荧光探针设计原理
荧光探针设计原理
荧光化学传感器是建立在光谱化学和化学波导与量测技术基础上的将分析对象的化学信息以荧光信号表达的传感装置。
其主要组成部件有三个（图L1） : :L识别结合基团（F ）,能选择性地与被分析物结合,并使传感器所处的化学环境发生改变。
这种结合可以通过配位键,氢键等作用实现。
2•信号报告基团（发色团f F）,把识别基团与被分析物结合引起的化学环境变化转变为容易观察到的输出信号。
信号报告基团起到了信息传输的作用,它把分子水平上发生的化学信息转换成能够为人感知（颜色变化）或仪器检测的信号（荧光等）。
3 •连接基团（S厂将信号报告基团和识别结合基团连接起来,根据设计的不同连接基团可有多种选择z—般用做连接基团的是亚甲基等短链烷基。
连接基团的合适与否将直接影响是否有输出信号的产生。
信号表达可以是荧光的增强或减弱、光谱的移动、荧光寿命的变化等。
图荧光探针的结构1.1.1荧光探针的一般设计原理（1）结合型荧光探针㈤sugnar space 囂船OutputAn alytesig nal图共价连接型荧光探针结合型荧光探针是利用化学共价键将识别基团和荧光基团连接起来的一类荧光探针，是比较常见的一类荧光探针。
该类探针通过对比加入分析物前后荧光强度的变化、光谱位置的移动或荧光寿命的改变等实现对分析物的检测。
在该类荧光化学传感器的设计中，必须充分考虑下列三个方面的因素。
（a ）受体分子的荧光基团设计、合成:考虑到用于复杂环境体系的荧光检测，要求荧光基团要有强的荧光（高荧光量子产率,有利于提高检测的灵敏性）,Stokes位移要大（可有效消除常规荧光化合物如荧光素等具有的自猝灭现象）,荧光发射最好要在长波长区（最好位于500 nm以上,可避免复杂体系的常位于短波长区的背景荧光的干扰,另外由于长波长区发射的荧光能量的降低可减少荧光漂白现象的发生而延长传感器的使用寿命）。
（b）受体分子的识别基团：受体分子的识别基团设计以软硬酸碱理论、配位作用以及超分子作用力（如氢键、范德华力等）作为理论指导z多选择含氮、硫、磷杂环化合物作为识别分子。
有机小分子的荧光探针设计与生物应用研究进展论文素材
有机小分子的荧光探针设计与生物应用研究进展论文素材有机小分子的荧光探针设计与生物应用研究进展引言：随着生命科学和医学研究的快速发展，荧光探针在生物分析、细胞成像和药物研发等领域起到了重要作用。
有机小分子的荧光探针由于其结构多样性和生物可利用性等特点，成为了近年来研究的热点之一。
本文将从荧光探针设计的原理、有机小分子的应用范围以及当前的研究进展三个方面进行论述。
一、荧光探针设计的原理荧光探针的设计目的在于通过特定的结构和性质，实现对目标生物分子的高选择性和高灵敏度检测。
其设计原理包括发光机制、结构优化和信号转导等方面。
1. 发光机制荧光探针的发光机制可以分为两大类：发射荧光和非线性光学效应。
发射荧光是指在激发态和基态之间跃迁发光的过程，其机理可以通过调控分子内外电荷转移和共轭结构等因素实现。
非线性光学效应则包括二次谐波产生、光学放大和光学闪烁等现象，可以通过调控分子的非共轭共轭体系和离域电子等实现。
2. 结构优化为了提高荧光探针的性能，需要对其结构进行优化。
结构优化的关键是保持探针与目标生物分子的相互作用，并且不影响探针的稳定性和溶解度。
常见的结构优化策略包括引入荧光基团、修饰官能团和构建分子探针体系等。
3. 信号转导荧光探针的信号转导是指探针信号与目标生物分子的相互作用转化成可测量的信号。
常见的信号转导方式包括荧光增强、荧光猝灭、荧光颜色变化和荧光光谱变化等。
通过合理设计信号转导方式，可以实现对目标生物分子的定量检测和高灵敏度成像。
二、有机小分子的应用范围有机小分子的荧光探针具有结构多样性和生物可利用性的特点，因此在生物应用方面具有广泛的应用范围。
下面将重点介绍其在生物分析、细胞成像和药物研发中的应用。
