选择性荧光探针分析PPT课件
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荧光探针 ppt课件
实验结论
RA荧光探针有如下优点：
①
灵敏度高、 选择性好
②
其荧光发射 波长在可见 区，用在细 胞中可避免 细胞自身荧 光和背景散 射的影响。
③
激发波长所 需的能量较 低,避免了高 能量的激发 波长对细胞 造成的潜在 伤害
。
④
在水溶液中 检测Cu2+的 有效pH范围 宽。
欢
迎 提
问
Thyoaunk
End
0 1
研究背景
检测原理
0 2
0 3
实验部分
实验结论
0
4
研究背景
Cu2 +
Cu2 + 生物体中基本的微量元素一; 生物体内过量摄入的铜也会产 生毒性; 采用荧光探针的方法检测铜离 子，尤其是跟踪其在化学反应 和生命活动中的作用过程具有 重要的意义．
检测原理
背景知识---荧光探针
• 典型的荧光探针由识别基团(受体)，荧光团和连接二者的 连接基团所组成。受体和底物结合后,导致受体分子光物理性 质的变化,具体表现为荧光团部分发生突光猝灭或增强。
实验部分
二、溶剂体系对RA和Cu2+反应的影响
可见，纯水或在纯乙腈中，Cu2+和探 针RA之间相互作用不明显，体系的荧 光强度很弱。当CH3CN/H2O的体积比 在1B9~9B1之间时，探针RA可对Cu2+ 进行很好地识别。其中，CH3CN/H2O 的体积比为1：1时，荧光强度已接近 最大；再增加乙腈的含量，虽然体系 的荧光强度未降低，但增加有机试剂 的用量对环境和生物体系的测试均不 利，因此选择V(CH3CN) /V(H2O)=1： 1进行测试。
Cu2+浓度逐渐增大，RA的荧光 强度大幅度增加，最大发射波长 由565 nm红移到571 nm，也证 明了探针分子发生了开环，形成 了共轭体系较大的荧光体系。
荧光探针
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)。
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
作为一个检测标准
• 选用GAPDH作为内标基因
− FAM标记的ERBB2探针
− VIC标记的GAPDH探针
• 构建标准曲线
• 双重PCR反应
• 阴性对照
− 无RNA对照（空白）
− 无逆转录酶对照（基因组）
标准曲线
Color 1 – FAM
detection for
ERBB2
Color 2 - VIC
实时荧光PCR病毒检测
实时荧光PCR基因突变和临床
实时荧光PCR遗传病研究中应用
实时荧光PCR在肿瘤中应用
实时荧光PCR在环境微生物检测的应用
实时荧光PCR在肿瘤中应用
利用TaqMan法研究ERBB2 在正常或乳腺肿瘤组
织标本中的表达差异（相对标准曲线法）
• 已知在50%的乳腺肿瘤样本中，ERBB2表达异常，因此可以
− 灵敏度低
TaqMan探针法
• 水解型
− 报告基团，淬灭基团
− FRET（荧光谐振能量传递）
− 识别特异性产物
• 优点
− 特异性高，可准确定量
− 灵敏度高
− 设计不同标记的探针，可进行多重检测
• 缺点
− 一个探针只适用于一个为Fret机制没有荧光产生
发生水解fret机制消失，荧光发生
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)。
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
作为一个检测标准
• 选用GAPDH作为内标基因
− FAM标记的ERBB2探针
− VIC标记的GAPDH探针
• 构建标准曲线
• 双重PCR反应
• 阴性对照
− 无RNA对照（空白）
− 无逆转录酶对照（基因组）
标准曲线
Color 1 – FAM
detection for
ERBB2
Color 2 - VIC
实时荧光PCR病毒检测
实时荧光PCR基因突变和临床
实时荧光PCR遗传病研究中应用
实时荧光PCR在肿瘤中应用
实时荧光PCR在环境微生物检测的应用
实时荧光PCR在肿瘤中应用
利用TaqMan法研究ERBB2 在正常或乳腺肿瘤组
织标本中的表达差异（相对标准曲线法）
• 已知在50%的乳腺肿瘤样本中，ERBB2表达异常，因此可以
− 灵敏度低
TaqMan探针法
• 水解型
− 报告基团，淬灭基团
− FRET（荧光谐振能量传递）
− 识别特异性产物
• 优点
− 特异性高，可准确定量
− 灵敏度高
− 设计不同标记的探针，可进行多重检测
• 缺点
− 一个探针只适用于一个为Fret机制没有荧光产生
发生水解fret机制消失，荧光发生
