小分子荧光探针简介-肖康
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。
- 1 -。
有机小分子探针
有机小分子探针黄美英 2014010714摘要细胞内生物活性化合物在细胞内作用靶点的确定是化学生物学和药物开发中的关键问题之一。
作为功能蛋白质组学中的一项重要技术, 小分子探针在确定生物活性化合物细胞内作用靶点的研究中扮演着举足轻重的角色。
PH值在生理及病理过程如受体介导的信号传导、酶活性、细胞生长和凋亡、离子运输和稳态调节、钙含量调节、细胞内吞作用、趋化作用、细胞粘附和肿瘤生长等过程中起到非常重要的作用。
本文介绍了几种小分子探针原理，技术和方法，并通过列举近年来该技术应用的成功示例进一步阐明小分子生物活性探针技术的应用原理和重要性。
关键词生物活性化合物；小分子探针；PH值；DNA探针技术一绪论荧光探针是化学传感技术领域在上个世纪八十年代的一项重大发现，目前己有愈来愈多的荧光探针应用于分子水平上进行实时检测。
荧光检测技术由于灵敏度高，操作简便，可视性强，且对细胞、生物体的损伤小，成为了用于临床分析、环境监测、生物分析及生命科学等领域不可缺少的检测工具[1]。
分子荧光探针的检测对象包括各种离子、小分子、自由基、多肽、酶，甚至还包括温度、极性、粘度等。
人们可以使用荧光显微镜、荧光光谱仪、流式细胞仪、荧光活体成像系统等仪器获取荧光探针检测的相关信息，借助荧光成像技术我们能够实时检测活细胞内分子或离子的浓度以及生物大分子结构的变化过程，也可以获得关于生物组织生理代谢过程的相关信息，还可以实现生物活体的荧光成像[2]。
另一方面研究者们能够根据需要设计合成出满足“特定要求”的探针分子，基于此，荧光探针和荧光检测技术在生命科学的发展中起到举足轻重的作用[3]。
通常一个光探针分子由荧光团（Fluorophore）和识别基团（Receptor）通过连接臂（Spacer）以共价键方式连接，荧光团作为信号转换器将识别行为转化为光信号，可以通过荧光的增强或淬灭乃至光谱位移的变化对分析物进行识别。
荧光探针分子具有非常大的可塑性和应用潜力，通过对有机分子结构进行巧妙设计和改造，就能够设计合成出满足各种需要的荧光探针。
常见的小分子荧光探针种类
常见的小分子荧光探针种类1.引言1.1 概述小分子荧光探针是一类被广泛应用于生物领域的化学工具，通过其具有的荧光性质，可以用于生物成像、药物传递、疾病诊断等方面。
小分子荧光探针具有分子结构简单、稳定性好、探测灵敏度高等特点，在生物学研究中起着重要的作用。
小分子荧光探针的种类繁多，根据其不同的结构和功能特点，可以分为许多不同的类别。
常见的小分子荧光探针包括有机荧光探针、金属配合物荧光探针、聚合物荧光探针等。
有机荧光探针是指由有机化合物构成的荧光探针，其分子结构多样，可以通过调整结构来实现特定的探测目标。
常见的有机荧光探针包括荧光染料、荧光蛋白等。
荧光染料具有较强的荧光强度和良好的化学稳定性，可以用于细胞成像、生物传感等领域。
荧光蛋白是一类来源于特定生物体的蛋白质，其具有自身天然的荧光性质，可以通过基因工程技术进行改造和调整，广泛应用于生物研究中。
金属配合物荧光探针是指由金属离子与配体形成的荧光探针，其具有较强的荧光性能和较长的寿命。
金属配合物荧光探针具有选择性较高的特点，可以用于特定金属离子的探测和诊断。
常见的金属配合物荧光探针包括铜离子、锌离子、铁离子等的配合物。
聚合物荧光探针是指由高分子聚合物构成的荧光探针，其具有较好的溶解性和稳定性。
聚合物荧光探针可以通过调整聚合物的结构和链长来实现特定的探测需求。
常见的聚合物荧光探针包括聚合物分子探针、聚合物纳米探针等。
总之，常见的小分子荧光探针种类繁多，具有不同的结构和功能特点，可以根据具体的研究需求选择适合的荧光探针进行应用。
这些小分子荧光探针为生物学研究提供了有力的工具，有助于深入理解生命的基本过程和疾病的发生机制。
未来，随着技术的不断发展和突破，相信小分子荧光探针在生物领域的应用会得到更广泛的推广和应用。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要围绕"常见的小分子荧光探针种类"展开讨论。
文章分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将进行概述、文章结构和目的的介绍。
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。
有机小分子荧光探针的研究
有机小分子荧光探针可用于化学计量 学分析，如光度法、光谱法等，有助 于化学分析的准确性和灵敏度提升。
化学反应监测
通过荧光探针标记，可以实时监测化 学反应的进程和产物，有助于化学反 应机理的研究和优化。
04
有机小分子荧光探针的未来发展
新材料与新性能的开发
新型荧光染料
01
研究开发具有优异荧光性能的新型荧光染料，以提高荧光探针
药物筛选
通过荧光探针标记，可以 追踪药物在体内的分布和 作用，有助于药物设计和 筛选。
生物分析
有机小分子荧光探针可用 于检测生物分子，如蛋白 质、核酸等，有助于生物 分析、诊断和疾病监测。
在环境监测领域的应用
污染物检测
有机小分子荧光探针可用 于检测水体、土壤等环境 中的有害物质，有助于环 境污染的监测和治理。
荧光探针的分类
根据响应性质
