磁共振/光学双模态分子探针的研究现状与展望

基于磁共振与荧光成像的双模态成像技术不仅克服了传统单一分子影像技术在灵敏度、特异度、分辨率等方面的固有缺陷，更是拓宽了分子影像技术在诊断及治疗监控等领域的研究范围及应用前景。本文将对磁共振/荧光双模态分子探针的应用情况和研究进展等进行综述。     

靶向髓过氧化酶的双模态探针分子的合成与表征

5-羟色胺(5-HT)对动脉粥样硬化斑块中巨噬细胞分泌的髓过氧化酶(MPO)具有靶向功能,通过酯化反应将5-HT接枝到两亲型聚合物聚衣康酸接枝聚乙二醇接枝十二胺(PIA-g-PEG-g-DDA)上,制备了具有靶向功能的两亲型聚合物(5-HT-g-PIA-g-PEG-g-DDA).采用配体交换法,将超顺磁性氧化铁纳米粒子(SPION)包覆在该聚合物上制备具有磁性的纳米粒子(5-HT-g-PIA-g-PEG-g-DDA@SPION),通过静电力结合使其与碳点(CDs)结合,制备具有荧光成像和核磁造影成像的双模态探针的纳米粒子.采用动态光散射(DLS)及透射电子显微镜(TEM)分析了其粒径和形貌.采用荧光光谱仪与振动样品磁强计(VSM)测试证明该纳米粒子具备双模态成像功能.共聚焦成像(CLSM)的测试结果表明,该纳米试剂对动脉粥样硬化斑块中的巨噬细胞具有靶向性,MTT法的测试结果表明该探针分子具有良好的生物相容性.该双模态探针具有靶向性好、分辨率高及使用便捷的特点,是一种性能优异的双模态检测纳米试剂.     

Gd3+与RGD共修饰量子点用于胰腺癌细胞的荧光及MR双模态成像

结合磁共振成像(MRI)和荧光成像技术,以钆离子(Gd3+)、量子点及精氨酸(R)-甘氨酸(G)-天冬氨酸(D)(RGD)多肽等为功能单元,采用纳米载体组装技术构建了MRI弛豫率/荧光效率高和靶向性强的Gd3+与RGD共修饰的量子点双模态纳米探针(QDs@Gd3+-RGD),并将其用于胰腺癌细胞的双模态成像.实验结果表明,QDs@Gd3+-RGD双模态纳米探针具有较高的弛豫率,且能对胰腺癌patu8988细胞进行荧光和T1-weighted MR成像.     

树枝状大分子在荧光生物成像中的研究进展

树枝状大分子是一种具有精确三维结构的纳米材料。目前,对于树枝状大分子的研究,逐渐从合成和表征各式各样的树枝状大分子转向到对其特殊功能和应用的研究。传统的荧光成像探针大多数为小分子化合物,其发展受到特异性低、稳定性差、停留时间短、可修饰基团少和毒性大等缺点的限制。树枝状大分子具备独特的分子结构如大量可设计性的末端官能团和广阔的分子内空腔以及选择多样化的优势,使其在荧光生物成像领域中有良好的应用前景。本文重点介绍了基于树枝状大分子的有机荧光探针和量子点探针在生物成像方面最新的研究进展。     

多枝罗丹明酰肼类荧光探针的研究进展与应用

罗丹明以其良好的光稳定性、光物理性质和荧光效应得到了人们的极大重视。 基于罗丹明的螺环衍生物与被检测物质作用开环而产生荧光响应的特性,将两个或多个罗丹明母体单元构筑到包含特异性的识别单元的探针分子中,形成多枝的罗丹明酰肼类荧光探针,不仅可以弥补单分子探针的某些功能缺陷,而且可以使其具有更高灵敏度、更高选择性和可靠性,更加有利于分析检测。 本文着重从设计原理、识别性能、应用范围等方面介绍了多枝罗丹明探针在Hg2+、Cu2+、Fe3+和Al3+等离子检测中发展趋势,并展望了这类荧光探针在活细胞金属离子光学成像的应用前景。     

荧光碳点探针的合成、性质及其在生物成像中的应用

荧光碳点探针是近几年来发展起来的一种新型荧光探针，具有传统有机染料、荧光染色蛋白及一般荧光纳米材料无法比拟的独特优势，如具有良好的水溶性、化学惰性、低毒性、易于功能化、抗光漂白性、可调谐和生物相容性等优异性能，因而引起研究者的广泛关注。目前已发展水热法等近十种较为经济便捷的方法，可进行大规模的荧光碳点制备，在细胞功能研究及细胞表面和内部功能分子的探测、组织的成像、病菌的定位等方面得到了较为广泛的应用。笔者对近年来荧光碳点的合成方法、依赖于碳点尺寸和波长等性质的发光性能，以及荧光碳点在生物成像等方面的应用作一简要综述，并对其在药用植物病理方面的应用提出展望，期望为丰富荧光碳点在生物成像领域的应用提供一定的借鉴和参考。     