荧光探针的应用与进展课件
环境监测
污染物检测
荧光探针可以用于检测水体、土 壤等环境中的有害物质，如重金 属、有机污染物等，为环境污染 治理和生态保护提供技术支持。
生物毒性测试
荧光探针可以用来评估化学物质 对生物体的毒性作用，通过观察 荧光信号的变化，快速、准确地
评估环境中有害物质的风险。
生态研究
利用荧光探针标记生物个体或种 群，通过观察荧光信号的分布和 动态变化，研究生物在生态系统
开发适用于环境监测和食品安全检测的荧光探针，保障人类健康和 生态安全。
加强荧光探针的基础研究与人才培养
基础研究投入
加大对荧光探针基础研究的投入 ，支持科研团队开展创新性研究 ，推动荧光探针技术的持续发展 。
人才培养与交流
加强荧光探针领域的人才培养和 学术交流，鼓励跨学科合作与交 流，促进荧光探针技术的普及和 应用。
荧光探针与其他技术的结合应用
总结词
荧光探针与其他技术的结合应用是荧光探针领域的重 要发展方向，通过将荧光探针与其他技术相结合，可 以实现更高效、更准确的检测和诊断。
详细描述
随着各种技术的不断发展，研究者们将荧光探针与其 他技术相结合，如光学成像技术、质谱技术、纳米技 术等。这些技术的结合可以充分发挥各自的优势，提 高荧光探针的应用范围和效果。例如，将荧光探针与 光学成像技术相结合，可以实现生物体内的高清成像 和可视化检测；将荧光探针与质谱技术相结合，可以 实现蛋白质组学和代谢组学的高灵敏度检测。
荧光探针的分类
总结词
荧光探针可以根据激发波长、发射波长、荧光染料类型等进 行分类。
详细描述
根据激发波长，荧光探针可以分为紫外激发和可见光激发两 类；根据发射波长，可以分为长波长发射和短波长发射两类 ；根据荧光染料类型，可以分为荧光染料、荧光量子点、荧 光蛋白等类型。
荧光探针应用技术ppt课件
1
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4
5
6
7
荧光是一种光致发光的冷发光现象。 当某种常温物质经某种波长的入射光 （通常是紫外线或X射线）照射，吸收光 能后进入激发态，并发射出比入射光的 的波长更长的发射光（通常波长在可见 光波段） 而且一旦停止入射光，发光现象也随之 立即消失。 具有这种性质的发射光就被称之为荧光。
53
生物医学研究与 荧光探针
54
55
原代培养视网膜色素上皮细胞细胞骨架的破坏 56
57
3T3-L1 cells
Adipose Triglyceride Lipase Lipid droplets DAPI fluorescent DNA dye
58
2009-10-16 20:20
59
60
在许多领域荧光探针已经取代放射性核素
标记技术成为标准的研究工具，在检测速度 和易用性方面都具有无可比拟的优点
随着激光扫描共聚焦显微镜在国内的引进
和广泛应用，以及流式细胞仪和荧光显微镜 在国内的普及，对各种荧光标记物的需求和 了解日益迫切。
73
主要内容
1. 荧光探针发展简史 2. 荧光探针基本理论及选择应用 3. 荧光探针负载技术 4. 绿色荧光蛋白的发现及其应用 5. 超敏检测技术 6. 荧光探针在病原生物学领域的应用 7. 激光扫描共聚焦显微镜技术简介及其荧光探针选择 8. 分子信标的原理、量子点荧光探针等介绍 9. 免疫荧光组织化学技术原理及应用
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荧光是一种光致发光的冷发光现象。 当某种常温物质经某种波长的入射光 （通常是紫外线或X射线）照射，吸收光 能后进入激发态，并发射出比入射光的 的波长更长的发射光（通常波长在可见 光波段） 而且一旦停止入射光，发光现象也随之 立即消失。 具有这种性质的发射光就被称之为荧光。
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生物医学研究与 荧光探针
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原代培养视网膜色素上皮细胞细胞骨架的破坏 56
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Adipose Triglyceride Lipase Lipid droplets DAPI fluorescent DNA dye
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在许多领域荧光探针已经取代放射性核素
标记技术成为标准的研究工具，在检测速度 和易用性方面都具有无可比拟的优点
随着激光扫描共聚焦显微镜在国内的引进
