾病息息相关,因此对其进行检测就显得尤为重要.近几年来,荧光探针因具有操作简便、时空分辨率高、损伤小和可视化等优势,在硫醇的识别领域成为了研究热点之一.而在已报道的众多的硫醇荧光探针...     

Fluorescent Organic Small Molecule Probes for Bioimaging and Detection Applications

The activity levels of key substances (metal ions, reactive oxygen species, reactive nitrogen, biological small molecules, etc.) in organisms are closely related to intracellular redox reactions, disease occurrence and treatment, as well as drug absorption and distribution. Fluorescence imaging technology provides a visual tool for medicine, showing great potential in the fields of molecular biology, cellular immunology and oncology. In recent years, organic fluorescent probes have attracted much attention in the bioanalytical field. Among various organic fluorescent probes, fluorescent organic small molecule probes (FOSMPs) have become a research hotspot due to their excellent physicochemical properties, such as good photostability, high spatial and temporal resolution, as well as excellent biocompatibility. FOSMPs have proved to be suitable for in vivo bioimaging and detection. On the basis of the introduction of several primary fluorescence mechanisms, the latest progress of FOSMPs in the applications of bioimaging and detection is comprehensively reviewed. Following this, the preparation and application of fluorescent organic nanoparticles (FONPs) that are designed with FOSMPs as fluorophores are overviewed. Additionally, the prospects of FOSMPs in bioimaging and detection are discussed.     

Phenoxazine‐based Near‐infrared Fluorescent Probes for the Specific Detection of Copper (II) Ions in Living Cells

Abstract : It is well known that copper ions play a critical role in various physiological processes. However, a variety of human diseases are tightly correlated with copper overload. Although there are numerous fluorescent probes capable of detecting copper ions, most of them are “turn‐off” probes owing to copper (II) ions fluorescence quenching effect, resulting in poor sensitivity. Herein, a novel “turn‐on” near‐infrared (NIR) fluorescent probe PZ‐N based on phenoxazine was designed and synthesized for the selective detection of copper (II) ions (Cu²⁺). Upon the addition of Cu²⁺, the probe could quickly react with Cu²⁺ and emit strong fluorescence, along with colour change from colourless to obvious blue. Moreover, the probe PZ‐N showed good water solubility, high selectivity, and excellent sensitivity with low limit of detection (1.93 nM) towards copper (II) ions. More importantly, PZ‐N was capable of effectively detecting Cu²⁺ in living cells.