什麽是熒光探針？

熒光是光致發光的一種發光現象。當某些物質受到光、電、磁、化學能激發時，電子吸收能量並從(cong) 基態躍遷到激發態，激發態的電子不穩定。它將通過輻射躍遷和非輻射躍遷回到基態。輻射躍遷的衰變過程伴隨著光子的發射，產(chan) 生熒光和磷光。非輻射躍遷包括振動弛豫、內(nei) 部轉換和係間跨越。非輻射躍遷會(hui) 造成能量損失，發射光子的能量一般小於(yu) 吸收光子的能量。因此，熒光物質的發射光譜波長通常大於(yu) 吸收光譜波長。

一 熒光探針需要滿足的條件

1.易於(yu) 合成和純化，收率高，安全無毒。

2.穩定性和溶解性好，特別是脂溶性透膜性好。

3、通過物理化學作用與(yu) 標記物質特異性結合，標記條件溫和。殘留物和副產(chan) 物很容易去除。

4.熒光量子產(chan) 率高，摩爾消光係數大，抗漂白能力強。熒光與(yu) 背景形成鮮明對比。此外。激發和發射波長可以有效避免細胞自發熒光的背景幹擾。

二 近紅外（NIR）熒光探頭的優點

1、近紅外光檢測樣品穿透力強、成像分辨率高、檢測靈敏度高、信噪比高。

2.在可見光區域，生物組織的某些成分會(hui) 自激發產(chan) 生自發熒光。並且樣品的散射光強度較高，嚴(yan) 重幹擾熒光檢測和成像追蹤。近紅外熒光自發熒光背景低。

三 檢測細胞內活性小分子（RSM）的NIR方法

細胞中的RSM往往壽命短、反應活性高、濃度極低、對環境敏感且不發出熒光。因此，必須借助熒光探針的特異性捕獲標記才能具有近紅外熒光特性。

四 熒光探針廣泛應用於生物大分子研究的原因

分子熒光探針廣泛用於(yu) 研究蛋白質和其他生物大分子接觸表麵的表麵誘導構象變化。在直接分析方法中，熒光分析方法應用廣泛，且優(you) 於(yu) 間接分析方法，因為(wei) 它不破壞結合平衡，接近反應的真實存在。

五熒光探針作為光敏劑藥物的能量供體

熒光納米探針不僅(jin) 可以作為(wei) 藥物載體(ti) 與(yu) 光敏藥物分子結合形成多功能納米材料，還可以作為(wei) 光敏藥物分子的能量供體(ti) ，提高其單線態氧產(chan) 生效率。

光敏劑和熒光染料的吸收光譜、熒光發射光譜重疊較少。有效避免分子間能量轉移引起的熒光猝滅、單線態氧生成效率降低、熒光成像等。在熒光成像的同時，光敏劑強製激發產(chan) 生的單線態氧也可能與(yu) 激發態發生光化學反應。熒光探針並引起熒光猝滅。或者它可能會(hui) 暴露量子點在成像過程中潛在的毒副作用。因此，設計合適的納米載體(ti) 結構將光敏劑藥物分子與(yu) 熒光探針物理隔離是避免此類光化學反應的有效方法。

六、熒光分子探針的組成及功能

1.受體

它選擇性地與(yu) 物體(ti) （分析物）結合並引起探針所在的化學或生物微環境的變化。

2.熒光團

識別基團與(yu) 分析物結合而引起的化學或生物微環境變化，轉化為(wei) 儀(yi) 器易於(yu) 感知（顏色變化）或可檢測的信號。

小分子熒光探針一般采用有機小分子熒光團，包括蒽、香dou素、熒光素、BODIPY、萘二甲酰亞(ya) 胺、羅丹明、花青等。其衍生物的發射波長範圍幾乎覆蓋所有可見光區域（400-800 nm）。並且通過對這些熒光團進行適當修飾，可以實現藍、綠光到紅光和近紅外光（650-900 nm）的覆蓋。此外，發光量子點、上轉換納米材料、高分子聚合物熒光材料、熒光蛋白等也可作為(wei) 熒光探針中的信號基團。

3.墊片

連接熒光基團和識別基團，有效地將識別信息轉化為(wei) 熒光信號，如熒光強度的變化、熒光光譜的移動、熒光壽命的變化等。從(cong) 而實現對治療檢測對象的有效檢測。並非所有探針都有連接基團。

七 熒光探針可檢測生物體物質

1.質子(H+)。

2.自由基和其他活性氮和氧物種（ROS、RNS）。

3.氣體(ti) 信號分子（NO、CO、H2S……）

4.重金屬汙染（Cd2+.Hg2+.Pb2+…）

5.陰離子(Cl-, HCO3-, H2PO4-, HPO42-...)