1. 生物分析有机小分子的荧光探针在生物分析领域中有着重要的应用，可以实现对蛋白质、核酸和糖类等生物分子的检测。
通过调控探针与目标生物分子的相互作用，可以实现对生物分子的高选择性和高灵敏度的检测。
荧光探针技术原理及应用
荧光探针技术原理及应用荧光探针技术是一种在生物、医学、环境等领域中广泛应用的分析技术，其原理是利用特定荧光物质（荧光探针）对目标物进行特异性的识别和检测。
荧光探针技术的原理主要包括激发、激发态寿命和荧光发射三个基本过程。
首先，通过合适的激发源，荧光探针被激发到激发态，从而产生激发态寿命。
接着，部分激发态的荧光探针经历非辐射转移回到基态，这个过程称为非辐射损失。
最后，剩余的激发态荧光探针会通过放射转移激发态能量，在发射光子过程中产生荧光。
荧光探针技术的应用非常广泛。
在生物学领域，荧光探针技术可用于细胞成像、分子诊断、蛋白质研究等方面。
例如，在细胞成像中，可以通过给目标物标记荧光探针来实现对细胞、细胞器以及生物分子的实时可视化；在分子诊断中，可以通过标记特定的荧光探针来检测特定的基因突变、DNA合成以及蛋白质表达水平等。
此外，荧光探针技术也被广泛应用于药物筛选、生物传感器、基因芯片等领域。
荧光探针技术的应用还扩展到医学领域。
例如，在肿瘤诊断与治疗中，可以设计特定的荧光探针来检测和定位肿瘤细胞，实现早期诊断和精确治疗；在药物输送和释放研究中，荧光探针可以作为载药系统的标记，用于追踪药物的分布和释放过程。
在环境领域，荧光探针技术可以用于监测和分析水体、土壤和大气中的污染物。
例如，可以设计针对特定污染物的荧光探针，通过检测目标物的荧光强度变化或荧光光谱变化来实现对污染物的高灵敏度检测和定量分析。
随着荧光探针技术的不断发展，也出现了许多新的应用领域。
例如，荧光探针技术可以应用于纳米材料表面的检测和修饰，用于纳米材料的生物传感、药物传递等方面；荧光探针技术还可以与其他分析技术相结合，例如质谱、红外光谱等，实现更加灵敏和准确的分析。
总的来说，荧光探针技术以其高灵敏度、高选择性和实时可视化的特点，在生物、医学、环境等领域发挥着重要的作用。
随着技术的不断发展和创新，相信荧光探针技术在更多领域中将发挥更大的应用潜力。
荧光探针设计机理及发展方向
荧光探针设计机理及发展方向荧光探针是一种能够通过光激发产生荧光信号的分子或纳米结构，被广泛应用于生物检测、环境监测、化学分析等领域。
荧光探针的设计机理和未来发展方向是本文将探讨的主题。
一、荧光探针的设计机理1.荧光分子荧光分子是荧光探针的基础，其设计原理主要基于分子的吸收光谱和发射光谱。
在受到光激发后，分子会从基态跃迁到激发态，当其返回到基态时，会以释放光子的形式释放出能量。
不同结构的荧光分子具有不同的吸收和发射光谱，因此可以根据需要选择特定的荧光分子作为探针。
2.荧光纳米结构荧光纳米结构是利用纳米材料制作而成的探针，具有高灵敏度、高分辨率和高稳定性等优点。
荧光纳米结构的设计原理主要基于量子点、量子阱等纳米材料的特殊光电性质。
通过调节纳米材料的尺寸和组成，可以改变其吸收和发射光谱，实现特定的检测目标。
二、荧光探针的发展方向1.高灵敏度与高特异性提高荧光探针的灵敏度和特异性是未来发展的重要方向。
高灵敏度的荧光探针可以检测到低浓度的目标物质，提高检测的准确性和可靠性；高特异性的荧光探针可以区分不同的目标物质，防止误判。
2.多功能化与集成化多功能化与集成化是荧光探针的另一个发展方向。
多功能化的荧光探针可以在同一时间内检测多种目标物质，提高检测效率；集成化的荧光探针可以将检测和信号转换器件集成在一起，实现便携式和实时检测。
3.生物相容性与无损检测生物相容性和无损检测是荧光探针的重要发展方向。
生物相容性的荧光探针可以应用于活体检测，实现对生物体内生理参数的实时监测；无损检测的荧光探针可以在不损害样品的情况下进行检测，适用于医学、文物等领域。
