關(guān)于熒光識別

1、 關(guān)于熒光識別關(guān)于熒光識別的機(jī)理的一些探討的機(jī)理的一些探討 后際挺后際挺2012.06.042012.06.04目錄目錄背景簡介機(jī)理簡介總結(jié)優(yōu)勢優(yōu)勢高靈敏性高選擇性低檢測限時空分辨率。應(yīng)用應(yīng)用物種檢測發(fā)光器件腫瘤細(xì)胞成像活體成像。FluorescenceMore。PETMechanismICTFRETTBETESIPTAIEC=N異構(gòu)化異構(gòu)化ExicmerPET(photo-induced electron transfer)是目前為止研究得最透徹的一類機(jī)理，是一類電子轉(zhuǎn)移機(jī)制。PET機(jī)制只影響熒光團(tuán)的熒光強(qiáng)度，而不產(chǎn)生峰位移的變化，對熒光團(tuán)的紫外吸收光譜也沒什么作用。又分為a-PET和d-P

2、ET兩種。a-PETd-PETStephen J. Lippard , J.AM.CHEM.SOC., 2003, 125, 14270-14271圖一：化合物1 1的Hg2+熒光滴定圖。Zhen Xi, Angew.Chem.Int.Ed., 2009, 48, 4034-4037圖二：化合物2 2的GSH熒光滴定圖。ICT(intramolecular charge transfer)是一類電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制。這類探針分子一般包含兩個部分：供電子基(electron-donating group)和吸電子基(electron-withdrawing group)，分子內(nèi)存在較大的偶極矩，當(dāng)受到光

3、激發(fā)至激發(fā)態(tài)時，電荷從供電子基轉(zhuǎn)移至吸電子基，熒光光譜發(fā)生位移。ICT機(jī)制對熒光強(qiáng)度的影響是不定的，可以增強(qiáng)，也可以淬滅；位移現(xiàn)象也同樣發(fā)生在吸收光譜中。如果新舊兩個發(fā)射峰都比較明顯而且區(qū)分的比較開的話，則可以通過兩峰的強(qiáng)度比的變化對底物進(jìn)行定量檢測，稱為比率測量(ratiometric detection)。和基于強(qiáng)度變化的機(jī)制相比，比率測量可以消除環(huán)境因素和儀器本身帶來的影響，測量結(jié)果更為精確可信。ICT機(jī)制機(jī)制Xuhong Qian, Org. Lett., 2005, 7, 889-892DA圖三：化合物3 3的Cu2+熒光滴定圖。HuaJiang, Org. Lett., 2010,

4、 12, 292-295.D519 nm568 nm圖四：化合物4 4的Ag+（左）紫外滴定圖和（右）熒光滴定圖。AFRET(fluorescence resonance energy transfer)是一類能量轉(zhuǎn)移機(jī)制。這類探針分子一般包含兩個熒光團(tuán)：一個作為能量供體D，一個作為能量受體A。FRET探針的設(shè)計(jì)主要需要滿足兩個要素：一是兩個熒光團(tuán)之間必須有適合的空間距離(10100A)，因?yàn)檫@種能量傳遞是通過空間進(jìn)行的；二是能量供體D的發(fā)射光譜和能量受體A的吸收光譜必須要有足夠的光譜重疊。FRET探針的優(yōu)點(diǎn)就在于擴(kuò)大了Stokes shift，可以進(jìn)行比率測定；缺點(diǎn)就在于難于設(shè)計(jì)。Xuhon

5、g Qian, Angew.Chem.Int.Ed., 2008, 47, 8025-8029 ex = 488 nm em = 514 nm ex = 488 nm em = 589 nm圖五：化合物5 5的Hg+紫外滴定圖。圖六：化合物5 5的Hg2+熒光滴定圖。Weiying Lin, Chem.Commun., 2011, 47, 893-895圖七：化合物6 6的Cys熒光滴定圖。圖八：化合物6 6在HeLa細(xì)胞中對Cys熒光成像圖。505-525 nm605-625 nmTBET(through-bond energy transfer)也是一類通過化學(xué)鍵傳遞的能量轉(zhuǎn)移機(jī)制。和FR

6、ET探針一樣，這類探針分子也包含兩個熒光團(tuán)：一個作為能量供體D，一個作為能量受體A。和FRET探針不同的是，TBET探針是通過剛性共軛基團(tuán)將兩個熒光團(tuán)連接起來，這樣既避免了整體分子的共軛，又保證了能量在化學(xué)鍵中有效地傳遞。TBET探針的在理論上實(shí)現(xiàn)了Stokes shift無限擴(kuò)大的可能性，可以進(jìn)行比率測定；缺點(diǎn)就在于設(shè)計(jì)困難，應(yīng)用受局限，所以相關(guān)報道比較少。Kevin Burgess. J. AM. CHEM. SOC., 2009, 131, 1642-1643圖九（右）：BSA-7BSA-7 (0.75 M) 在不同pH水溶液中的紫外吸收光譜。 圖十（左）： BSA-7BSA-7 (0.

