荧光探针的应用与进展

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2017/1/4,#,荧光探针技术的应用与进展,学生,学号,前言：,1,、荧光探针技术广泛应用于生物检测，对于药物控释、靶向给药、检测药效方面可以针对性的进行定性或定量的研究和表征。识别作用可以标记含有特定基团的生物大分子如蛋白质、抗原抗体、核酸、酶以及聚合物。,2,、荧光探针具有,特别强的可设计性,，本身的结构设计与高分子密切相关。,什么是荧光？,什么是荧光分析？,什么是荧光探针技术？,当紫外光照射到某些物质时，这些物质会发射出不同颜色和不同强度的可见光，当紫外光停止照射时，这种光线也随之消失，这种光线称为荧光。,利用某些物质被紫外光照射后所产生的能够反映出该物质特性的荧光进行该物质的定性分析和定量分析的方法，称为荧光分析。,指人们用强荧光的标记试剂或光生成试剂对待测物进行标记或衍生，生成具有高荧光强度的共价或非共价结合的物质，从而实现对待测物质的定性定量分析。,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,）,识别,基团也称受体决定,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。,分类,优点,影响因素,选择原则,目前应用,应用举例,应用进展,荧光探针的分类,荧光探针,化学荧光探针,有机小分子探针,纳米荧光探针,基因荧光探针,荧光蛋白,藻红蛋白,苯系衍生物、萘系衍生物、,吡啶衍生物、喹啉衍生物、,香豆素衍生物、,芘类衍生,物和苯并五元杂环类衍生,物等,研究最多的是半导体纳米微粒，也称为量子点,绿色荧光蛋白、增强绿色荧光蛋白、红色荧光蛋白等,荧光探针的优点：,灵敏度高,选择性好,使用方便,成本低,不,需预处理,不,受外界电磁场影响,远,距离发光,影响荧光探针性质的因素：,内因,外因,具有大的共轭,键结构,具有刚性的平面结构,取代基团为给电子取代基,给电子取代基如：-NH,2,，-,NR,2,，-OH，-OR和-CN。,吸电子取代基如：-C=O，-COOH，-CHO，-,NO,2,和-,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,荧光探针的目前应用：,大多数生物分子本身荧光较弱或基本无荧光，检测灵敏度较差，使得荧光探针检测技术的应用成为客观可能，广泛应用于,生物分析,以及,分析化学,中。,常用于标记抗原抗体和,核酸,，还可以检测,蛋白质,的活性点位，细胞检测免疫，研究,DNA,碱基损伤修复以及药物分子的化学反应活性，尤其在,肿瘤识别,过程中起到了重要的作用。,荧光探针应用举例,:,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。,荧光探针的应用进展,Ratiometric Fluorescent Pattern for Sensing Proteins Using,Aqueous Polymer-Pyrene/,-,Cyclodextrin Inclusion Complexes,中国科学院化学研究所,的齐莉等科研人员,，创新性,地提出了发展一类基于聚合物,-,芘,/-,环,糊精主客,体复合物的比率型荧光探针进行,蛋白,识别,。,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,）,Using the two kinds of inclusion complexes,detection,and differentiation,of four proteins(serum,albumin,myoglobin,pepsin,and concanavalin,A),荧光探针的应用进展,Analytical,Chemistry,（,Anal.Chem.,2016,88,1821-1826,）,结论,利用,所合成制备的两种不同的,Polymer-Py/-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,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,Adv.Mater.,2016,DOI:10.1002/adma.201602939,背景：活性氧簇（,ROS,）是一类对生物分子具有很高反应性的含氧分子，,ROS,在很多生理和病理学进程中扮演着重要角色。过氧化氢（,H2O2,）是主要的一种,ROS,，它是细胞生长、繁殖和分化的重要信使。但是过量的,H2O2,通常预示着疾病，如癌症、神经衰退和心血管疾病等。因此发展能检测体内的,H2O2,的方法至关重要。,原理：用,BC,代表文中设计的探针。,BC,含有特殊的,H2O2,反应位点，能与,H2O2,反应（其它生物分子则几乎不反应），反应后,BC472nm,处的荧光强度增加，而,693nm,处的荧光强度则减弱，这两种荧光的比例与,H2O2,的浓度呈线性关系。同时,BC,与,H2O2,反应后可以释放一种双光子荧光染料，染料可以吸收,760nm,的近红外光而发出绿光，从而对,H2O2,进行成像。,荧光探针的应用进展,Adv.Mater.,2016,DOI:10.1002/adma.201602939,（,A,）相同浓度,BC,在不同,H2O2,浓度时,的,吸收光谱,（,B,）,PBS,溶液中,，相同浓度,BC,在不同,H2O2,浓度时的荧光光谱（激发光波长为,410nm,（,C,）,472nm,和,693nm,光强比率与,H2O2,浓度的线性关系,（,D,）用不同种类分子处理,BC,时,472nm,和,693nm,的光强比率，激发光波长为,410nm,。,荧光,BC,与,H2O2,反应导致的吸收和发射光的变化,荧光探针的应用进展,Adv.Mater.,2016,DOI:10.1002/adma.201602939,（,A,）,a1-a4,为,巨,吞噬细胞的,图片,b1-b4,为用,BC,处理的细胞的,图片,c1-c4,为用,BC+PMA,处理的细胞的,图片（,PMA,能刺激产生,H2O2,）,绿色,a1-c1,和红色,a2-c2,荧光,通道为单光子,成像,OP,模式,，,a3-c3,是明场细胞图片与绿色和红色通道合并的图片，,a4-c4,是,双光子,成像,TP,模式。,（,B,）图,A,中相对荧光强度的量化；,（,C,）从图,B,中得到的绿光和红光强度的比率。,荧光探针的应用进展,2016,年,1,月,6,日，,Science,子刊,Science Translational Medicine,发表一篇将利用荧光探针成像从而提高肿瘤切除完全概率的文章。来自于杜克大学、麻省理工学院（,MIT,）和,Lumicell,公司的研究团队共同研发出一种含有荧光探针能够识别、标记癌变组织的蓝色制剂,LUMO15,，借助外源设备能够帮助外科医生优化肿瘤切除手术，以及提高放疗精准度。,2016,年,7,月,Nature Biotechnology,杂志发表一篇,一个能够用于双色显微成像和增强生物发光的青色光可激发的橙色荧光蛋白,实现了单一,波长激发双色荧光,成像。来自中国科学院深圳先进技术研究院储军,主持,研发了,目前最高灵敏度的生物发光探针,Antares,，为活体内细胞追踪提供了高灵敏的,平台,，,实现,了在小鼠脑内单一波长激发双色荧光成像和高灵敏的生物发光,成像。论文,发表后作为,Nature,Methods,研究亮点，受到高度,评价,。,谢谢观看,恳请老师和同学们批评指正！,