4.智能化与自动化智能化与自动化是荧光探针的未来发展趋势。
智能化的荧光探针可以通过计算机控制实现自动化检测，提高检测效率；自动化的荧光探针可以通过机器人技术实现样品自动采集和处理，减少人为误差。
三、总结荧光探针作为一种重要的分析工具，在生物医学、环境监测、化学分析等领域发挥着重要作用。
荧光探针的设计与应用
荧光探针的设计与应用荧光探针是一种基于荧光原理的化学分析工具，广泛应用于生物医学、环境监测、食品安全等领域。
本文将介绍荧光探针的设计原理及其在不同领域中的应用。
一、荧光探针的设计原理荧光探针的设计要考虑到其结构与性能之间的关系。
通常，荧光探针由荧光基团和识别基团组成。
荧光基团是探针的发光中心，可以通过能量传递或电荷转移机制转换为荧光信号。
识别基团则是根据目标分子的特异性与之发生特定的相互作用，从而实现对目标分子的检测和测量。
荧光探针的设计过程需要深入了解目标分子的特性，并且通过合适的化学修饰来实现与目标分子的选择性结合。
二、荧光探针在生物医学中的应用1. 生物分子检测：荧光探针可以用于检测生物分子，如DNA、RNA和蛋白质等。
通过荧光探针与目标生物分子的特异性相互作用，可以实现生物分子的定量和定位分析，为疾病的诊断和治疗提供重要依据。
2. 细胞成像：荧光探针可被用于细胞成像，实现对细胞内特定生物分子的实时监测。
通过合理设计荧光探针的结构，可以实现对亚细胞结构和生物活动的高分辨率成像，为细胞生物学研究提供了有力工具。
3. 肿瘤生物标志物检测：荧光探针可以选择性地与肿瘤相关的生物标志物结合，从而实现肿瘤的早期诊断和治疗。
这对于提高肿瘤治疗效果和降低治疗副作用具有重要意义。
三、荧光探针在环境监测中的应用1. 水质污染检测：荧光探针可以用于检测水体中的有害物质，如重金属离子、有机污染物等。
通过荧光探针与目标物质之间的特异性相互作用，可以实现对水质污染状况的准确监测和评估。
2. 大气污染监测：荧光探针可以用于大气中有害气体的检测，如二氧化硫、甲醛等。
通过对荧光探针与目标气体反应后荧光信号的变化进行测量，可以实现对大气污染源的定量分析和排放监控。
四、荧光探针在食品安全中的应用1. 农药残留检测：荧光探针可以用于检测食品中的农药残留。
通过荧光探针与目标农药残留之间的特异性相互作用，可以实现对食品中农药残留水平的快速检测和准确分析。
荧光探针原理
荧光探针原理引言：荧光探针是一种被广泛应用于生物科学研究中的工具，它通过发射荧光信号来检测和定量分析生物分子的存在和活动。
荧光探针原理的理解对于正确应用和解读荧光实验结果至关重要。
本文将详细介绍荧光探针的工作原理及其在生物科学研究中的应用。
一、荧光的基本原理荧光是一种当物质受到激发后发出的可见光。
荧光现象的产生涉及到分子的能级跃迁过程。
当物质受到激发后，其内部的电子从基态跃迁到激发态。
随后，电子会通过非辐射跃迁回到低能级的激发态，释放出能量，产生荧光信号。
荧光信号的特征是具有一定的波长和强度。
二、荧光探针的构成荧光探针通常由两部分组成：荧光染料和连接基团。
荧光染料是荧光探针的核心组成部分，它能够吸收外界的激发光，并发射荧光信号。
连接基团则是将荧光染料固定在生物分子上的部分，使荧光染料能够与目标生物分子结合。
三、荧光探针的工作原理荧光探针的工作原理是基于荧光共振能量转移（FRET）现象。
FRET 是一种非辐射能量传递的过程，它能够在两个相互靠近的荧光染料之间传递能量。
在荧光探针中，荧光染料通常被设计成能够与目标生物分子结合，并被定位在目标分子的近旁。
当目标分子与荧光探针结合时，能量传递发生，导致荧光信号的发射强度发生变化。
通过测量荧光信号的强度变化，可以获得目标分子的定量信息。