和广泛应用，以及流式细胞仪和荧光显微镜 在国内的普及，对各种荧光标记物的需求和 了解日益迫切。
73
主要内容
1. 荧光探针发展简史 2. 荧光探针基本理论及选择应用 3. 荧光探针负载技术 4. 绿色荧光蛋白的发现及其应用 5. 超敏检测技术 6. 荧光探针在病原生物学领域的应用 7. 激光扫描共聚焦显微镜技术简介及其荧光探针选择 8. 分子信标的原理、量子点荧光探针等介绍 9. 免疫荧光组织化学技术原理及应用
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荧光探针医疗培训课件
实验部分 处，请联反应的影响
可以看出，反应刚开始时体系荧光 增强的速率较快，但1 h后荧光增强 的速率变慢,，2 h后荧光强度变化 很小，几乎形成了一个平台，说明 RA和Cu2+的反应基本完成。 本文选择RA和Cu2+反应2 h后进行 测试。
本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之
实验部分 处，请联系网站或本人删除。
二、溶剂体系对RA和Cu2+反应的影响
可见，纯水或在纯乙腈中，Cu2+和探 针RA之间相互作用不明显，体系的荧 光强度很弱。当CH3CN/H2O的体积比 在1B9~9B1之间时，探针RA可对Cu2+ 进行很好地识别。其中，CH3CN/H2O 的体积比为1：1时，荧光强度已接近 最大；再增加乙腈的含量，虽然体系 的荧光强度未降低，但增加有机试剂 的用量对环境和生物体系的测试均不 利，因此选择V(CH3CN) /V(H2O)=1： 1进行测试。
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实验部分 处，请联系网站或本人删除。
测定荧光光谱
Cu2+浓度逐渐增大，RA的荧光 强度大幅度增加，最大发射波长 由565 nm红移到571 nm，也证 明了探针分子发生了开环，形成 了共轭体系较大的荧光体系。
本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之
光诱导电子转移机理(PET过程)---荧光增强
“turn －on”类型 原理：识别基团很强的给电子能力，能够将其处于最高占有轨道(HOMO)上的电子,转
入激发态的荧光团因电子激发而空出的HOMO，从而使突光团被光激发的电子无 法直接跃迁回基态轨道发出突光,从而导致突光团辞灭；但是当识别基团与被识别 客体相结合后,识别基团的给电子能力降低，使受体的HOMO低于荧光团的HOMO， 导致PET过程减弱,或不再发生,突光团能够放出荧光。
可以看出，反应刚开始时体系荧光 增强的速率较快，但1 h后荧光增强 的速率变慢,，2 h后荧光强度变化 很小，几乎形成了一个平台，说明 RA和Cu2+的反应基本完成。 本文选择RA和Cu2+反应2 h后进行 测试。
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实验部分 处，请联系网站或本人删除。
二、溶剂体系对RA和Cu2+反应的影响
可见，纯水或在纯乙腈中，Cu2+和探 针RA之间相互作用不明显，体系的荧 光强度很弱。当CH3CN/H2O的体积比 在1B9~9B1之间时，探针RA可对Cu2+ 进行很好地识别。其中，CH3CN/H2O 的体积比为1：1时，荧光强度已接近 最大；再增加乙腈的含量，虽然体系 的荧光强度未降低，但增加有机试剂 的用量对环境和生物体系的测试均不 利，因此选择V(CH3CN) /V(H2O)=1： 1进行测试。
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测定荧光光谱
Cu2+浓度逐渐增大，RA的荧光 强度大幅度增加，最大发射波长 由565 nm红移到571 nm，也证 明了探针分子发生了开环，形成 了共轭体系较大的荧光体系。
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光诱导电子转移机理(PET过程)---荧光增强
“turn －on”类型 原理：识别基团很强的给电子能力，能够将其处于最高占有轨道(HOMO)上的电子,转
入激发态的荧光团因电子激发而空出的HOMO，从而使突光团被光激发的电子无 法直接跃迁回基态轨道发出突光,从而导致突光团辞灭；但是当识别基团与被识别 客体相结合后,识别基团的给电子能力降低，使受体的HOMO低于荧光团的HOMO， 导致PET过程减弱,或不再发生,突光团能够放出荧光。
化学生物学荧光探针发光机理课件
化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