谷胱甘肽和凋亡酶-3响应的环肽分子荧光探针

设计、合成了一类新型谷胱甘肽(glutathione,GSH)和凋亡酶-3(Caspase-3)响应的环肽分子荧光探针.该类探针主要由能量共振转移(FRET)分子荧光对、Caspase-3特异性识别多肽序列和GSH响应双硫键组成,分为不含穿膜肽序列(CP)和包含穿膜肽序列(cp CP)的两种不同环肽分子荧光探针.2种环肽分子荧光探针均能实现在GSH和Caspase-3同时存在情况下的精确成像,同时具有良好的响应性、特异性和高信噪比.该类环肽分子荧光探针在细胞培养环境中具有良好的稳定性和生物相容性.利用该探针,可以实现对星形孢菌素(STS)诱发的细胞凋亡进行实时、原位的成像监测,并对抗肿瘤药物阿霉素(DOX)和顺铂(cisplatin)诱导的细胞凋亡进行成像.这种具有多重响应并能用于精确成像的分子荧光探针将极大地促进疾病的精确诊断.     

基于聚集诱导发光荧光探针的细胞成像研究进展

荧光探针是化学传感技术领域在20世纪末的一项重大发现,具有合成简单、灵敏度高、选择性好、响应时间短、可视化高等优点。 将具有聚集诱导发光现象(AIE)特征的荧光基团与具有生物相容性的高分子结合起来,使得荧光材料具有毒性低、光稳定性好、生物相容性好等特点。 在分子、离子检测和细胞成像技术中得到广泛的研究和应用。 本文综述了细胞质成像、细胞膜成像、线粒体成像、溶酶体成像、脂滴成像、细胞核成像、细胞核和线粒体双靶向性成像的荧光探针,并对其应用前景做了展望。     

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。     

基于萘酰亚胺的次氯酸荧光探针的合成及细胞成像性能研究

以萘酰亚胺结构为荧光发色团,设计开发了一种含C=C双键的、具有分子内电荷转移(ICT)效应的新型水溶性优化的次氯酸荧光探针3-(2-氰基丙烯酸乙酯基)-4-羟基-N-正丙基-1,8-萘酰亚胺(NAEC).添加次氯酸后,探针分子NAEC中的C=C双键被氧化,生成醛基,探针NAEC原有的ICT效应被破坏,产生荧光信号.经核磁、质谱、荧光发射光谱和UV-Vis吸收光谱对其结构和检测性能进行了研究.结果表明,在pH=7.4的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)/磷酸缓冲盐溶液(PBS)(V∶V=1∶19)缓冲体系中,探针NAEC可在10s内完成对次氯酸的检测,荧光分析检测限为2.4nmol/L,斯托克斯位移为100nm;探针NAEC显示出较强的抗干扰性,能在其他活性氧、小分子生物硫醇及常见阴离子等22种干扰物存在下完成次氯酸的专一检测.同时,该探针分子的膜透性与生物相容性良好,具备较好的活体内源性ClO-荧光成像能力,在生物检测及环境监控等领域具有良好的应用前景.     

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中,红光或近红外光发射的荧光探针又因其具有背景干扰小、穿透深度深、拉曼散射影响小等特点,而受到研究者的青睐。本综述重点回顾了近三年来文献中报道的性能优异、发射红光或近红外光信号的硫醇荧光探针,根据构成探针分子荧光团的种类不同而进行分类介绍,包括罗丹明类、二吡咯氟硼类、花菁类、天然色素类、给受体型共轭化合物和聚集诱导发光型化合物六类。本文主要从分子设计、荧光性质、识别机理和成像应用等方面对各种荧光探针进行综述,同时展望了长波长发射的硫醇荧光探针的应用前景及待解决的问题。     

基于硅杂蒽类染料的荧光探针及其应用

近年来,荧光成像技术为人们研究活体细胞及组织内的化学生物学过程提供了有效的研究工具,可以无损、实时、原位地以高时空分辨率实现对目标物进行生物荧光成像与分析。荧光成像技术在生物学、环境监测、临床诊断和药物发现等诸多研究领域发挥着越来越重要的作用。生物荧光成像技术的最新进展对发展新型小分子荧光染料及探针提出了更高的要求。激发和发射波长位于近红外光区（600~900 nm）的荧光染料及探针由于具有光毒性低、生物分子自发荧光干扰小、光散射低、组织穿透能力强等优点,非常适合用于生物荧光成像领域。通过将罗丹明分子中O桥原子用Si代替,得到了一类新型的探针分子--硅杂蒽类荧光探针。这类染料分子在保留了氧杂蒽荧光染料优越的光学性质的同时,光谱发生明显红移,满足了近红外荧光检测的要求,具有良好的生物相容性。本文综述了近年来基于硅杂蒽及其衍生物荧光探针的合成及在金属离子、pH值、小分子、生物酶等检测方面的研究进展,并且简要阐述了基于硅杂蒽类探针分子的识别检测机理以及其在生物成像等方面的应用。     

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。     

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.     

