有机线粒体及线粒体巯基荧光探针研究进展

线粒体是一种重要的细胞器,对细胞的存亡起着至关重要的作用,与细胞凋亡和分化、机体衰老、老年痴呆、癌症等密切相关。同时线粒体内许多活性小分子对生命过程也起着至关重要的影响,其中线粒体内巯基分子,如半胱氨酸、高半胱氨酸和还原谷胱甘肽等,在细胞生理和病理过程中发挥着重要作用。因此,可视化监测线粒体自身及内部巯基分子对于生命现象的研究以及疾病的诊断与治疗具有重要的科学意义。荧光分析法具有灵敏度高、选择性好、检测成本低以及对生物体损伤小等优点而得到了广泛的研究和应用。双光子荧光探针技术具有高度的三维空间选择性、大的穿透深度、避免荧光漂白和光致毒以及降低组织自发荧光干扰等特点,为生命科学的研究提供了重要工具。介绍了有机单光子和双光子线粒体以及线粒体巯基荧光探针的研究现状,同时展望了它们今后的研究方向。     

有机双光子线粒体内活性小分子荧光探针研究进展

线粒体在细胞的能量代谢中发挥着关键作用,其内部环境的微小变化会影响细胞的正常生命活动。同时线粒体内许多活性小分子在细胞的许多生理过程中也起着关键作用。因此,可视化监测线粒体自身及内部微环境的变化对于生命现象的研究和疾病的诊断与治疗具有非常重要的意义。荧光分析法因具有操作简便、灵敏度高、选择性好、实时检测以及损伤小等优点而得到了广泛的研究和应用。双光子荧光探针技术相对于单光子荧光技术具有长波吸收短波发射、高度的三维空间选择性、大的穿透深度、避免荧光漂白和光致毒以及降低组织自发荧光干扰等特点,在生命科学领域具有广阔的应用前景。该文介绍了有机双光子吸收基本原理以及有机双光子线粒体内活性小分子荧光探针的研究现状,同时对有机线粒体内活性小分子荧光探针今后的发展趋势进行了展望。     

双光子荧光探针在生物传感中的应用

荧光探针由于其灵敏度高、选择性好等优势已经成为研究复杂生物系统的有力工具。和单光子荧光探针相比,双光子荧光探针由于其激发光源较大的穿透深度、低的组织自发荧光干扰以及较好的空间选择性在生物传感中发挥着不可替代的重要作用。在本篇综述中,我们从双光子荧光探针的设计原理出发,系统全面地介绍了双光子荧光探针在金属离子、细胞微环境、活性物质(包含活性氧、活性氮、活性硫)、酶和亚细胞器(线粒体、溶酶体)等检测中的应用研究。在此之后,展望了有机双光子荧光探针在开发和应用方面尚待科学界解决的关键机遇和挑战。     

双光子荧光探针

双光子吸收是指在强光激发下,介质分子同时吸收两个光子,从基态跃迁到两倍光子能量的激发态的过程。荧光显微成像是研究活体生物的重要工具,而最通常的细胞成像方法则是使用单光子激发荧光团的单光子显微成像。近红外光源激发的双光子荧光探针克服了单光子荧光探针的光漂白与光致毒而更适于生物检测与成像,为生命科学研究提供了更为锐利的工具。双光子荧光探针的作用机理包括分子内电荷迁移(ICT)、荧光共振能量迁移(FRET)、光诱导电子迁移(PET)与基团转换(GC) 4种方式。该文综述了双光子阳离子探针(Mg²⁺, Ca²⁺, Pb²⁺, Hg²⁺, Ag⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Na⁺, Cr³⁺)、双光子阴离子探针(F^-)、pH探针、双光子葡萄糖示踪器、双光子脂筏探针、双光子巯基探针、双光子半胱氨酸探针和双光子生物标记探针,以及双光子荧光探针在生物成像方面的应用,展望了双光子荧光探针的发展趋势与应用前景。     

生物小分子巯基化合物荧光探针研究进展

细胞内的小分子巯基化合物在诸多生理过程中扮演重要角色.分子荧光探针具有灵敏度高、选择性好、生物相容性好、实时原位监测等优点.因此,构建可以选择性检测巯基化合物的荧光探针具有重要的生物学和医学意义.根据荧光探针与巯基化合物的反应类型总结了近几年来小分子巯基化合物荧光探针的设计策略和研究进展.     