H2O2的检测
中国科学: 化学 2012 年 第42卷 第12期 化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
H2O2的检测
Chem. Commun., 2003, 2728. 化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
H2O2的检测
Tetrahedron Letters 49 (2008) 3045–3048 Tetrahedron Letters 51 (2010) 1152–1154
细胞器靶向性的过氧化氢探针
SNAP-tag 来自烷基鸟嘌呤-DNA烷基转移 酶(O6-alkylguanine-DNAalkyltransferase，hAGT)，该酶是一种 DNA修复蛋白，它的底物是一类苄基嘌呤 和嘧啶的衍生物，包括苄基鸟嘌呤
AGT
SNAP-tag
J. AM. CHEM. SOC. 9 VOL. 132, NO. 12, 2010 ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH ,793– 804 ,2011,Vol. 44, No. 9
化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
分子内电荷转移 ICT（ intramolecular charge transfer）
Tetrahedron ,69 ,2013, 1700 -1704
化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
荧光共振能量转移 FRET（ fluorescence resonace energy transfer ）
• （2）能量供体与能量受体相隔的距离必须远大于它们之 间的碰撞直径（有时甚至为70-100Å）；
• （3）能Ino量rg供. C体he与m.能20量13受, 5体2, 7还43必−须75以2 适当的方式排列。
H2O2的检测
中国科学: 化学 2012 年 第42卷 第12期 化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
H2O2的检测
Chem. Commun., 2003, 2728. 化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
H2O2的检测
Tetrahedron Letters 49 (2008) 3045–3048 Tetrahedron Letters 51 (2010) 1152–1154
细胞器靶向性的过氧化氢探针
SNAP-tag 来自烷基鸟嘌呤-DNA烷基转移 酶(O6-alkylguanine-DNAalkyltransferase，hAGT)，该酶是一种 DNA修复蛋白，它的底物是一类苄基嘌呤 和嘧啶的衍生物，包括苄基鸟嘌呤
AGT
SNAP-tag
J. AM. CHEM. SOC. 9 VOL. 132, NO. 12, 2010 ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH ,793– 804 ,2011,Vol. 44, No. 9
化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
分子内电荷转移 ICT（ intramolecular charge transfer）
Tetrahedron ,69 ,2013, 1700 -1704
化学生物学 H2O2荧光探针发展及生物应用
荧光共振能量转移 FRET（ fluorescence resonace energy transfer ）
• （2）能量供体与能量受体相隔的距离必须远大于它们之 间的碰撞直径（有时甚至为70-100Å）；
• （3）能Ino量rg供. C体he与m.能20量13受, 5体2, 7还43必−须75以2 适当的方式排列。
第十三章-荧光分析法PPT课件
内部能量转换
当两个电子激发态之间的能量相差较小以至其振动能级有重叠 时，受激分子由高电子能级转移至低电子能级的过程。
.
6
荧光和磷光产生示意图
关于荧光
荧光的产生需经历两个过程：
吸收 发射
第一激发单重态的最低振动能级
振动驰豫 内部能量转换
.
8
例题
1. 所谓荧光，即某些物质经入射光照射后， 吸收了入射光的能量，从而辐射出比入射 光： A 波长长的光线 B 波长短的光线 C 能量大的光线 D 频率高的光线
.