四、荧光探针在生物科学研究中的应用荧光探针在生物科学研究中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 细胞成像：荧光探针可以标记细胞中的特定蛋白质或分子，从而实现对细胞的可视化观察和研究。
通过荧光探针，研究人员可以观察细胞内分子的分布、定位和相互作用等信息。
2. 蛋白质相互作用研究：荧光探针可以标记两个相互作用的蛋白质，通过检测荧光信号的强度变化，可以判断蛋白质之间的相互作用程度和动力学特性。
3. DNA和RNA分析：荧光探针可以与DNA或RNA结合，用于检测和定量分析DNA或RNA的存在和活动。
例如，荧光探针可以用于检测DNA的扩增反应、基因突变和序列特异性等。
荧光探针的设计与应用实例
荧光探针的设计与应用实例荧光探针是一种用于检测、分析和监测生物分子、细胞和生物系统的工具。
它通过与目标分子产生特异性的相互作用，从而发生荧光信号的变化，进而实现对目标分子的定量或定性分析。
本文将介绍荧光探针的设计原理、常用的结构和应用实例。
一、荧光探针的设计原理荧光探针的设计基于分子间相互作用的原理。
通过选择合适的探针靶点和配体分子，可以实现对目标分子的高灵敏度和高选择性的检测。
常见的荧光探针设计原理包括荧光共振能量转移（FRET）原理、静态猝灭原理、电子转移原理等。
1. 荧光共振能量转移（FRET）原理FRET原理基于荧光分子间的能量传递。
当一个荧光分子（供体）与另一个荧光分子（受体）靠近并形成复合物时，供体吸收的能量可以通过非辐射的能量传递方式传递给受体，受体则通过辐射发出新的荧光信号。
FRET原理被广泛应用于蛋白质相互作用、细胞信号通路的研究中。
2. 静态猝灭原理静态猝灭是指非辐射能量转移导致荧光信号的猝灭。
当荧光探针与某种化学物质或生物分子结合时，它们之间的相互作用可以导致荧光信号的猝灭。
通过测量荧光信号的强度变化，可以得到目标分子的信息，如浓度、活性等。
3. 电子转移原理电子转移是指荧光分子和化学物质之间的电子转移过程。
当荧光探针与目标分子发生电子转移时，荧光信号的强度或波长会发生变化。
电子转移原理广泛应用于氧气、离子和分子的检测与测量中。
二、常用的荧光探针结构荧光探针的结构多种多样，常见的有有机染料、量子点、荧光蛋白和纳米粒子等。
不同的结构具有不同的荧光性质和应用特点。
1. 有机染料有机染料是最常用的荧光探针之一。
它们具有较高的荧光量子产率、较长的激发和发射波长范围以及较好的溶解性。
例如，吲哚染料家族是一类常用的有机染料，其结构简单、合成方法成熟，可用于蛋白质的荧光标记和细胞成像等应用。
2. 量子点量子点是一种具有特殊电子结构的纳米材料。
它们具有优异的荧光特性，如窄的光谱带宽、高亮度、抗光照衰减等。
荧光探针原理
荧光探针原理荧光探针是一种能够通过发射荧光信号来检测特定物质的工具，它在生物医学、环境监测、食品安全等领域有着广泛的应用。
荧光探针原理是指荧光探针分子与被检测物质相互作用后发生荧光信号的基本原理，下面将对荧光探针的原理进行详细介绍。
首先，荧光探针原理的核心是荧光分子的特性。
荧光分子是一类能够吸收特定波长的光能并在短时间内重新辐射出较长波长光的分子。
当荧光分子与被检测物质结合时，会发生构象变化或电荷转移等过程，导致荧光分子的荧光特性发生改变，从而产生荧光信号。
这种荧光信号的产生是荧光探针原理的基础。
其次，荧光探针原理的实现依赖于荧光探针分子与被检测物质的特异性相互作用。
荧光探针分子通常通过化学手段设计合成，具有特异性的结构和功能基团，能够与目标物质特异性地结合并产生荧光信号。
这种特异性相互作用是荧光探针原理能够实现目标检测的关键。
另外，荧光探针原理还包括荧光信号的检测与分析。
荧光信号的检测通常通过荧光光谱仪等设备进行，利用荧光分子在特定波长下的激发和发射特性来检测目标物质的存在和浓度。
同时，对荧光信号的分析也需要结合实际应用需求，通过建立荧光信号与被检测物质浓度之间的定量关系，实现对目标物质的准确检测与分析。
