小分子荧光探针-河南师范大学
一种小分子荧光探针及其制备方法与应用与流程
一种小分子荧光探针及其制备方法与应用与流程
小分子荧光探针作为一种重要的生物分子探测工具，在生命科学领域中具有广泛的应用前景。
本文将介绍一种新型的小分子荧光探针及其制备方法与应用与流程。
首先，该小分子荧光探针的制备方法非常简单，只需要将荧光染料与一种特殊的载体分子结合即可。
这种载体分子具有良好的生物透性和生物相容性，可以在细胞膜上自发结合，并产生强烈的荧光信号。
其次，这种小分子荧光探针的应用范围非常广泛。
它可以用于细胞分子成像、酶活性检测、蛋白质定位等多种生物学实验中。
例如，它可以用于检测细胞内的一些生物活性分子的水平，如钙离子、离子基团、ATP等，具有高灵敏度和高分辨率。
最后，该小分子荧光探针的实验流程也非常简单。
只需将其加入到细胞培养液中，等待一定的反应时间，即可通过荧光显微镜或其他荧光成像仪器观察到荧光信号的强度和分布情况。
总之，该小分子荧光探针具有制备简单、应用广泛、实验流程简便等优点，将为生命科学研究提供更多的实验工具和方法。
同时，我们也期待该小分子荧光探针在其他领域中的应用，为相关领域的研究带来新的突破。
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小分子生物硫醇荧光探针研究进展
小分子生物硫醇荧光探针研究进展硫醇分子是一类含有硫原子的有机化合物，具有广泛的生物活性和生物学功能。
很多生物过程中都涉及到硫醇分子的参与，如蛋白质酶催化、细胞代谢和信号传递等。
因此，对硫醇分子的探测和定量分析在生命科学和医学等领域具有重要的意义。
近年来，小分子生物硫醇荧光探针的研究成为生命科学研究的热点之一。
目前，已经开发出了许多种基于荧光的小分子生物硫醇探针，这些探针具有结构简单、灵敏度高、特异性好等优点，可以用于检测生物样品中低浓度硫醇的存在。
下面将对小分子生物硫醇荧光探针的研究进展进行综述。
1. 分子设计策略小分子生物硫醇荧光探针的设计一般基于硫醇与探针之间的反应机理。
目前，单硫质量法和双硫质量法是较为常用的设计策略。
单硫质量法：探针分子中含有硫醇反应部位，硫醇与探针分子反应后形成稳定的荧光产物。
例如，采用NF-kB转录因子结构域中的保守半胱氨酸螯合靶点，结合染料模块得到SsnB探针。
SsnB通过对半胱氨酸的快速、可逆性荧光猝灭-荧光回复机制，完成对天然细胞内半胱氨酸的高灵敏度、高选择性成像。
双硫质量法：探针分子中含有两个硫醇反应部位，当硫醇与探针分子反应后形成荧光产物，这种方法可以减少假阳性反应。
例如，基于2,3-二环己烯-1,4-二硫醚（DCDHF）结构，可以得到一类荧光染料探针，可以针对硫代谷胱甘肽S-S键的断裂反应进行检测。
2. 探针类型小分子硫醇荧光探针的种类繁多，可以根据其化学结构、光学性质和生物应用等方面分为不同的类别。
（1）巴比妥酸探针：巴比妥酸基团在光激发下能够产生强烈的荧光信号，具有高的选择性和灵敏度检测半胱氨酸。
（2）环状亚油酰亚胺探针：环状亚油酰亚胺荧光探针是一种简单的硫醇探测分子，可以用于检测低浓度的半胱氨酸和谷胱甘肽，由于其荧光信号强度稳定、选择性好，尤其适用于检测天然生物中的硫醇。
（3）吲哚酮类探针：吲哚酮是一类常用的荧光染料，可以通过反应产生持久的差异荧光信号。
一种苯基哌嗪类α-肾上腺素能受体的小分子荧光探针及其应用[发明专利]
![一种苯基哌嗪类α-肾上腺素能受体的小分子荧光探针及其应用[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/bce5ff7f6bec0975f565e297.png)
专利名称：一种苯基哌嗪类α-肾上腺素能受体的小分子荧光探针及其应用
专利类型：发明专利
发明人：李敏勇,杜吕佩,李文华
申请号：CN201110101082.5
申请日：20110421
公开号：CN102277154A
公开日：
20111214