NaYF4∶Yb3+,Er3+@NaGdF4@TaOx多模态纳米探针的合成及其在生物成像中的应用

采用溶剂热法在稀土掺杂NaYF4∶Yb3+,Er3+上转换纳米粒子上包覆一层NaGdF4,再利用反相微乳液法在NaGdF4上覆盖一层TaOx,从而合成NaYF4∶Yb3+,Er3+@NaGdF4@TaOx核壳壳结构的纳米探针。使用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及X射线能量色散谱分析(EDS)对NaYF4∶Yb3+,Er3+@NaGdF4@TaOx纳米探针的结构和组成进行表征。并通过荧光光谱、磁滞回线以及电子计算机X射线横断扫描(CT)造影成像等方法对其性能进行了表征,证明该纳米探针具有良好的光学、磁学和CT造影特性。将NaYF4∶Yb3+,Er3+@NaG-dF4@TaOx纳米探针应用于小鼠活体成像实验,结果表明,这种纳米探针对小鼠肿瘤部位的磁共振成像(MRI)和CT信号均有较好的增强效果,表明其在多模态造影成像方面有潜在的应用前景。     

细胞内活性小分子近红外荧光成像探针

近年来,随着生命科学的不断发展,人们对细胞内活性小分子在病理、生理等方面的功能研究越来越深入。荧光成像作为一种直观、原位的可视化观测技术在小分子检测方面得到了广泛应用,其中基于近红外分子与纳米探针的荧光成像技术因具有背景干扰低、对细胞损伤小、样品穿透性强、检测灵敏度高等优点,显示了较好的应用前景。本文评述了近年来近红外荧光探针用于细胞内活性小分子成像检测的应用及进展,主要讨论该类方法在活性氧物质、金属离子、H+、阴离子及巯基化合物的分析应用,并对该方法的应用前景进行了展望。     

核磁共振-光学成像双模态探针研究进展

癌症是致人死亡的一大诱因,但癌症早期瘤体积微小,常规的身体检查和影像学检查难以发现。近年来,探针对癌症的精确检测能力被广泛关注。本综述就目前研究的超顺磁性氧化铁纳米颗粒、钆类螯合物或锰氧化物纳米颗粒作为核磁共振成像部分的MRI-OI双模态探针,对合成探针的所用材料进行了综述,并在一定程度上关注了探针的靶向性、成像能力等。目前,MRI-OI双模态探针的发展的难点在于所设计的大部分探针都具有一定的局限性,难以完全满足临床要求。     

单分子定位超分辨显微成像有机荧光探针的研究进展

在生物医学领域,对纳米尺寸级别的微小生物目标进行精确定位研究具有非常重要的意义,而光学显微成像技术为此提供了强有力的工具。 光学显微成像技术受到光学衍射极限的限制,难以分辨尺寸在衍射极限(<200 nm)以下的生物结构,无法直接获取微小生物结构信息,阻碍了生物医学的进一步发展。 近年来,随着纳米分辨显微成像技术的出现,新型荧光探针的开发、成像系统与设备的不断发展及成像算法不断完善地深入结合,促进了光学衍射极限以下尺寸微观目标的研究。 基于单分子定位的超分辨荧光显微成像(SMLM)包括光激活定位成像(PALM)与随机光学重构超分辨成像(STORM),将有机荧光探针与超分辨光学显微成像技术紧密结合在一起,荧光探针的光物理性质直接决定着超分辨成像结果的好坏。 因此,设计不同性能的荧光探针可以实现超精细结构的不同超分辨成像,为研究其生物学功能提供了有力的工具。 本文着重围绕基于SMLM的原理、有机荧光探针的设计要求、用于SMLM的荧光探针种类及其生物应用等方面进行总结综述,指出了单分子定位成像上存在的不足,并对其发展方向进行了展望,希望为对超分辨成像研究感兴趣或初涉该领域的研究者提供成像理论与探针设计方面的帮助。     

官能化罗丹明基金属阳离子荧光探针

重金属离子对环境和生物体具有极强的生理毒性,故高选择性和高灵敏度的离子检测荧光探针的研究有着重要意义。荧光分子探针在表达分子间识别行为以及复杂的环境、生命体系的内状态信息方面具有优异的性能,已广泛深入的用于构建新型功能性探针分子。本文综述了近年来基于罗丹明的金属阳离子如Hg₂₊、Cu₂₊、Fe₃₊等荧光分子探针的研究进展,包括探针的结构特征、检测机理、检测水平,更重要的是其在环境检测、生物成像、分子器件等方面的新应用,并对荧光探针所面临的问题和发展前景做了分析。     

手术导航用荧光探针

荧光成像技术因具有操作简便、分辨率高、安全性好且可实时成像等优势,在术中导航中具有广阔的应用前景.虽然目前还没有靶向荧光探针在临床上得到批准,但已经有相当一部分荧光探针进入了临床试验阶段.最早进入临床试验的是一些偶联肿瘤靶向配体的荧光染料,例如近红外菁染料(IRDye800CW)标记的肿瘤特异抗体,叶酸标记的异硫氰酸荧...