可分为化学和生物荧光探针。化学荧光探针主要响应化学刺激，如pH、离子、 氧化还原物质等；生物荧光探针主要响应生物分子，如蛋白质、核酸等。
根据应用领域
可分为生物医学荧光探针、化学荧光探针和环境荧光探针。生物医学荧光探针 用于生物体内和细胞水平的检测；化学荧光探针用于分析化学中的各种检测； 环境荧光探针用于环境监测和污染物检测。
详细描述
有机小分子荧光探针在生物体内的稳定性受到多种因素的影响，如pH值、温度、光照射等。这些因素可能导致 荧光探针的结构发生变化，从而影响其荧光性能和稳定性。为了解决这一问题，研究者们尝试通过改进荧光探针 的结构和合成方法，提高其在生物体内的稳定性。
选择性问题
总结词
选择性问题是荧光探针面临的另一个挑战，主要表现在荧光探针的选择性不高，容易与 其他物质发生交叉反应。
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
一、荧光探针的概念
荧光探针是指具有荧光特性的化合物，可以识别检测分子、离子、蛋白质等物质的存在及其转变过程。
二、小分子荧光探针的特征
小分子荧光探针具有分子量较小、渗透力强、对生物体不具有毒性等特征。
因此，适用于体内外任意位置的检测。
三、荧光探针的制备方法
1. 化学合成法
使用有机合成方法，根据所需反应方程式设计合成方案，制备出具有荧光特性的化合物。
2. 生物法
利用生物体内的生化反应生成荧光探针，如利用酶或基因编辑技术。
四、荧光探针的应用流程
1. 设计合成出具有荧光特性的化合物；
2. 确定荧光探针的荧光特性；
3. 进行生物学定位研究并确定探针使用的范围；
4. 进行控制实验、剂量等测试，为后续应用提供参考数据；
5. 应用荧光探针进行研究或诊断。
特异性的蛋白小分子荧光探针及其标记技术
特异性的蛋白小分子荧光探针及其标记技术
陈磊;姚祝军
【期刊名称】《生命科学》
【年(卷),期】2008(20)1
【摘要】活体蛋白荧光标记技术已经被广泛应用于蛋白质功能的可视化研究中。
荧光蛋白常被用来研究蛋白质在生物体内的表达和定位,但由于它本身体积比较大,
往往会影响目标蛋白的生物活性。
特异性的小分子荧光探针以其体积小、膜透性好、背景噪音低以及制备方便的优点成为蛋白质研究的一个有力工具。
本文将简要介绍近几年来各类特异性小分子蛋白荧光探针的研究进展。
【总页数】11页(P3-13)
【关键词】蛋白质;特异性标记;蛋白标记;小分子荧光探针
【作者】陈磊;姚祝军
【作者单位】中国科学院上海有机化学研究所生命有机化学国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】Q51
【相关文献】
1.小分子荧光探针在蛋白质标记与成像分析中的应用 [J], 何晶;石景;傅尧
2.SUMO特异性蛋白酶1的小分子抑制剂JK043的合成与生物学活性的初步研究[J], 陈颖毅;孙金铃;李帅;张健;吴英理
3.筛选人睾丸特异性含溴结构域蛋白(BRDT)的小分子抑制剂 [J], 高娜娜;侯丽;周
越;辛玲;杨朵;李娜;王慧萍
4.用于细胞和组织中弗林蛋白酶特异性成像的双光子荧光探针研究 [J], 刘红文;朱隆民;娄霄峰;袁林;张晓兵
5.热休克蛋白内质网亚型Grp94特异性荧光探针的设计、合成与应用 [J], 郭安平;姜奋;徐晓莉;尤启冬;李玉艳
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小分子荧光探针简介（一）
肖康
1
目录
一、发光原理及发光类型 二、常见的几种荧光机制 三、小分子荧光探针案例
2
一、发光原理及发光类型
3
一、什么是荧光及发光原理
一、发光 (Luminescence)
荧光 (Fluorescence) 磷光 (Phosphorescence) 化学发光 (chemiluminescence)
Excited
2、双光子发光
吸收两个光子，发射一个光子； 激发光波长大于发射光波长； 反Stokes定律，蓝移。
Ground
单光子
3、上转换发光
掺杂稀土离子的化合物中； 稀土金属独特光学性质； 反Stokes定律，蓝移。
双光子
上转换
5
双光子荧光探针（Two-photon）
昂贵的飞秒脉冲激光器
1、荧光 一种光致发光的冷光现象。 经入射光照射，外层电子从基 态跃迁到激发态，当恢复到基 态时能量已光能形式释放，成 为荧光。荧光寿命≤10-8s。 2、磷光 一种缓慢的光致发光的冷光现象。 磷光寿命≥10-8s。
3、化学发光
4
一、什么是荧光及发光原理
1、单光子发光
最常见的发光方式； 吸收一个光子，发射一个光子； 符合Stokes位移定律，红移； 激发光波长小于发射光波长。
aa
双光子荧光团
双光子：λex = 750 nm, band at 540 nm
c
d b
λex = 405 nm, λem = 540 nm 体外分析数据采用单光子测试
10
上转换发光材料（UCNPs）
迄今为止，上转换发光都发生在掺杂稀土离子的化合物中
11
上转换发光材料（UCNPs）
SiO2
NaYF4: Er, Yb
虚能级
需要很高激发光源强度和光子密度
1931 年, Göppert-Mayer就在理论 上预言了双光子吸收的存在；
1990年,美国康奈尔大学Denk等将双光子激发现象应用到共焦激光扫描显微 镜中。
荧光分子吸收第一个光子后，跃迁到虚能级上，该能级仅能存在几飞秒，第 二个光子必须在这几飞秒内与虚能级上的分子作用，从基态跃迁到激发态.