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种苯基哌嗪类α-肾上腺素能受体的小分子荧光探针及其应用。
其结构通式分别为(I)或(II)，式中：R为羟基、甲基、氨基、卤素的单取代基或多取代基，R、R为各种荧光团。
该类荧光探针分子可用来标记α-肾上腺素能受体，可作为工具药来研究α-肾上腺素能受体的药理学和生理学特征。
此外，该类化合物制备方法反应条件温和，原料便宜易得，操作及后处理简单。
申请人：山东大学
地址：250061 山东省济南市历下区经十路17923号
国籍：CN
代理机构：济南圣达知识产权代理有限公司
代理人：邓建国
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巯基小分子生物荧光探针的合成研究
了有 机巯 基 小 分 子 荧 光 探 针 的研 究现 状 ，同 时对 有 机 巯 基 小 检 测 ， ２ ０ ０ ８年 Ｐ ｉ ｒ ｅ ｓ 等 人基 于 二 硫 键 设计 合 成 了选 择 性识 别 巯
基 的荧光探针 ， 该探针本身无荧光， 当与巯基类物质反应后，
罗丹 明 １ １ ０的强 荧 光 结构 恢 复 ， 并被 成 功 用 于 Ｈｅ Ｌ ａ 细胞 共 聚
该类探针 主要分为两类 ： 第一类是为 Ｎ． 取代的马来酰 亚 提供 Ｃ ｕ ２ ＋ 结合位点的检测含巯基分子的荧光探针 ， 该探针与
胺 类 衍 生 物 荧 光探 针 ，主 要 是 利 用 巯基 对 缺 电子 双 键 进 行迈 Ｃ ｕ ２ ＋ 作用后， 荧 光 猝灭 ， 加 入 巯 基 分 子后 ， 由于Ｃ ｕ ２ ＋ 与 巯 基 的
１ ． ５ 基 于置 换 反 应检 测巯 基
１ 有机巯基小分子荧 光探针的研究现状
作 用 。近 年来 ，荧 光 分 析 法在 生物 巯 基 小 分 子 检 测 中 受到 人 们 的 极 大 关注 ， 按 荧光 探 针 与 巯 基 小分 子 的作 用机 理 不 同 ， 主 要 分 为 以下 几 大类 。
有机小分子荧光探针的研究1
PET识别分析物理论示意图
PET过程可以用前线轨道理论具体解释：当识别基 团不存在时，荧光团被光激发后，其最高占据轨道 （HOMO）的一个电子跃迁到最低空轨道（LUMO）,能 够产生荧光； 若外来识别基团的HOMO或LOMO轨道介于荧光团 两轨道能量之间，此时就可以发生识别基团与荧光团之间 的电子转移而导致荧光的猝灭。即PET过程阻止了荧光团 的一个电子从激发态到基态的非辐射跃迁途径，降低了荧 光团的量子产率，表现为荧光强度的减弱或淬灭。
4 激基缔合物/复合物（ excimer / exciplex ）
•
激基缔合物指一些荧光团在激发态与另一相同或不同的基态荧光 团接近时往往能生产激基缔合物（通过π-π堆积作用形成激基缔合物） 可观察到双重荧光。它的发射光谱不同于单体的荧光，新的荧光会产 生一定的红移，且出现强而宽的，无精细结构发射峰。这种作用本质 上是光致电荷转移作用，在两个相同的荧光分子之间形成激基缔合物 以及在两个完全不同的荧光分子之间形成激基复合物，可以用下式表 示： • A* + A A*-A ( excimer ) • A* + B A*-B ( exciplex )
分子内电荷转移是指分子在激发态时发生分 子内电子转移，造成正负电荷分离，形成分子电 荷转移态。分子内电荷转移荧光探针分子通常是 荧光团上同时连有推电子基团（电子给体，Donor） 和吸电子基团（电子受体，Acceptor）,通过π键提 供电子转移的通道，形成强的推-拉作用的共轭体 系，其吸电子基团或推电子基团本身充当识别基 团的一部分。当识别基团和被分析物结合后，作 为识别基团的供电子部分或拉电子部分的推拉电 能力发生的改变，整个体系的的π电子结构重新 分布，从而导致吸收光谱，发射光谱发生变化， 主要是光谱红移或蓝移 。
小分子荧光探针的设计和展望
荧光探针具有高灵敏性、选择专一性和操作简单等特点， 部分连接起来的重要部件，它影响着信号输出的情况。（３）识
