荧光素基荧光探针对金属离子的选择性识别研究文献综述

 2021-09-25 08:09

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金属离子在环境和生物体中都扮演着重要的作用。

因此,建立灵敏、快速和高选择性的识别方法对于检测环境和生命体系中的金属离子含量具有重要的意义。

荧光分子探针能选择性地识别金属离子并将分析对象的化学信息转换成分析仪器易测量的荧光信号,具有高选择性和灵敏度、操作简便及成本低等许多优点。

因而寻找新的具有高选择性的有机分子识别载体用于荧光分子探针研究一直是现代分析化学的一大热点。

由于荧光素具有高的摩尔消光系数,激发和发射波长都在可见光区,在水中具有较高的荧光量子产率,无毒,成本低等优点"基于荧光素发色团,设计合成了四类pH和金属离子探针"结构经MS,.HNMR等波谱确认"利用紫外一可见和荧光光谱法研究了它们对pH和金属离子的识别性能"以荧光素为原料,通过Reimer一Tiemann反应得到中间体荧光素单醛,再与取代的芳胺生成希夫碱,合成了4个水溶性pH荧光探针Fsl一4"表现出良好的选择性"通过间苯二酚和取代芳醛在甲基磺酸催化作用下合成了2个合成荧光素型荧光探针并测试了其对金属离子的选择性1 荧光探针的概述及发展1.1荧光分子识别(fluorescent molecular recognition)中最常使用的概念包括荧光分子开关(fluorescent molecular switch) 、荧光分子传感器(fluorescent molecular sensor)和荧光分子探针(fluorescent molecular probe)。

人们用强荧光的标记试剂或者荧光生成试剂对待测物进行特异性标记或衍生,使体系生成具有高荧光强度的共价或非共价化合物。

采用这些方式处理后,使体系的灵敏性增高,动态响应时间变宽,大大降低了体系的检出限,从而达到对某些重要功能的物质分子的原位、动态和实时的表征。

因此,标记或衍生试剂的分子探针应具备以下特征(1)分子探针与待测的物质在某一微区会产生特异性结合,并且结合牢度较大(2)分子探针与待测的物质结合后,分子探针对体系环境条件的变化响应不灵敏; (3)分子探针与待检测物质结合后,不影响待检测物质的结构、物理以及化学等特性。