hν3 hν4 4 3
hν2
hν5
2
hν1 1
上转换
f-f电偶极禁戒跃迁限制了上转换材料的发光效率, 如何提高UCNPs发光效率是研究的焦点：
调整基质材料和镧系掺杂离子； 过渡金属离子与镧系离子共掺杂； 引入协同敏化剂； 有机染料与镧系离子协同作用。
Chem. Rev. 2015, 115, 395−465
基质
活化剂 敏化剂
3 2
hν1
hν2
1
单光子
3 2 hν1 hν2 hν1
1
双光子
发光原理：ESA, SET, PA
hν3 hν4 4 3
hν2
hν5
2
hν1 1
上转换
上转换 vs 单光子
多光子吸收； 长波长激发，组织穿透能力强； 降低生物体自发荧光干扰； 光毒性弱，不易光漂白；
Chem. Rev. 2015, 115, 395−465
UCNPs制备方法：
溶胶-凝胶法； 共沉淀法； 微乳液法； 热分解法。
13
Hong Zhang, et al. ACS Nano. 2012, 65, 4054-4062
a
b
540 nm
650 nm 1O2
光动力治疗 + 诊断
光敏剂
14
Hong Zhang, et al. ACS Nano. 2012, 65, 4054-4062
c 黑线：NaYF4:Yb3+, Er3+发射 红线：PB吸收光谱
d 黑线：NaYF4:Yb3+, Er3+发射
红线： NaYF4:Yb3+, Er3+-PB
细胞成像-检测
+叶酸
15
二、常见的几种荧光机制
16
荧光染料与荧光探针
17
断键反应型
生物小分子/大分子
19
分子内电荷转移（ICT）
分子内电荷转移化合物是通过将电子给体(D)和电子受体(A)进行共价连接(B)得 到的具有一定偶极矩的极性分子
4、位点标记型
5、细胞染色
ACS Chem. Biol. 2008, 3, 142-155
18
荧光染料与荧光探针
发光机制：
分子内电荷转移（Intermolecular Change Transfer，ICT） 光致电子转移（Photoinduced Electron Transfer，PET） 荧光共振能量转移（Flourescence Resonance Energy Transfer，FRET） 激发态分子内质子转移（Exicited-state Intermolecular Proton Transfer，ESIPT） 聚集诱导发光（Aggregation-induced emission enhancement，AIE）
上转换 vs 双光子
对激光器要求低，对激发光稳定性 要求低；
中间态有足够长寿命； 可以接受不同频率的光子； 可以有多个波长发射光。
12
上转换发光材料（UCNPs）
SiO2
NaYF4: Er, Yb
基质
活化剂 敏化剂
3 2
hν1
hν2
1
单光子
3 2 hν1 hν2 hν1
1
双光子
发光原理：ESA, SET, PA
Nat. Rev. Immunol. 2002, 2, 872–880
6
双光子荧光探针（Two-photon）
单光子：λex = 413 nm, λem = 556 nm 双关子：λex = 820 nm, λem = 556 nm 双光子荧光探针优势： 长激发波长光源受光散射影响较小，入射光的损耗较小，穿透力较强; 双光子荧光使用红外/近红外激光作为激发光源，大大地降低生物组织对激发光 的吸收，避免样品自发荧光； 避免普通荧光成像中的荧光漂白和光致毒性问题； 适用于活体及深层组织荧光成像。
7
双光子荧光探针（Two-photon）
Chem. Rev. 2015,115, 5014-5055
8
双光子荧光探针（Two-photon）
单光子激发 最大发射
双光子激发
9
双光子荧光探针（Two-photon）
J. Am. Chem. Soc.2017,139, 8808-8811
萘二甲酰亚胺是常用