24
三、影响荧光强度的外部因素
温度 溶剂 酸度 散射光
学习目的: 提高荧光分析的灵敏度和选择性
.
25
1 溶剂对荧光的影响
萘在下列哪种溶剂中的荧光强度最强？ A 1－氯丙烷 B 1－溴丙烷 C 1－碘丙烷 D 1，2－二氯丙烷
1. 一般情况下，荧光波长随着溶剂极性的增强而长移， 荧光强度也增强。
OH N
C H2
芴φf 1.0
O N Mg1/2
.
21
（三）分子的刚性和共平面性
CH3
SO3Na
N
CH3 CH3
SO3NaN CH3
H CCH
H CC H
结论：在相同的长共轭分子中，分子的刚性和共 平面性越强，荧光效率越大，荧光波长长移
（四）取代基效应
给电子基团 －NH2、 －OH、－OCH3、－NHR、－NR2荧 光效率提高、荧光波长长移
•
• • • •
cx
cs
.
34
二、定量分析方法
2、比例法（对照法）
Fs F0 KCs
FxF0KCx
Cx
Fx Fs
当两个电子激发态之间的能量相差较小以至其振动能级有重叠 时，受激分子由高电子能级转移至低电子能级的过程。
.
6
荧光和磷光产生示意图
关于荧光
荧光的产生需经历两个过程：
吸收 发射
第一激发单重态的最低振动能级
振动驰豫 内部能量转换
.
8
例题
1. 所谓荧光，即某些物质经入射光照射后， 吸收了入射光的能量，从而辐射出比入射 光： A 波长长的光线 B 波长短的光线 C 能量大的光线 D 频率高的光线
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三、影响荧光强度的外部因素
温度 溶剂 酸度 散射光
学习目的: 提高荧光分析的灵敏度和选择性
.
25
1 溶剂对荧光的影响
萘在下列哪种溶剂中的荧光强度最强？ A 1－氯丙烷 B 1－溴丙烷 C 1－碘丙烷 D 1，2－二氯丙烷
1. 一般情况下，荧光波长随着溶剂极性的增强而长移， 荧光强度也增强。
OH N
C H2
芴φf 1.0
O N Mg1/2
.
21
（三）分子的刚性和共平面性
CH3
SO3Na
N
CH3 CH3
SO3NaN CH3
H CCH
H CC H
结论：在相同的长共轭分子中，分子的刚性和共 平面性越强，荧光效率越大，荧光波长长移
（四）取代基效应
给电子基团 －NH2、 －OH、－OCH3、－NHR、－NR2荧 光效率提高、荧光波长长移
•
• • • •
cx
cs
.
34
二、定量分析方法
2、比例法（对照法）
Fs F0 KCs
FxF0KCx
Cx
Fx Fs
荧光探针的应用与进展PPT课件
Analytical Chemistry（Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826）
荧光探针的应用进展
Analytical Chemistry（Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826）
荧光探针的应用进展
结论 利用所合成制备的两种不同的Polymer-Py/γ-CD主客体复合物， 实现了对四种不同蛋白样品的特异性识别检测。不同的聚合物链与不 同的蛋白的结合常数不同，因而所构建的聚合物基质荧光探针对蛋白 具有良好的选择性。而通过调节聚合物链的长度，还可进一步调节蛋 白识别检测的灵敏度和选择性。 这个方法不但制备简单、普适性强，而且具有较高的荧光检测灵敏度 和较强的蛋白识别选择性，为构建新型聚合物基质的主客体复合物荧 光探针的制备及蛋白识别分析提供了新的研究思路。
Analytical Chemistry（Anal. Chem., 2016, 88,1821-1826）
荧光探针的应用进展
Simultaneous Near-Infrared and Two-Photon In Vivo Imaging of H2O2 Using a Ratiometric Fluorescent Probe based on the Unique Oxidative Rearrangement of Oxonium 利用比率荧光探针实现在体内对H2O2的近红外和双光子成像
给电子取代基如：-NH2，-NR2，OH，-OR和-CN。 吸电子取代基如：-C = O，COOH，-CHO，-NO2和-
外因
溶液的PH值、温度 激发光源的选择 溶剂的性质如极性、介 电常数 染料分子间相互作用等
荧光探针的选择原则
（1）荧光的定性或定量 定性一般选择单波长激发探针，定量最好选择双波长激发的比率探针 （2）荧光探针的特异性和毒性 （3）荧光探针的适用PH （4）激发波长与发射波长 斯托克斯位移 （5）荧光强度与荧光寿命 （6）光稳定性、漂白性 （7）荧光量子产率
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识别基团和荧光基团形成络合物，当被分析物加入到该体系中时，由于 识别基团与被分析物的结合能力要强于识别基团与荧光基团的结合能力， 因此被测物将荧光基团置换出来，从而引起了整个体系荧光等化学参数的 变化，进而为仪器或者裸眼识别，该原理常用于设计阴离子荧光探针。