7、75 M) 在不同pH水溶液中的熒光發(fā)射光譜。內(nèi)置曲線是長波處和短波處的強(qiáng)度比隨pH變化而變化的曲線。ex =488 nm 。Weiying Lin, Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 375-379 ex em香豆素香豆素 360nm 440nm羅丹明羅丹明 560nm 580nm圖十一（左上）：9a-d9a-d的熒光發(fā)射光譜和1010 的紫外吸收光譜。圖十二（左下）：等當(dāng)量的8a-d8a-d和1010的吸收光譜。圖十三（右下）：以 372nm光激發(fā)等當(dāng)量的8a-d8a-d和1010的熒光發(fā)射光譜 。溶劑均為磷酸緩沖液：水=3: 2，濃度為5 M。內(nèi)嵌圖為手提

8、熒光燈365nm下各物質(zhì)的熒光。 8a () 8b () 8c () 8d () 10 () 9a () 9b () 9c () 9d () 10 ()Excimer指的是處于激發(fā)態(tài)的分子和處于基態(tài)的分子耦合，形成一個締合物，該締合物作為一個整體發(fā)射出紅移的熒光，可用于比率檢測。這類分子要求熒光團(tuán)必須是具有大共軛體系的芳香基，如芘、蒽等，所以導(dǎo)致這種機(jī)制應(yīng)用受限。受溶劑影響很大。Keun-Hyeung Lee, Org. Lett., 2011, 13, 5028-5031.圖十四：化合物1111的陽離子選擇性實(shí)驗(yàn)。Jong Seung Kim, J.Org.Chem., 2008, 73,

9、8212-8218圖十五：化合物1212的陽離子選擇性實(shí)驗(yàn)。ESIPT(excited-state intramolecular proton transfer)是一類質(zhì)子轉(zhuǎn)移機(jī)制。這類探針分子一般包含一個氫鍵給體（一般為-OH）和一個氫鍵受體（如C=O和C=N）。 這兩個部分可以通過分子內(nèi)氫鍵形成一個五元/六元環(huán)。在激發(fā)態(tài)時，質(zhì)子氫發(fā)生轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致分子的共軛體系發(fā)生變化，光譜發(fā)生紅移。受溶劑影響非常大，一般在極性質(zhì)子溶劑中容易發(fā)生。Kyo Han Ahn, , Org. Lett., 2011, 13, 3422-3425圖十六：化合物1313的陽離子選擇性實(shí)驗(yàn)。 Yi Pang, , Org

10、. Lett., 2011, 13, 1362-1365.圖十七：化合物142Zn142Zn的陰離子選擇性實(shí)驗(yàn)。圖十八：化合物142Zn142Zn和PPi作用模式圖。AIE(aggregation-induced emission)是一類基于構(gòu)象變化的發(fā)光機(jī)制，由唐本忠院士在2001年發(fā)現(xiàn)并加以詳細(xì)研究。和一般的發(fā)光機(jī)制不同，這類探針在稀溶液中因?yàn)榉肿觾?nèi)化學(xué)鍵的自由旋轉(zhuǎn)處于不發(fā)光狀態(tài)，聚集時，分子內(nèi)的鍵旋轉(zhuǎn)收到抑制，發(fā)射出強(qiáng)烈的熒光信號。這種機(jī)理的發(fā)現(xiàn)使得熒光探針可以應(yīng)用到固體發(fā)光材料如有機(jī)發(fā)光二極管中，大大拓寬了熒光材料的應(yīng)用。BenzhongTang, Chem.Mater., 2003,

11、 15, 1535-1546圖十九：化合物1515的TLC-PL熒光光譜。圖二十（左）：A）化合物15 15 （10M）在不同溶劑中的熒光光譜。B）水含量對化合物1515的熒光量子產(chǎn)率的影響。圖二十一（右）：化合物15 15 （10M）在不同水-丙酮體系中的粒徑分布。A）70%和B）90%。3072 nm46112 nm表一：不同極性的溶劑對化合物1515的吸收光譜的影響。圖二十二：黏度效應(yīng)對化合物1515的熒光強(qiáng)度的影響。圖二十三：溫度效應(yīng)對化合物1616的熒光強(qiáng)度的影響。Deqing Zhang, Org. Lett., 2011, 13, 6378-6381圖二十四：化合物1717的Zn

12、2+熒光滴定圖。內(nèi)置曲線： 17Zn 17Zn的Zn2+熒光滴定曲線。圖二十五：化合物1717和不同當(dāng)量的Zn2+的絡(luò)合物的粒徑分布。圖二十六：化合物1717和Zn2+的作用模式。C=N異構(gòu)化也是一類基于構(gòu)象變化的發(fā)光機(jī)制，由中科院理化技術(shù)研究所汪鵬飛課題組在2007年首先提出。這類探針分子的熒光團(tuán)和一個C=N基直接相連，激發(fā)態(tài)時，由于C=N鍵的旋轉(zhuǎn)成為非輻射衰變的主要形式而且速度非?？?，體系沒有熒光；當(dāng)C=N鍵的N原子和底物相互作用時，旋轉(zhuǎn)受到抑制，體系發(fā)射出強(qiáng)熒光。Pengfei Wang, Org. Lett., 2011, 13, 6378-6381圖二十七：化合物1818和Zn2+作用的（左）紫外光譜和（右）熒光滴定圖。配體形式激發(fā)態(tài)壽命/ns輻射衰變速率（kr）/s-1非輻射衰變速率（knr）/s-1Free L0.151.01076.6109L-10Zn2+0.724.21089.7108表二：對化合物1818與Zn2+作用前后的理論計(jì)算。在和鋅離子作用前，化合物18在激發(fā)態(tài)時非輻射衰變速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輻射衰變速率，所以無熒光