荧光探针设计原理.doc

荧光化学传感器是建立在光谱化学和化学波导与量测技术基础上的将分析
对象的化学信息以荧光信号表达的传感装置。其主要组成部件有三个 ( 图
1． 1)：1．识别结合基团 (R)，能选择性地与被分析物结合，并使传感器所处
针分子发生化学反应后仍旧通过共价键相
连接 :另一类是目标离子催化了一个化学反应（图 ）。
图 化学计量法的两种类型
一般而言，化学计量型荧光探针分子都具有专一性和不可逆性。尽管这类
探针已有不少报道 ,但由于设计较为困难和反应不够灵敏等缺陷而进展较为缓
慢。
图



氨基酸荧光分子探针
Kim

和

Hong

等[25] 设计的识别半胱氨酸及高半胱氨酸的荧光分子探针

3，
属于第一种类型。他们利用半胱氨酸及高半胱氨酸与醛生成五元噻唑环或六元
噻嗪环的特异反应以及反应前后化合物 3 和 4 荧光性质的显着差异实现了对半
胱氨酸及高半胱氨酸的高选择性检测。
化合物 5[26] 是较早应用化学反应原理实现检测客体的荧光探针，属于第
二种类型。化合物 5 的乙***溶液中加入***离子后荧光显着增强 (34 倍)并红移，
进一步用质谱检测发现生成了脱硫产物 6。
图 基于***脱硫原理的***离子荧光探针
荧光分子探针的响应机理
目前，荧光分子探针的响应机理主要有以下几种：光致电子转移（ PET,
photo-induced electron transfer）、分子内电荷转移（ ICT, intramolecular charge
transfer）、荧光共振能量转移（ FRET, fluorescence resonance energy transfer）
等。
光诱导电子转移原理（ PET）
光致电子转移是指电子给体或电子受体受光激发后，激发态的电子给体与
电子受体之间发生电子转移的过程。典型的光致电子转移荧光探针体系是由具
有电子给予能力的识别基团 R 通过连接基团 S 和荧光基团相连组成的功能分
子。
一般情况下，荧光分子探针的识别基团是电子给体，荧光基团是电子受
体，并且通常情况下多采用含有氨基的基团作为识别基团。具体 PET 工作过
程如下：在识别基团与待测物种结合之前，当荧光基团受激发，具有给电子能
力的识别基团能够使其处于最高占据轨道的电子转入激发态荧光团因电子激发
而空出的电子轨道，使被光激发的电子无法直接跃迁到原基态轨道发射荧光，
导致荧光基团的荧光猝灭。而识别基团与待测物种结合之后，由于降低了识别
基团的给电子能力，光致电子转移过程被减弱或者不再发生，荧光基团的荧光
发射得到恢复（如图 ）。
图 荧光分子光致电子转移的 “开”“光”过程示意图。
由于与待测物种结合前后的荧光强度差别很大，呈现明显的“关 ”、“开”状
态，因此