9
Cu2+
CN-
Cu(CN)2
3
4
化合物3以氟硼荧为荧光团修饰了DPA为识别基团，探针本身荧光 很强，但与铜离子络合后可形成结构3，从而淬灭了氟硼荧的荧光，加 入氰根离子后，由于铜离子与氰根离子的结合常数更大，从而把作为荧 光基团的氟硼荧衍生物从络合状态中置换出来得到结构4，使之进入溶 液，荧光恢复，而其它的阴离子没有这样的现象，因此可以实现对氰根 离子的检测。
13
2 1
基于光诱导电子转移机理设计的荧光分子探针
14
2、分子内电荷转移
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）和吸电 子基团（电子受体）,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 。
10
ห้องสมุดไป่ตู้
3、化学计量计法
探针分子 被分析物
新物质A
探针分子 被分析物
中间体
新物质B 新物质C
（I）被分析物和探针分子反应形成了共价化合物； （II）被分析物催化探针分子反应生成两种新物质。
11
荧光分子探针识别原理
荧光分子探针主要有如下几种识别机理： Ø光诱导电子转移机理（PET, photo-induced electron transfer） Ø分子内电荷转移机理（ICT, intramolecular charge transfer） Ø荧光共振能量转移机理（FRET, fluorescence resonance energy transfer） Ø形成激基缔合物（excimer/exciplex）
取代，一般指的是卤素(Cl，Br和I)的取代。芳烃取代重原子后，荧光 强度一般随卤素原子量的增加而减弱，这一效应称为“重原子效应”。
5
荧光分子探针的设计原理
Ø 键合-信号输出法 Ø 置换法 Ø 化学计量计法
6
1.键合-信号输出法
荧光 连接体 识别 被分析物
基团
基团
信号输出
Ø 键合-信号输出法是指将探针中的识别基团和荧光基 团通过共价键连接起来设计荧光探针的方法。
15
3 4
基于分子内电荷转移机理设计的荧光分子探针
16
3、荧光共振能量转移
荧光共振能量转移 是指在两个不同的荧光团中，如果一个荧光 团(供体Doner)的发射光谱和另一个荧光团(受体Acceptor)的吸收 光谱有一定程度的重叠，当这两个荧光团间的距离合适时(一般 小于1000nm)，就可以观察到荧光能量由供体向受体转移的现象 ，即用供体的激发波长激发时，可观察到受体的荧光发射。
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4、激基缔合物/复合物
如果两个相同的荧光团之间的位置和距离合适，其中一个荧光团被激发以后 就会和另外一个处于基态的荧光团形成激基缔合物(excimer)，其荧光发射光谱 的特征表现是原来单体的发射峰减弱或者消失，而一个新的、强而宽的、长 波长的无振动精细结构发射峰出现。萘、蒽、芘等荧光团由于具有较长的激 发单线态寿命，易形成激基复合物，常常用于此类探针的设计中。
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荧光探针分子的结构
荧光探针分子通常由三部分组成：
• 识别基团（receptor） • 荧光基团（fluorophore） • 连接体部分（spacer）
Fluorephore Spacer hv
F
S
Receptor R
Analyte
strongly fluorescent
识别基团决定了探针分子的选择性和特异性，荧光基 团则决定了识别的灵敏度，而连接体部分则可起到分 子识别枢纽的作用。
选择性荧光探针
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ü荧光探针的概述 ü荧光探针的设计原理 ü荧光探针的识别原理 ü荧光分子探针的特点 ü文献讲解
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荧光探针概述
•荧光探针是建立在光谱化学和光学波导与测量技术基础上， 选择性的将分析对象的化学信息连续转变为分析仪器易测量 的荧光信号的分子测量装置。 •荧光分子经过特殊的设计，能够选择性识别待测物，再将这 种识别信息转换成荧光信号传递给外界，具有这种功能的分 子就是荧光探针分子。
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荧光探针与分子结构的关系
• 荧光探针的性能与探针的共轭体系大小、共轭π键体系的共平面性和 刚性程度、分子母体上取代基的种类及取代基位置和几何构型等因素 相关。