6.過渡金屬離子(Fe2+/Fe3+, Zn2+, Cu+/Cu2+…)

7.堿金屬和堿土金屬離子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+…）

8.DNA、RNA、蛋白質等生物大分子。

9、有機小分子如肽、葡萄糖、麥芽糖等。

八、熒光探針的種類

根據與(yu) 客體(ti) 相互作用後熒光信號的變化，可分為(wei) 強度變化型熒光探針和比例計型熒光探針。強度變化型熒光探針分為(wei) 猝滅型（ON-OFF）和增強型（OFF-ON）熒光探針。

強度變化型熒光探針根據熒光強度的變化實現客體(ti) 物種的檢測。由於(yu) 熒光強度還受到探針濃度、激發光源效率、探針所處環境等因素的影響，此類探針在客體(ti) 物種的定量檢測中也存在明顯的局限性。目前，大多數熒光探針都是增強型熒光探針。

比率熒光探針本身也發射一定波長的熒光。其明顯的優(you) 點是可以通過兩(liang) 個(ge) 波長下熒光強度的比值來消除大部分環境因素的幹擾，從(cong) 而實現在探針濃度未知的情況下對被測物種的定量檢測。

九 熒光探針的設計機理

傳(chuan) 統的分子探針設計原理包括光誘導電子轉移（PET）、分子內(nei) 電荷轉移（ICT）、扭曲分子內(nei) 電荷轉移（TICT）、金屬配體(ti) 電荷轉移（MLCT）、電子能量轉移（EET）、熒光共振能量轉移（FRET） ）、激發態分子內(nei) 質子轉移（ESIPT）、激發態準分子/激基複合物形成等。新興(xing) 機製包括聚集誘導發射（AIE）、上轉換發光（UCL）等。

十 光電子轉移（PET）

一般來說，光致電子轉移（PET）工藝分為(wei) 兩(liang) 種類型。一種是電子從(cong) 電子供體(ti) 轉移到激發態熒光團（電子受體(ti) ），激發態熒光團被還原而引起熒光猝滅。另一種是電子從(cong) 激發態熒光團（電子供體(ti) ）轉移到激發態熒光團（電子受體(ti) ）。電子受體(ti) 、激發態熒光團被氧化導致熒光猝滅。當物體(ti) 未結合時，熒光團和受體(ti) 之間的 PET 將淬滅熒光。物體(ti) 結合後，PET 過程受到抑製，熒光團發出熒光。

十一、分子內電荷轉移（ICT）

分子內(nei) 電荷轉移也稱為(wei) 光誘導電荷轉移（PCT），也是設計比例熒光探針的重要方法。這類熒光探針的識別基團直接與(yu) 熒光團相連，也可以理解為(wei) 組成熒光團的某些原子或基團直接參與(yu) 客體(ti) 的識別。

十二 熒光共振能量轉移（FRET）

熒光共振能量轉移（FRET）是能量轉移（ET）的一種。能量轉移是指分子中能量從(cong) 供體(ti) 發色團向受體(ti) 發色團轉移的過程。 FRET 效率通常通過調整光譜重疊程度和供體(ti) -受體(ti) 距離來改變。

十三激發分子內質子轉移（ESIPT）

ESIPT現象是指化合物分子從(cong) 基態躍遷到激發態，然後質子通過分子內(nei) 氫鍵轉移到分子中相鄰的N、S、O雜原子上，形成相應互變異構體(ti) 的過程。

十四準分子/激基複合物形成

準分子（Er）可以定義(yi) 為(wei) 由相同結構的激發熒光團和基態熒光團相互作用形成的締合體(ti) 。同樣，如果處於(yu) 激發態的熒光團和處於(yu) 基態的具有不同結構的熒光團形成複合物，則稱為(wei) 激發態複合物。