一种溶酶体靶向双光子亚硝酰氢荧光探针的合成及细胞成像研究

亚硝酰氢(HNO)是一氧化氮单电子还原并质子化的产物,具有重要的生物学意义.以4-(2-氨基乙基)-吗啉作为溶酶体靶向基团,1,8-萘二甲酰亚胺作为双光子荧光团,三苯基膦作为HNO识别基团,构建了一个能够特异性定位于溶酶体的打开型双光子荧光探针Lyso-HNO.研究结果表明,该探针响应迅速,对HNO表现出良好的选择性,较高的灵敏性,检测极限可达202 nmol·L-1.该探针可对HeLa细胞溶酶体外源HNO进行双光子荧光成像研究.     

衍生于苯并-12-冠-4的双光子荧光Fe3+探针

合成了双光子荧光探针2,5-二氰基-1,4-二[2′-(4′-苯并-12-冠-4)乙烯基]苯(1),并进行了红外、质谱及元素分析。探针1在单、双光子荧光发射中对金属离子显示了相似的选择性,双光子过程中的选择性略优于单光子过程,并对Fe3+显示出高度选择性识别。探针1对Fe3+的单、双光子荧光强度随Fe3+浓度的升高而急剧降低;单、双光子荧光滴定过程中探针对Fe3+的络合常数分别是:5.70±0.03(logK11)与4.74±0.05(logK12)、5.76±0.04(logK11)与4.81±0.07(logK12)。探针1的双光子吸收截面(δTPA)随溶剂极性增加而减小,在甲苯与乙腈中的δTPA分别是2198,1125GM,探针与Fe3+络合后其双光子吸收截面显著减小。研究结果表明,化合物1可以作为Fe3+探针应用到单光子激发荧光与双光子激发荧光检测;可以用开发单光子荧光探针的策略来设计应用于生物成像的双光子荧光探针。     

小分子生物硫醇荧光探针研究进展

半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)和还原型谷胱甘肽(GSH)等小分子生物硫醇在人的生理活动中起着重要作用.近年来,生物和环境样品中小分子生物硫醇的检测引起科学家们极大的兴趣,生物硫醇荧光探针和比色传感器得到快速发展.根据探针与生物硫醇的反应机理,包括利用小分子生物硫醇中巯基与探针反应、巯基和氨基协同与探针反应,综述两年来生物硫醇小分子荧光探针的设计、合成与应用进展.     

用于细胞成像的双氰基二苯代乙烯衍生物双光子荧光银离子探针

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,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便利的工具.因此双光子荧光探针适合于生物检测与成像.制备了衍生于二苯代乙烯的双光子荧光银离子探针,此探针以拥有异常大的双光子吸收截面(6TPA)的4-甲基-2,5-二氰基-4'-氨基二苯乙烯(DCS)作为双光子荧光母体,以6-芳基-3,9-二硫-6-氮杂癸烷(TAU)为Ag+配体.探针显示了大的δTPA(在MeCN中,950 GM)、对银离子有高的灵敏性与选择性、强的双光子荧光(790 nm激光激发时).探针的络合常数为IgK=5.76±0.05.探针能选择性地检测和成像活细胞中的游离Ag+,可用于细胞中微量Ag+的分析检测与成像.此探针为开发理想的双光子荧光探针提供了可供借鉴的平台.     