最后，荧光探针原理的应用具有广泛的前景。
随着生物医学、环境监测、食品安全等领域对快速、灵敏、特异的检测需求不断增加，荧光探针原理作为一种高效、可靠的检测手段将得到更广泛的应用。
同时，随着荧光探针分子设计合成技术的不断发展，将有更多新型荧光探针分子应用于实际检测中，为各个领域的检测与分析提供更多选择。
总之，荧光探针原理作为一种重要的检测手段，具有独特的优势和广阔的应用前景。
通过对荧光分子的特性、荧光探针分子与被检测物质的特异性相互作用、荧光信号的检测与分析以及应用前景的分析，可以更好地理解荧光探针原理的基本原理和意义，为其在实际应用中发挥更大的作用提供理论支持和技术指导。
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荧光化学传感器是建立在光谱化学和化学波导与量测技术基础上的将分析对象的化学信息以荧光信号表达的传感装置。
其主要组成部件有三个(图 1.1)：1．识别结合基团(R),能选择性地与被分析物结合,并使传感器所处的化学环境发生改变。
这种结合可以通过配位键，氢键等作用实现。
２．信号报告基团(发色团, F），把识别基团与被分析物结合引起的化学环境变化转变为容易观察到的输出信号。
信号报告基团起到了信息传输的作用，它把分子水平上发生的化学信息转换成能够为人感知(颜色变化)或仪器检测的信号（荧光等)。
3.连接基团(S),将信号报告基团和识别结合基团连接起来,根据设计的不同连接基团可有多种选择，一般用做连接基团的是亚甲基等短链烷基。
连接基团的合适与否将直接影响是否有输出信号的产生。
信号表达可以是荧光的增强或减弱、光谱的移动、荧光寿命的变化等。
图1．1 荧光探针的结构1.1.1 荧光探针的一般设计原理(1) 结合型荧光探针[２1］+Analyte Signalling subunit Space Binding subunit Outputsignal图1．２ 共价连接型荧光探针结合型荧光探针是利用化学共价键将识别基团和荧光基团连接起来的一类荧光探针,是比较常见的一类荧光探针。
该类探针通过对比加入分析物前后荧光强度的变化、光谱位置的移动或荧光寿命的改变等实现对分析物的检测。
在该类荧光化学传感器的设计中,必须充分考虑下列三个方面的因素。
(ａ） 受体分子的荧光基团设计、合成:考虑到用于复杂环境体系的荧光检测，要求荧光基团要有强的荧光（高荧光量子产率，有利于提高检测的灵敏性）,Ｓｔｏｋｅs 位移要大（可有效消除常规荧光化合物如荧光素等具有的自猝灭现象)，荧光发射最好要在长波长区(最好位于5０0 nm 以上，可避免复杂体系的常位于短波长区的背景荧光的干扰,另外由于长波长区发射的荧光能量的降低可减少荧光漂白现象的发生而延长传感器的使用寿命）。
(b) 受体分子的识别基团：受体分子的识别基团设计以软硬酸碱理论、配位作用以及超分子作用力(如氢键、范德华力等）作为理论指导,多选择含氮、硫、磷杂环化合物作为识别分子。
(ｃ) 荧光超分子受体的组装:组装荧光超分子受体就是利用一个连接基将识别基团和荧光基团通过共价键连接在一起,要充分考虑到识别基团和荧光基团之间能通过连接基进行信号传递,对识别对象的识别信息(如荧光的增强或减弱、光谱的移动、荧光寿命的变化等）可以及时传递出去。
NN N1图1.3 共价连接型锌离子荧光探针De Siｌｖａ在199７年报道的化合物１[22]是一个典型的共价连接法设计的荧光探针。
它分别以有优良光学性质的蒽作为荧光基团,以对Zｎ２+有特异性识别的基团双( 2-吡啶甲基)氨(ＤPA)为识别基团，通过亚甲基将识别基团和荧光报告基团连接在一起。
通过对比加锌前后荧光强度的不同实现了对锌离子的检测。
（２）置换型荧光探针图1.４置换型荧光探针利用该方法设计的荧光探针是通过识别基团分别与荧光指示剂和被分析物结合能力的强弱来实现对被分析物的检测。