1.2 荧光分子探针识别原理目前为止,荧光分子探针的响应机理主要有以下几种:光诱导电子转移(PhotoinducedElectron Transfer, PET)、光诱导电荷转移(Photoinduced Charge Transfer, ICT)、荧光共振能量转移(Fluorescence Resonance Energy Transfer, RRET) 和激基缔合物(Excimer)机理2荧光探针的识别原理2.1光诱导电子转移pET(photoninducedElectronTransfe荧光分子探针的组成是由其作用机理决定的,不同作用机理的荧光探针,其自身的结构也不相同"在荧光分子探针的设计中,光诱导电子转移PET机理应用的最多"这类探针分子的结构组成包括荧光团受体和连接桥2.2分子内电荷转移这一原理也被称作光诱导电荷转移垃具有分子内电荷转移(ICT)机理的探针分子,其结构组成上的一个不同于PET机理的重要特荧光素类分子探针的合成与性能研究征是荧光团与受体是直接相连,没有连接桥部分2.3扭曲分子内电荷转移TICT扭曲分子内电荷转移(TICT)是分子内电荷转移的一种特殊情况,在具有推一拉电子共扼体系的荧光分子中,如果推电子基(如二甲氨基)是通过可旋转的单键与荧光团相连,当荧光团被光子激发时,由于强烈的分子内光致电荷转移,导致原来与芳环共平面的电子给体绕单键旋转,而与芳环平面处于正交状态,原来的共扼系统被破坏2.4荧光共振能量转移FRET荧光共振能量转移FRET机理在生物标记领域应用较多,尤其是在分子灯标的设计中尤为普遍,当能量给体荧光团D与能量受体荧光团A相隔的距离远大于D一A的碰撞3.荧光素在生物学、环境科学、分子器件以及神经性气体检测等方面的应用3.1荧光素亲脂性的改进及在细胞和酶活性分析中的应用荧光素具有两个酚经基,所以它的亲水性强,与膜脂的亲和力差,无法通过细胞膜进入细胞内部,制约了它在细胞及酶的活性分析中的应用"为了改进荧光素的疏水性能,国内外进行了大量的研究工作,发现通过对荧光素酚轻基的酷化修饰或烃基化修饰所得的衍生物,其亲脂性能得到了很大改善"3.2含活性基荧光素的结构修饰及其应用合适的荧光标记不能阻碍配体与受体的结合,即必须保持配体的专一性和选择性"由于荧光素自身不含特异性的活性基团,已不能满足不断发展的生物分析要求如今开发特异选择性好的具有活性基的荧光素衍生物己成为生物分析领域中研究的热点因而所得标记物具有高选择性!高稳定性和高灵敏性的优点"4.合成荧光素探针的合成及表征4.1合成荧光素探针LFI的合成及表征4.2合成荧光素探针LFZ的合成及表征5.测试实验方法5.1离子选择性测试将探针染料与缓冲溶液,测试紫外可见光谱可见光谱和荧光光谱"先测试吸收光谱,然后以最大吸收的波长为激发波长,测试荧光峰的位置"比较加入金属离子后和纯染料的区别,筛选出识别离子"5.2金属离子浓度滴定取几探针溶液于比色皿中,加入不同浓度的金属离子水溶液,使金属离子与探针分子的摩尔比一定,测试荧光光谱的变化"5.3pH滴定用水溶液为溶剂配制探针溶液用Na0H调节溶液的pH,待pH值稳定后,测定紫外一可见光谱和荧光发射光谱"pKa的计算采用Origin软件处理"5.4荧光量子效率的测试探针分子的荧光量子效率选用荧光素水溶液作为标准"调节测试样品和标准物的浓度,使其吸收位于0.08一0.03,分别测试吸收和荧光,以样品与荧光素吸收交点的波长作为激发波长,在荧光仪上做发射峰的强度积分"记录荧光素的荧光峰的积分面积和样品的荧光峰积分面积"通过方程2计算荧光量子效率,荧光素水溶液的荧光量子效率参考文献:[l]LehnJM.SupramoleeularChemistry一SeopeandPerspeetives.Moleeules,Supramoleeules,andMoleeularDeviees[J].AngewandteChemieInternationalEd1tion,1988,27:89一112.[2]LehnJM.PerspeetivesinSupramoleeularChemistry一FromMoleeularReeognitiontowardsMoleeularInConnationProeessingandSelf一organization7J〕.AngewandteChemieInternationalEdition,1990,29:1304一1309.[3]SteedJW,AtwoodJL.Supr胡oleeularChemistry[M].JohnWiley用于细胞内小分子物种检测的新型荧光探针设计合成及应用[D]. 山东师范大学 2012 [11] 李克香.细胞内超氧阴离子自由基区域定位的双光子荧光探针的设计与合成[D]. 山东师范大学 2012 [12] 赵秀文.双臂类铜离子荧光探针的合成及应用[D]. 大连理工大学 2010 [13] 张妍.几种荧光探针的合成及在有机溶剂中水含量检测中的应用[D]. 湖南大学 2010 [14] 杜俊.α,β-不饱和酯类荧光探针的合成及其在生物分析中的应用研究[D]. 西北大学 2011 [15] 王晶.用于检测活性氧自由基的荧光探针研制及其分析应用[D]. 山东师范大学 2006 [16] 张鹏.一氧化氮分子荧光探针合成及性能研究[D]. 青岛科技大学 2011 [17] 王刚.检测亚硫酸氢根和硫离子的荧光探针的合成及性质研究[D]. 西北大学 2012 [18] 刘人仆.细胞内巯基化合物检测与标记荧光探针的设计与合成[D]. 山东师范大学 2013 [19]陈稼轩,田怡,张丽群,等.罗丹明型荧光探针的合成及对Hg2 的识别.化学研究与应用.

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