➢ 给电子取代基如：-NH2，-NHR，-NR2，-OH，-OR和-CN。 ➢ 吸电子取代基如：-C = O，-COOH，-CHO，-NO2和-N=N-。 ➢ 荧光体取代上重原子后，荧光减弱，而磷光往往相应增强。重原子的
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5 6
基于激基缔合物设计的荧光分子探针
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荧光分子探针的特点
Ø荧光探针的荧光必须与生物样品的背景荧光易于区别; Ø荧光探针必须不干扰研究的主体; Ø荧光探针的毒性、使用的pH范围，生物相容性等方面 都有严格的要求。 目前使用的荧光探针主要有荧光素类、罗丹明类，香豆 素类等化合物。
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罗丹明类
7
1
2
作为荧光基团的香豆素和作为识别基团的邻氨基苯硫 醚以席夫碱相连，加入锌离子后，与硫醚上的硫原子、席 夫碱上的氮原子及香豆素上的氧原子配位得到结构2，抑 制了席夫碱上C=N键的旋转，实现了荧光从无到有的变化。
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2、置换法
识别基团
被分析物
结合荧光基团
识别基团 结合被分析物
荧光基团
该原理是利用识别基团分别与荧光基团和被分析物结合能力的不同来 实现对被分析物的检测。
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1、光诱导电子转移机理（PET）
光诱导电子转移体系是由包含电子给体的识别基团部分R，通过间隔基 S(如-CH2-)和荧光团F相连而构成的。 基于PET机理设计的荧光分子探针，在未结合客体之前，探针分子不发 射荧光或荧光很弱，而一旦识别基团与客体相结合，光诱导电子转移作 用就会受到抑制，甚至被完全阻断，荧光团就会发射荧光。
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Cu2+
CN-
Cu(CN)2
3
4
化合物3以氟硼荧为荧光团修饰了DPA为识别基团，探针本身荧光 很强，但与铜离子络合后可形成结构3，从而淬灭了氟硼荧的荧光，加 入氰根离子后，由于铜离子与氰根离子的结合常数更大，从而把作为荧 光基团的氟硼荧衍生物从络合状态中置换出来得到结构4，使之进入溶 液，荧光恢复，而其它的阴离子没有这样的现象，因此可以实现对氰根 离子的检测。
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2 1
基于光诱导电子转移机理设计的荧光分子探针
14
2、分子内电荷转移
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）和吸电 子基团（电子受体）,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 。
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ห้องสมุดไป่ตู้
3、化学计量计法
探针分子 被分析物
新物质A
探针分子 被分析物
中间体
新物质B 新物质C
（I）被分析物和探针分子反应形成了共价化合物； （II）被分析物催化探针分子反应生成两种新物质。
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荧光分子探针识别原理
荧光分子探针主要有如下几种识别机理： Ø光诱导电子转移机理（PET, photo-induced electron transfer） Ø分子内电荷转移机理（ICT, intramolecular charge transfer） Ø荧光共振能量转移机理（FRET, fluorescence resonance energy transfer） Ø形成激基缔合物（excimer/exciplex）
取代，一般指的是卤素(Cl，Br和I)的取代。芳烃取代重原子后，荧光 强度一般随卤素原子量的增加而减弱，这一效应称为“重原子效应”。
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荧光分子探针的设计原理
Ø 键合-信号输出法 Ø 置换法 Ø 化学计量计法
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1.键合-信号输出法
荧光 连接体 识别 被分析物
基团
基团
信号输出
Ø 键合-信号输出法是指将探针中的识别基团和荧光基 团通过共价键连接起来设计荧光探针的方法。
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3 4
