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适用于荧光成像的化学发色团与生物正交反应研究进展 姓 名： 学 号： 学 院： 指导教师： 荧光成像是融合了有机化学、光化学、生命科学等学科为一体的显像方法, 其运用光化学原理, 结合现代有机合成技术, 设计和构建荧光功能分子, 建立和发展细胞及动物体内的荧光成像方法, 实现了对生物大分子的原位、实时、动态研究, 为揭示生物机制、诊断与治疗疾病提供了有力的方法 两个关键点 1.荧光显色集团稳定的化学性质和光学性质 2.获得的数据能够真实反映生物大分子定位和定量的变化信息. 一、 荧光发色团 （1）荧光分子具有较好的水溶性和生物兼容性 （2）对细胞具有较好的穿透性, 容易进入细胞 （3）激发波长和发射波长处于可见或近红外区 荧光成像对发色团的要求 目前常用的发色团 1.基于有机小分子的发色团如香豆素、荧光素、罗丹明、BODIPY 和箐染料 2.基于纳米材料的发色团如量子点、上转换纳米颗粒等 3.生物大分子类荧光成像材料, 如绿色荧光蛋白、 红色荧光蛋白等 1、有机小分子发色团 1.1香豆素 是一类存在于植物界中的香豆素类化合物的母核 针对 Zn2+的基于香豆素的比例计量型荧光探针 原理：最大吸收波长处于 500 nm 左右, 最大发射波长处于 550 nm 左右,在与 Zn2+结合后, 其发射波长发生变化, 558 nm 的发射增加而 543 nm 的发射降低 针对双氧水的以香豆素为基础的激活型荧光探针 原理：探针的最大吸收波长为 400 nm左右, 而最大发射波长为 480 nm 左右, 且该探针在与 H2O2 作用后荧光可以增强 5 倍左右. 1.2荧光素 在蓝光或紫外光照射下可以发出绿色的荧光 对组氨酸进行标记以荧光素为基础的荧光探针 原理：该探针的最大吸收在 480 nm 左右, 最大发射在 520 nm 左右, 且在与组氨酸作用后,荧光增强 对 RNA 标记的以荧光素为基础自淬灭型荧光探针 原理：利用光诱导的电子转移机制(PET)，该探针在与 RNA 作用后, 其 PET 过程会被破坏, 因此荧光得以恢复 1.3、罗丹明 指一系列相关的萤光酮杂环化合物, 其结构与荧光素类似, 但波长相对较长, 最大发射波长可以达到 600 nm 左右 针对细胞中的活性氧(ROS)的自淬灭型荧光探针 原理：该探针只有在遇到 ROS 时才会产生荧光, 具有很好的灵敏性和选择性, 而且其也被证实可以在细胞的线粒体中对 ROS 进行成像 针对次氯酸(HOCl)敏感的荧光探针 原理：发射波长处于近红外区，该探针在与 HOCl 作用后, 五元环将打开, 荧光得以恢复. 该探针对 HOCl有着极好的选择性和敏感性, 且在细胞和动物体内均表现出了较好的成像能力 1.4、氟硼二吡咯(BODIPY) 一种常用的有机发色团, 其通常发红光且水溶性较好, 因此应用比较广泛 针对生物巯基分子的荧光探针 原理：该探针的发射波长可以达到660 nm 左右, 并且其自身带有聚乙二醇结构, 具有很好的水溶性, 适于生物体系检测. 该探针利用 PET机制, 本身荧光处于淬灭状态, 在遇到硫基分子后,荧光显著增强. 同时对HOCl 和硫化氢(H2S)生物分子有响应的荧光探针 原理：该探针同样基于 PET 机制, 在与 HOCl 作用后,荧光显著增强; 而在与 H2S 作用后, 探针又回到原始状态, 荧光减弱. 体外实验证实该荧光探针对两种生物分子均有很好的选择性和敏感性, 细胞实验也证实该探针具有很好的细胞膜通透性, 而且可以连续对两种生物分子进行检测. 1.5、箐染料(Cyanine) 箐染料(Cyanine)是指发色团共轭体系两端建立在 N-N 原子间的脒离子插烯物(图 5(a)), 其分子可修饰性强, 吸收和发射波长较长, 可以达到近红外区,且量子产率较高, 因此相比其他有机分子染料, 箐染料最适于体内显影 靶向癌症抗原的多肽标记的箐染料探针 相比于传统箐染料稳定性更高、 水溶性好且发射波长可以达到 800 nm 左右的近红外箐染料 2 纳米材料发色团 优点: 1宽吸收、窄发射、高量子产率、优越稳定性和长荧光寿命等特性. 2 量子点在体内的循环时间较长, 适于体内显影. 1量子点 应用 1.靶向整合素的短肽 RGD接到量子点表面,量子点可以用于肿瘤血管靶向的体内成像. 2荧光素蛋白连接到量子点表面后, 可以实现生物荧光共振能量转移(BRET), 并已成功用于体内成像中. 3将量子点作为 FRET 中发色团的一种,也已经实现了对各种蛋白酶的成像 2上转换纳米颗粒(upconversion nanoparticles) 特点；用近红光激发和发射紫外或近红外荧光特性，可以避免短波长的光在体内组织穿透性较差, 而且生物体内的很多大分子