目前已被广泛应用于化学、生物和环境科学等领域。荧光探针 别部分是荧光分子探针中最为重要的结构单元，它能够特异性
进行结构修饰，从而合成出各种功能迥异的荧光化合物。小分 者缺一不可，但其中起主导作用的是荧光报告部分和识别部
子荧光探针是所有荧光探针中应用最早和最广的一类。目前， 分，他们分别影响探针分子的敏锐度和特异选择性能。所以，
小分子荧光探针的应用已经覆盖到了金属离子、阴离子、核酸 在设计荧光探针化合物的时候最首要考虑的是探针分子的结构
从不同的角度出发可分成多种类别，根据荧光团发色机理的不 地结合客体或与之发生反应，引起探针分子的信号改变，从而
同，荧光探针可分为发光纳米探针、荧光蛋白探针和有机小分 子荧光探针［１］。有机小分子荧光探针因其分子量小，可灵活地
起到专一识别被检测物的作用。 荧光探针分子中，荧光报告部分、连接部分和识别部分三
基因、有机化 合 物、有 毒 有 害 物 质 的 检 测 及 药 物 研 发 等 方 面［２－４］。
为了推动小分子荧光探针的发展，帮助大家进一步了解该
是否完整，是否能够起到识别客体化合物的作用。
２ 小分子荧光探针的设计原理
类探针的设计要求，本文将集中介绍小分子荧光探针的构成、
荧光探针分子的设计原理主要有以下几类：反应型、置换
第 ４６卷第 １６期 ２０１８年 ８月
广 州 化 工 ＧｕａｎｇｚｈｏｕＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ
Ｖｏｌ４６Ｎｏ１６ Ａｕｇ２０１８
小分子g-四链体荧光探针
小分子g-四链体荧光探针小分子g-四链体荧光探针是一种新型的荧光探针，以其高灵敏度、高特异性和易于修饰等优点在生物检测领域受到广泛关注。
本文将详细介绍小分子g-四链体荧光探针的原理、应用以及未来发展前景。
一、小分子g-四链体荧光探针的原理g-四链体是一种具有特殊结构的核酸分子，由两个相互作用的DNA双链组成，形成一个稳定的发夹状结构。
在特定条件下，g-四链体可以猝灭荧光团，从而实现对生物小分子的灵敏检测。
小分子g-四链体荧光探针利用这一原理，通过设计特定的核酸序列，使荧光团与g-四链体结合，从而实现对目标分子的检测。
二、小分子g-四链体荧光探针的应用1.生物传感器：小分子g-四链体荧光探针可作为一种高灵敏度的生物传感器，用于检测各种生物小分子，如金属离子、氨基酸、核苷酸等。
2.疾病诊断：利用小分子g-四链体荧光探针的高特异性，可以用于疾病相关生物标志物的检测，为临床诊断提供便捷、灵敏的方法。
3.环境监测：小分子g-四链体荧光探针可用于环境中有害物质的检测，如重金属、农药等，为环境保护提供技术支持。
4.生物成像：小分子g-四链体荧光探针可以用于活体生物成像，实现对细胞、组织内部结构的实时观察。
三、未来发展前景1.探针优化：通过进一步优化核酸序列设计和荧光团的选择，提高小分子g-四链体荧光探针的灵敏度和特异性，使其在更广泛的生物检测领域得到应用。
2.多功能探针：开发具有多种功能的小分子g-四链体荧光探针，如信号放大、光激活、温度敏感等，以满足不同应用场景的需求。
3.生物传感器的集成：将小分子g-四链体荧光探针与其他生物传感器集成，构建高性能的生物检测平台，实现对多种目标分子的快速、准确检测。
4.临床应用：随着小分子g-四链体荧光探针技术的不断发展，其在临床诊断、治疗监测等方面的应用前景广阔。
总之，小分子g-四链体荧光探针作为一种新型生物检测方法，具有巨大的应用潜力。
通过对探针原理的深入研究和对检测技术的不断创新，小分子g-四链体荧光探针将在生物科学、医学、环境监测等领域发挥重要作用。
新型有机小分子在生化荧光探针中的应用
新型有机小分子在生化荧光探针中的应用有机小分子是广泛应用于各种生物领域的一种化学物质，具有一定的生物活性和分子识别能力。
在生化荧光探针中，有机小分子可以作为荧光染料，与生物分子结合形成复合物，发挥荧光作用，从而完成生物分子的检测和定量分析。
