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水溶性量子点的合成及其作为小分子荧光探针的应用

兰州大学

硕士学位论文

姓名：孙洁芳

申请学位级别：硕士

专业：化学分析化学

指导教师：陈兴国

20080501

荧光量子点法降钙素原(PCT)试剂盒的研制

《专业课程设计》荧光量子点法降钙素原（PCT）试剂盒的研制学院专业指导老师班级姓名学号

摘要本产品运用免疫层析法的夹心免疫技术将量子点与PCT单克隆抗体结合，建立一种新型的免疫分析法进行特异性定性检测人血清或血浆中的PCT，使灵敏度显著提高，达到或超过某些酶联免疫吸附法(ELISA)的水平。由于待检测PCT与PCT抗体的反应，使得水溶性量子点的荧光强度产生变化，通过测定水溶性量子点荧光强度变化的量来实现对待检测PCT浓度的高选择性定量检测。本发明中的降钙素原(PCT)检测试剂盒具有制备低廉、稳定性好、易于保存，利用荧光量子点标记方法检测灵敏度高、特异性强的优点，比较容易的在临床进行推广。 1.研究背景目前临床和科研实验室中均用免疫学方法检测PCT浓度，包括胶体金法、ELISA法和免疫化学发光法等。所有这些方法的前提都是制备PCT特异性抗体，且健康人血浆中含量极低，在200pg/mL以下，对抗体的亲和力等参数要求很高。迄今为止这些检测体系所用的抗体均来自国外大公司，价格昂贵。因此，制备PCT特异性单克隆抗体，为PCT的免疫检测提供具有自主知识产权的关键原料，对于扩大其临床应用，降低医疗成本，具有重要意义。目前应用化学发光免疫分析技术建立人血清中降钙素原定量检测方法，采用固相包被降钙素原单克隆抗体，生物素标记另一降钙素原单克隆抗体，建立人血清中降钙素原的双抗体夹心化学发光免疫定量检测方法。在此基础上，荧光免疫分析技术是利用荧光物质标记抗体或者抗原分子，通过与待分析物的特异性结合后，检测荧光信号的强度变化，实现对目标分析物的定性和定量检测。制备荧光信号强、免疫活性好的量子点-抗体（QD-Ab）复合物是将量子点应用于荧光免疫检测的关键。QD-Ab的荧光信号放大效率主要是由量子点—抗体偶联比例以及量子点本身的荧光量子效率决定，而其免疫活性则由QD表面偶联的抗体分子的量效决定，除了抗体自身亲和力对复合物的免疫活性产生影响外，抗体与量子点间的偶联位点和抗体分子在量子点表面的空间构象也对QD—Ab复合物的免疫活性有重要影响。简介及临床意义 PCT（降钙素原，procalcitonin）是一种无激素活性的降钙素前肽物质，来自于定位11号染色体上的单拷贝基因，该基因由2800个碱基对组成，含6个外显子和5个内含子，相对分子质量约为13×103。在正常代谢下，甲状腺C细胞产生PCT并分泌激素活性的降钙素。正常人血中PCT浓度极低，当严重细菌、真菌、寄生虫感染以及脓毒症和多脏器功能衰竭时它在血浆中的水平升高。在自身

生物医学荧光量子点功能材料的应用

生物医学荧光量子点功能材料的应用量子点（quantumdot，QD）又称为半导体纳米微晶体（semiconductornanocrystal）材料，由Ⅱ-Ⅱ族或Ⅱ-Ⅱ族元素组成，粒径为1~100nm，是小于或接近激子玻尔半径的半导体纳米颗粒[1]。荧光量子点功能材料是一种新兴的无机发光纳米材料，因其独特的光学性能、电学和光电性质，克服了细胞在可见光区的自发荧光对标记分子所发信号的掩盖现象，较好地实现对所研究分子的长时间荧光标记观察。因此，荧光量子点功能材料作为一种生物示踪的标志物，受到了越来越广泛的关注与研究，并已成为近期新的国内外研究热点。 1荧光量子点功能材料的基本特点及合成修饰方法 1.1荧光量子点功能材料的基本特点探索和发展高灵敏度的非同位素检测方法一直是生物医学研究领域十分关注的课题，其中使用有机荧光染料来标记细胞是广泛应用的方法之一。传统的荧光染料有着不可逾越的缺陷：较宽的发射光谱和较窄的激发光谱，在多种成分同时成像时容易造成荧光光谱的重叠，导致了荧光探针数量较少；荧光染料性质不稳定，容易分解和漂白，其产物易对细胞造成破坏[2]。荧光量子点功能材料相比于传统的有机荧光分子，具有分子激发光谱特性好、发射光谱对称、吸收光谱宽而连续、荧光效率高、寿命长、光学化学稳定性、不易被生物活性物质降解等优点[3]。量子点的荧光发射波长可以通过改变荧光量子点的半径以及化学成分而得到，因此其荧光覆盖了从近紫外光到近红外光的光谱范围。量子点标记作为一种高灵敏度的非同位素检测方法，被认