该类传感器对识别基团和荧光指示剂的要求都比较高,既要选择能和识别基团结合但结合能力又不是特别强的荧光指示剂,又要设计对被分析物能特异识别的识别基团。
该类设计方法多用于阴离子传感器的设计。
20０2 年，Kｉｍ小组[2３］设计了邻苯二酚紫作为荧光指示剂,双锌配合物为HＰO４2－识别基团，并将二者自组装成化合物２，用于中性条件下水溶液中HPO4２-的检测。
加入识别客体HＰＯ42-后,由于HPO42-与双锌配位能力强于邻苯二酚紫,从而把邻苯二酚紫挤开，使之进入溶液，表现为其原来颜色。
在识别过程中,溶液颜色从蓝色变为黄色,常见的Ac－、CO32-、NO3-、N３-、ＣlＯ４-、Ｓ2－、F －、Cl-、Bｒ－都不影响HPO42-的检测，表现出较好的选择性。
图1.5 置换型HPＯ42-化学传感器(3)化学计量型荧光探针（cheｍodoｓiｍeter）化学计量型荧光探针分子是利用探针分子与识别客体之间特异不可逆的化学反应前后产生荧光信号的不同而对分析对象进行检测的一类探针[24］。
主要包括两种类型:一类是目标离子和探针分子发生化学反应后仍旧通过共价键相连接：另一类是目标离子催化了一个化学反应（图1.6)。
图１.6化学计量法的两种类型一般而言,化学计量型荧光探针分子都具有专一性和不可逆性。
尽管这类探针已有不少报道,但由于设计较为困难和反应不够灵敏等缺陷而进展较为缓慢。
34图1.7 氨基酸荧光分子探针Kim和Hoｎg等[２5]设计的识别半胱氨酸及高半胱氨酸的荧光分子探针3,属于第一种类型。
他们利用半胱氨酸及高半胱氨酸与醛生成五元噻唑环或六元噻嗪环的特异反应以及反应前后化合物3和4荧光性质的显著差异实现了对半胱氨酸及高半胱氨酸的高选择性检测。
化合物５[26]是较早应用化学反应原理实现检测客体的荧光探针,属于第二种类型。
化合物５的乙腈溶液中加入汞离子后荧光显著增强(3４倍)并红移,进一步用质谱检测发现生成了脱硫产物6。
56图1.8 基于汞脱硫原理的汞离子荧光探针1.１.2 荧光分子探针的响应机理目前，荧光分子探针的响应机理主要有以下几种：光致电子转移(PEＴ，pｈoｔo－induced electrｏnｔransfer）、分子内电荷转移(ICT, inｔｒamolecｕlａrｃharge trａnsfｅr）、荧光共振能量转移(FRＥT, flｕｏreｓｃencｅresoｎaｎｃｅeneｒgy tｒａnsfer）等。
（1) 光诱导电子转移原理(PＥT）光致电子转移是指电子给体或电子受体受光激发后,激发态的电子给体与电子受体之间发生电子转移的过程。
典型的光致电子转移荧光探针体系是由具有电子给予能力的识别基团R通过连接基团S和荧光基团相连组成的功能分子。
一般情况下,荧光分子探针的识别基团是电子给体，荧光基团是电子受体，并且通常情况下多采用含有氨基的基团作为识别基团。
具体ＰET工作过程如下：在识别基团与待测物种结合之前，当荧光基团受激发，具有给电子能力的识别基团能够使其处于最高占据轨道的电子转入激发态荧光团因电子激发而空出的电子轨道，使被光激发的电子无法直接跃迁到原基态轨道发射荧光，导致荧光基团的荧光猝灭。
而识别基团与待测物种结合之后,由于降低了识别基团的给电子能力，光致电子转移过程被减弱或者不再发生，荧光基团的荧光发射得到恢复（如图1.9)。
hh图１．９荧光分子光致电子转移的“开”“光”过程示意图。
由于与待测物种结合前后的荧光强度差别很大，呈现明显的“关”、“开”状态，因此这类荧光分子探针又被称为荧光分子开关。
ＰET荧光分子探针的作用机制可由前线轨道理论[２]来进一步说明（见图1.10)。
从图可以看出，识别基团处于自由态时，其HＯMO轨道上的电子可以向荧光基团的HOＭO轨道上转移,致使荧光基团被激发到LUMO上的激发态电子不能返回基态而难以产生荧光，此过程对应于发生PET现象。