荧光碳量子点的特性及检测巯基化合物的研究进展

巯基化合物是生物体内一类重要的抗氧剂,包括半胱氨酸、同型半胱氨酸、谷胱甘肽等生物硫醇类化合物,在体内参与一系列典型的生化反应,有助于维持正常的生理功能,当含量异常会导致多种疾病.因此,定量检测巯基化合物在相关疾病研究和诊断方面具有重要的意义.目前,利用高选择性、高灵敏度的荧光探针检测巯基化合物已成为前沿课题之一.碳量子点(CDs)因具有优良的荧光稳定性、极好的生物相容性、耐光漂白以及易制备等优良的性能,作为一类荧光探针检测巯基化合物得到了广泛的应用.类似于其他纳米探针,当荧光CDs用于检测巯基化合物时,基于信号检测的竞争机制,引入猝灭剂和巯基化合物竞争性结合荧光碳量子点,由于巯基化合物的高亲和力和强亲核性,使荧光恢复.本文综述了碳量子点的制备和特性,以及在检测巯基化合物方面的研究进展.     

生物小分子成像用双光子荧光探针

生物体内活性小分子(生物小分子),不仅数量多,涉及到无机小分子,如SO_2,H_2S,NO与CO等,而更多的是有机小分子,如单煻、低聚糖、激素、辅酶、甘油、刺激因子、调节因子和维他命等;而且在病理、生理等方面有着至关重要的功能,发挥着举足轻重的作用,直接影响身体健康与疾病的发生.因此,对生物体内小分子的实时观测和监控是十分必要的,而双光子荧光探针正是实现这一目标的必选锐器.双光子荧光探针的定点激发、高横向与纵向分辨率、无光漂白性、无光致毒性和组织深度成像等诸多优点而彰显其无与伦比的优越性,可以很好地对细胞或组织内的生物小分子进行实时动态三维观测和监控.综述了近5年来相继开发的CO、单糖(葡萄糖、β-半乳糖苷酶)、SO_2、硫化氢、NO、过氧(硫)化物、硫醇/硫酚、~1O_2、甲醛、HNO、HClO、O_2~(·-)和ONOO~-等双光子荧光探针,系统全面地剖析了这些双光子荧光探针的传感机制,并展望了生物小分子显微用双光子荧光探针的发展与愿景.     

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。     

一种基于硝基烯烃的硫醇荧光探针的合成及生物成像研究

生命体内小分子硫醇,如半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)和谷胱甘肽(GSH),在多种生理和病理过程中发挥重要作用.以氟硼二吡咯(BODIPY)为荧光团,硝基烯烃为识别基团,经三步简单有机合成,构建了一个打开型硫醇荧光探针.密度泛函理论计算结果表明,硝基通过光诱导电子转移(PET)机制淬灭BODIPY荧光.光谱测试结果表明,探针与硫醇发生迈克尔加成反应,响应迅速,选择性好,灵敏度高,对GSH的检测极限低至11×10~(-9) mol/L.荧光共聚焦成像结果表明,探针可用于HeLa细胞和斑马鱼内源生物硫醇荧光成像研究.     

羧酸酯酶比率型双光子荧光探针的构建及生物成像研究

羧酸酯酶(CaE)水平的异常与脂肪肝、高血脂等多种疾病的发生密切相关,发展用于快速、准确地检测CaE含量的荧光探针对上述疾病的早期诊断具有重要意义.本文基于分子内电荷转移原理,设计合成了一种对CaE具有高选择性识别的红光比率型双光子荧光探针DCM-CE.CaE催化水解断裂探针分子的酯键,导致酶促反应前后探针的荧光光谱性能发生显著的改变,以此实现对CaE的比率荧光检测.该探针具有较好的选择性、较低的检测下限以及较宽的pH响应范围.此外,我们成功地将DCM-CE应用于活细胞中对内源性CaE的双光子荧光成像.     