基于分子内电荷转移机理设计的荧光分子探针
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3、荧光共振能量转移
荧光共振能量转移 是指在两个不同的荧光团中，如果一个荧光 团(供体Doner)的发射光谱和另一个荧光团(受体Acceptor)的吸收 光谱有一定程度的重叠，当这两个荧光团间的距离合适时(一般 小于1000nm)，就可以观察到荧光能量由供体向受体转移的现象 ，即用供体的激发波长激发时，可观察到受体的荧光发射。
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4、激基缔合物/复合物
如果两个相同的荧光团之间的位置和距离合适，其中一个荧光团被激发以后 就会和另外一个处于基态的荧光团形成激基缔合物(excimer)，其荧光发射光谱 的特征表现是原来单体的发射峰减弱或者消失，而一个新的、强而宽的、长 波长的无振动精细结构发射峰出现。萘、蒽、芘等荧光团由于具有较长的激 发单线态寿命，易形成激基复合物，常常用于此类探针的设计中。
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荧光探针分子的结构
荧光探针分子通常由三部分组成：
• 识别基团（receptor） • 荧光基团（fluorophore） • 连接体部分（spacer）
Fluorephore Spacer hv
F
S
Receptor R
Analyte
strongly fluorescent
识别基团决定了探针分子的选择性和特异性，荧光基 团则决定了识别的灵敏度，而连接体部分则可起到分 子识别枢纽的作用。
选择性荧光探针
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ü荧光探针的概述 ü荧光探针的设计原理 ü荧光探针的识别原理 ü荧光分子探针的特点 ü文献讲解
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荧光探针概述
•荧光探针是建立在光谱化学和光学波导与测量技术基础上， 选择性的将分析对象的化学信息连续转变为分析仪器易测量 的荧光信号的分子测量装置。 •荧光分子经过特殊的设计，能够选择性识别待测物，再将这 种识别信息转换成荧光信号传递给外界，具有这种功能的分 子就是荧光探针分子。
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荧光探针与分子结构的关系
• 荧光探针的性能与探针的共轭体系大小、共轭π键体系的共平面性和 刚性程度、分子母体上取代基的种类及取代基位置和几何构型等因素 相关。
➢ 给电子取代基如：-NH2，-NHR，-NR2，-OH，-OR和-CN。 ➢ 吸电子取代基如：-C = O，-COOH，-CHO，-NO2和-N=N-。 ➢ 荧光体取代上重原子后，荧光减弱，而磷光往往相应增强。重原子的
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基于激基缔合物设计的荧光分子探针
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荧光分子探针的特点
Ø荧光探针的荧光必须与生物样品的背景荧光易于区别; Ø荧光探针必须不干扰研究的主体; Ø荧光探针的毒性、使用的pH范围，生物相容性等方面 都有严格的要求。 目前使用的荧光探针主要有荧光素类、罗丹明类，香豆 素类等化合物。
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罗丹明类
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作为荧光基团的香豆素和作为识别基团的邻氨基苯硫 醚以席夫碱相连，加入锌离子后，与硫醚上的硫原子、席 夫碱上的氮原子及香豆素上的氧原子配位得到结构2，抑 制了席夫碱上C=N键的旋转，实现了荧光从无到有的变化。
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2、置换法
识别基团
被分析物
结合荧光基团
识别基团 结合被分析物
荧光基团
该原理是利用识别基团分别与荧光基团和被分析物结合能力的不同来 实现对被分析物的检测。
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1、光诱导电子转移机理（PET）
光诱导电子转移体系是由包含电子给体的识别基团部分R，通过间隔基 S(如-CH2-)和荧光团F相连而构成的。 基于PET机理设计的荧光分子探针，在未结合客体之前，探针分子不发 射荧光或荧光很弱，而一旦识别基团与客体相结合，光诱导电子转移作 用就会受到抑制，甚至被完全阻断，荧光团就会发射荧光。