新型有机小分子作为荧光探针在生物学、医学等领域的应用越来越广泛。
一、有机小分子在生化荧光探针中的优势1. 可控性好有机小分子的结构可以通过化学合成进行精细调控，具有较强的可控性。
通过调整有机小分子的化学结构和配位基团，可以使其与特定的生物分子发生选择性、高亲和力的相互作用。
2. 易于标记与蛋白质、核酸等大分子相比，有机小分子具有相对较小的分子量，因此易于标记。
将有机小分子与荧光基团结合后，可以通过荧光显微镜等手段直接观察其与生物分子的相互作用。
3. 光学性质优异有机小分子的光学性质在一定程度上决定了其作为荧光探针的使用效果。
一些新型有机小分子具有较高的荧光量子产率、良好的荧光稳定性和响应速度，可以用于高灵敏度、高选择性的生物分子检测。
二、新型有机小分子的应用前景1. 荧光探针新型有机小分子作为荧光探针，在生物分子的检测和定量分析上具有广泛的应用前景。
例如，近年来研究人员发现了一类新型的有机小分子，称为悠闲蓝（leisure blue），具有发射波长可调、荧光强度高、环境敏感等特点。
悠闲蓝可以用于活细胞荧光成像和标记蛋白质等生物分子，具有广泛的应用前景。
2. 生化传感器新型有机小分子还可以作为生化传感器应用于生物分子的检测等领域。
例如，近年来研究人员合成了一种新型的生化传感器，称为BTXB，可以检测细胞内钙离子浓度。
BTXB是一种由氮、硫、硒构成的有机小分子，具有高灵敏度、高选择性和长时间稳定性的特点，可以用于生物医学研究和药物开发。
三、新型有机小分子的合成方法要合成具有一定生物活性和分子识别能力的有机小分子，需要进行精细的化学合成。
近年来，研究人员提出了一系列新型有机小分子的合成方法，以满足生化荧光探针等需要。
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二、小分子荧光探针研究进展
成像缺陷解决办法二：反斯托克斯发光、多光子荧光 过去20年间，以近红外光源作为激发光，来获得可见区的荧光发射， 由此发展出来的双光子成像技术已经成为崭新的医学成像手段。
灵敏度高 更深层次的组织成像 更高的分辨率
可长时间观测
Bong Rae Cho. Chem. Rev. 2015, 115, 5014−5055
二、小分子荧光探针研究进展
2000年前后（以染料为角度的发展）
针对为何被测物的识别能够调控染料的荧光，人们做了大量工
作进行机理研究： 光致电子转移 PET (Photoinduced electron transfer)
光诱导电荷转移 PCT (Photoinduced charge transfer)
二、小分子荧光探针研究进展
荧光成像（至今） 荧光 探针
体外检测
体内监控
环境问题
细胞成像
深层组织成像 活体成像
感谢湖南大学俞汝勤院士、张晓兵教授团队
感谢河南师范大学化学化工学院
感谢河南省化学会
感谢各位化学爱好者的参加，敬请批评指正
二、小分子荧光探针研究进展
成像缺陷解决办法一：常规斯托克斯发光、长波长（以菁类染料为代表）
改进罗丹明B
Yi-jun Gong. Chem. Sci. 2016, 7, 2275-2285
二、小分子荧光探针研究进展
成像缺陷解决办法一：常规斯托克斯发光、长波长（以菁类染料为代表）
Yi-jun Gong. Chem. Sci. 2016, 7, 2275-2285
汇报提纲
1. 研究背景
2. 小分子荧光探针研究进展
以染料为角度
以成像应用为角度 3. 致谢
二、小分子荧光探针研究进展
20世纪90年代（起源）
合成化学家们通过 合成凹凸型结构进 行超分子识别 引入一个明确的、可感 知或可测的特性：荧光 （原位实时检测、灵敏 度高、仪器相对便宜）
看不见 摸不着 测不到
荧光信号
荧光识别体系结构:超分子化学-分子识别
荧光识别体系优点：分析速度快，可实现原位、实时检测 可用于成像研究