在识别基团与待测物种结合后,识别基团上的HOMO电子已无法转移到荧光基团的ＨＯMO轨道上，使PET过程无法进行,这时荧光基团的激发态电子可以返回基态，产生荧光。
由此可见,利用识别基团对ＰEＴ过程的控制可以实现对体系荧光发射状态的调控。
荧光团结合受体前荧光团结合受体后图1.10 光致电子转移机制机制的前线轨道理论解释。
化合物１是一个非常典型的PET机理荧光增强型的例子。
锌离子不存在时，由于识别基团中氮原子上的孤对电子能够在荧光基团受激发态时占据激发态荧光团因电子激发而空出的电子轨道，使被光激发的电子无法直接跃迁到原基态轨道发射荧光,导致荧光基团的荧光猝灭,即发生了光致电子转移(PET）。
当Ｚｎ2＋存在时，Zn2+离子与两个吡啶氮及氨基配位,束缚了氮上的孤对电子,使发生在氮原子和荧光团之间的PＥＴ过程被禁阻,荧光强度大幅度增强．实验结果也证实了此过程。
在乙腈溶液中，加入Zn2＋离子之前,化合物1的荧光量子产率仅为0.０１;加入Zn2+离子之后，它的荧光量子产率为０.７7,荧光增强了７7 倍。
(2）分子内电荷转移( ＩCT )机理分子内电荷转移荧光探针分子通常由富电子基团（电子给体）和缺电子基团（电子受体)共轭相连，形成推－拉作用的共轭体系，没有ＰEＴ探针分子那样明显的连接基。
也就是说荧光团Ｆ和受体Ｒ通常融合在一起,识别过程二者同时参与。
当受体结合被分析物后，作为受体的供电子部分或拉电子部分的供拉电子能力被改变,整个共轭体系的电荷重新分布，荧光团的推－拉作用被抑制或强化，进而导致吸收光谱、激发光谱以致发射光谱发生红移或蓝移（如图1.１1）［2７］。
化合物7[2８]两端分别含有羰基、苯并噻唑两个强拉电子基和两个氨基强供电子基团,激态时荧光团能够有效地实现了从供体到受体的整个体系电荷分离,是典型的ICT机理的荧光分子探针。
当汞离子存在时,四氨基识别基团捕获Hg2+离子, 6,7位氮的供电子能力大大减弱，减弱了整个体系电荷分离程度，引起吸收波谱和荧光光谱分别蓝移了60ｎm 和92 nm ，荧光颜色由蓝色变为黄色,同时实现了比色及比率型Hg2＋离子的检测。
移动示意图87图1．1２具有D-Ａ结构的IＣT汞离子荧光探针(3) 荧光共振能量转移(ＦRET)机理荧光共振能量转移是指当一对合适的能量给体分子（Donor)和受体分子(A ｃｃe ｐt ｏr)相距一定距离（一般为2-５ n ｍ),且给体的发射光谱与受体的吸收光谱能有效重叠时，处于激发态的给体将把一部分或全部能量转移给受体,使接受体被激发的过程。
受体可以是荧光物质也可以是只有吸收而没有发射的荧光猝灭剂。
根据Föｒs ｔe ｒ理论，共振能量转移效率可以用式 １.5 表示［2９］:6011⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=R R T φ （1.5）式中R 为两个荧光基团的距离，Ｒ０为För ｓte ｒ距离(供体-受体之间的临界转移距离）。
从这个方程可以看出,即使R 的微小变化都会导致能量转移的效率强烈改变[２４-26]。
910图１．13具有D-A 结构的ＦRET 汞离子分子荧光探针 利用FR ＥＴ效率对距离的强的依赖性,ＦＲET 广泛应用于蛋白质和核酸的结构及动力学研究、分子结合的测定等领域[３0]。
同样，能量共振转移原理也被用于荧光分子探针的设计。
20０4年，O ｎo 小组[31]设计了以荧光素为能量供体,以没有发射的荧光猝灭剂４－(4－二甲氨苯偶氮)苯甲酰基为受体,二者通过富含胸腺嘧啶的碱基连接在一起。
当加入汞离子之前，供体受体之间的距离较长,二者不会发生能量共振转移,只发射荧光素的荧光；当加入识别客体Hg2+后，含有多个T的碱基发生特异性分子识别,拉近了荧光素和4-(4-二甲氨苯偶氮)苯甲酰基间的距离，发生荧光素向4-(４-二甲氨苯偶氮)苯甲酰基的能量转移,从而猝灭荧光素的荧光。