基于有机小分子的汞离子荧光探针研究进展

汞具有很强的生物毒性,会对人类的健康和环境造成极大危害.荧光探针具有高灵敏度、高选择性、可实时监测等优点,近年来在汞离子检测中广泛应用.由于小分子具有结构多样性、重复性好、易修饰、感应机制清晰等优点,目前许多检测汞离子的有机小分子荧光探针也已经被开发出来.根据探针与汞离子反应机制的不同,将其分为基于配位型反应和基于断键型反应两类,重点综述了近五年来用于检测汞离子的有机小分子荧光探针的研究进展.展望未来,利用特征性反应开发“Turn On”型的反应性探针,将是检测汞离子的有机小分子荧光探针研究中的重点方向.     

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。     

选择性生物小分子硫醇荧光探针的研究进展

谷胱甘肽(GSH)、半胱氨酸(Cys)和高半胱氨酸(Hcy)作为生物体内含量较高的生物硫醇,在生物系统中起着重要作用。近年来,生物与环境样品中小分子生物硫醇的检测引起科学家们极大的兴趣,生物硫醇荧光探针和比色传感器得到快速发展。同时,作为更加精确的检测手段,选择性生物硫醇荧光探针的研究也得到了极大的关注。本文根据选择性生物硫醇荧光探针与生物硫醇的反应机理:醛基环化反应、丙烯酸酯加成环化反应、自然的化学连接反应、芳环取代重排反应和亲核加成-亲核取代反应,综述了近年来选择生物硫醇荧光探针的设计、合成与应用进展。     

双光子荧光探针

荧光探针作为研究生物系统必不可少的工具,借助双光子显微成像可以直观便捷地对生物活性化合物或生物功能客体成分进行实时动态三维观测与监控。近十年来发展的双光子激发荧光探针,较单光子荧光探针具有显著的优点,如高分辨率、高清晰度、高灵敏度、无光漂白、无光致毒、定靶激发、高横向与纵向分辨率、低的生物组织吸光系数及低的组织自发荧光干扰等。本文综述了近七年来的双光子阳离子探针、双光子阴离子探针、双光子SO_2探针、双光子pH探针、双光子核酸探针、双光子半胱氨酸探针、双光子活性氧探针、双光子磷酸探针、双光子CO探针、双光子Alph-细胞探针、双光子CYP1A酶探针、双光子极性、黏度与温度探针的结构特性及其在生物成像方面的应用。双光子荧光探针已被广泛应用于临床诊断、疾病监测和药物筛选上,这推动了生物化学、医学和生命研究的发展。     

高选择性半胱氨酸荧光探针的合成及生物成像

生物巯基分子在人体生理和病理过程中发挥着重要作用。因此,专一性识别生物巯基分子在生命科学领域具有非常重要的应用价值。我们利用醛基作为巯基识别基团进行成环反应,合成了一种新型的荧光增强型半胱氨酸(Cys)荧光探针,其结构用核磁共振氢谱、质谱以及红外光谱进行表征。该探针分子具有合成简单、选择性好、光稳定性好等优点,本身无色,无荧光,与Cys作用后,紫外吸收光谱蓝移约15nm,荧光强度增强105倍,荧光颜色由无色变为深蓝色,可实现裸眼观测且能进行活细胞成像。     

用于一氧化氮检测的小分子荧光探针研究进展

生物小分子NO以其重要的生理学和病理学作用受到科学家们的广泛关注。高选择性、高灵敏度、低毒性NO分子荧光探针的设计和开发,在环境检测、食品安全及人体内NO检测等领域具有重要意义。本文以小分子荧光探针对NO的识别机制为主线,从唑环的形成、螺内酰胺开环、还原脱氨、二氢吡啶的芳构化、NO与金属络合物的反应、与非金属Se的反应和亚硝胺的形成出发,综述了近年来NO小分子荧光探针的研究进展。对NO探针设计及其识别性能研究方面的工作进行了总结,并讨论了NO荧光探针今后的设计思路和重点研究方向。