研究思路：构建以有机小分子荧光染料为基础的荧光探针，对环 境和生物相关的关键被分析对象进行高选择性、高灵敏度和高分 辨率的检测，将有助于监控环境污染，揭秘生命本质和疾病的早 期诊断和治疗。
二、小分子荧光探针研究进展
罗丹明（2005……）
金属 离子
阴离子
小分子
pH值
二、小分子荧光探针研究进展
优点：灵敏度高、选择性好、浓度梯度成像 缺点：单发射增强型 Yi-jun Gong. Analyst, 2012, 137, 932-938
二、小分子荧光探针研究进展
优点：双发射比例型 缺点：灵敏度选择性不理想、不可期因素较多 Yi-jun Gong. Anal. Chem. 2012, 84, 10777-10784
二、小分子荧光探针研究进展
2000年前后（以成像为角度的发展）
必须使用造影剂， 极少具有靶向性 分子成像，可直接检测细胞或单分 子水平上的生理过程，更具备潜力 。然而真正灵敏度高和靶向性的
医学成像技术： X-ray Radiography Computed Tomography Positron Emission Tomography Magnetic Resonance Imaging Ultrasonography Optical Imaging
N B R5 F F
N
4
HO
O
O
R2R1N
O
NR1R2
Cl N N
COOH
COOH
二、小分子荧光探针研究进展
罗丹明（2005……）
酰胺，螺环
罗丹明酰胺螺环荧光 检测平台获得了近乎 疯狂的发展： 增强型、 背景低、 易于开展、 易于交叉应用
Anthony W. Czarnik. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7386-7387
二、小分子荧光探针研究进展
罗丹明（至今）
尽管，属于罗丹明小分子探针的辉煌已经过去 但是，以我个人认为： 一些重要的金属离子未能突破（Mn2+，Tl+，Cd2+，碱金属，碱土金属等） 各类常见阴离子的检测几乎一直是空白 已有氯代磷酸二乙酯、光气、Cys等罗丹明探针的出现，那么，更多关系 人类生存和健康问题的被分析物可作为研究重点 与其它发光物质如有机染料、量子点、碳点、上转换材料等连接起来， 可望构建基于 FRET的比率型荧光探针；与其它功能化物质结合起来可构建 多功能化的检测平台 经典罗丹明的光物化性质非常优秀，唯独发射波长位于可见区，并不能 很适合生物成像，因此，改善这一条性质是一个兴趣点
小分子荧光探针的发展 之个人见解
河 南 师 范 大 学
化 学 化 工 学 院
龚毅君
汇报提纲
1. 研究背景
2. 小分子荧光探针研究进展
3. 致谢
一、研究背景
分析化学的一个研究目标
构建传感体系用于环境和生物体内的金属离子、阴离子、小分 子及其它分析对象的荧光检测
环境问题早已成为全球关注的热点
Hg2+、 Pb2+ 、 Cd2+等有毒金属离子对生态环境的破坏不可逆转
对于生命活动本质的探索与疾病的发生、发展来说，各类被
分析对象与之密切相关
Ca2+、Mn2+、OCl-、NO、H2O2、pH值、粘度等等
这些关键被分析对象的高选择、高灵敏检测具有重要的意义
研究背景
待测物
荧光识别体系是分析检测的有效工具
分子 识别 单元 信号 转换 单元 分子 识别 单元 信号 转换 单元
Computed Tomography 时空分辨率较差 放射性化合物的使用受限
Optical Imaging源自灵敏度高 靶向性好 对比度高（信背比）
二、小分子荧光探针研究进展
Optical Imaging：荧光成像
缺陷：（波长＜650 nm）
生理环境的自吸收和发射、光散射 组织渗透问题和活体成像问题
缔合物/复合物 （Excimer/Exciplex） 福斯特共振能量转移 FRET（Fö rster resonance energy
transfer）……
二、小分子荧光探针研究进展
具有不同特性的染料被不断应用起来：
α
8 7 6 5
1 O
O 3
2
R3
O N R2 O R1
R6
R7
R8
R1 R2 R3