为是有机荧光标记染料的合适替代物。 1.2荧光量子点功能材料的合成及修饰方法荧光量子点功能材料的合成方法有溶胶法、溶胶凝胶法、微乳液法、电化学沉积法、气相沉积法等[4]，其制备研究早期，普遍使用产量低、粒径分布特性差的气相沉积法或者是水溶液中的共沉淀法。经过不断发展，荧光量子点功能材料的合成从有机金属法过渡到水相合成法，再到目前较为常用的溶胶法。如今，量子点的合成技术在粒径分布、荧光量子的产率及一次合成的数量上都有了明显的突破。荧光量子点材料的发光性质不仅同其合成技术有关，而且还与其表面所修饰的分子的结构性质密切相关。在荧光量子点材料修饰具有特异性识别目标物的生物分子或者其他化合物时，就可以利用荧光量子点的荧光增强、荧光淬灭、氧化还原的性质与待检测的底物联系起来或者发生反应，进而将其用于目标物的分析。如将荧光量子点材料用不同的金属离子来修饰，以构建新型的传感材料。一般情况下，合成的荧光量子点因表面覆盖一层疏水的配体而难以直接应用于以水溶液为微环境的生物医学检测领域，需要对其进行一定的修饰才能使其具有水溶性。目前，已经存在多种修饰荧光量子点的方法，如包覆法、化学交换法、疏水相互结合法等。 2荧光量子点功能材料在生物医学工程中的应用荧光量子点材料在生物医学、药学、环境检测、食品卫生和公共安全等领域均有广泛的应用。由于其应用领域较为宽泛，因此本研究主要讨论荧光量子点功能材料在生物医学中的应用。按照基于荧光量

荧光比率探针及其应用研究进展

７前　言荧光比率技术是荧光分析中的一项重要技术。该技术在生物染色剂中，可被紫外线或蓝紫光（短波长光）激发而发射荧光的染料，称为荧光染料（荧光色素）。可被长波长光激发，这些荧光色素常称为荧光探针。荧光探针通常用于固定组织和细胞的染色，以及或活细胞中的应用，　此外还包括应用于体内荧光探针。分子荧光探针按用途分类包括离子探针、极性探针、粘度探针、ＰＨ值探针、膜荧光探针、细胞活性探针、细胞器探针、位点特异性荧光探针等等。探针通过与分析物（如生命金属离子）进行结合后，引起荧光特性发生变化，通过测定荧光的激发波长、发射波长、荧光强度、峰位、荧光寿命、荧光量子产率和各向异性等，获得相关信息。荧光方法测定中，荧光探针在与反应物结合后，出现激发或发射光谱移位的探针，可使用在两个不同波长测定的荧光强度比率进行测定，称为比率测量。因为通过二个选择性的波长的荧光强度变化可作为定量的依据，　通常指在波长范围内有荧光强度明显的变化。同普通荧光探针相比，比率测量探针可以被分为两部分。一种是荧光比率效果是通过原来荧光谱的迁移。通常，这些迁移的背景是荧光探针激发态的电子转移。它被激发通过改变发色团同周围分子或原子交互作用的能量改变（溶剂化显色迁移），同外部电场的交互作用（电致显色迁移）和在发色团中的双电弛豫（双电弛豫迁移）。另外一种结合探针，荧光谱包括２个或更多的谱带。通常，是这些谱带相对强度的改变，激发态同荧光探针发色团反应。这些反应在不连续的能量状态。荧光比率探针及其应用研究进展杨柳＊　，郭成海，张国胜（防化研究院第四研究所，北京　１０２２０５）摘要本文介绍了荧光比率探针，包括阳离子探针、阴离子探针、ｐＨ值探针、极性探针、氧化性和分子的比率测量探针的应用及近几年的研究进展。关键词荧光分析，比率测量＊作者简介：杨柳（１９７５－），男，助理研究员，博士研究生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｌｉｕｊｉｎｊｉｎ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ所以在初始和产物状态都随着能量转移而发射荧光。荧光比率测定法可消除光漂白和探针负载和留存及设备因素（照明稳定性）引起的数据的失真。如阴离子探针可通过有机离子载体从细胞排除，如ＡＭ酯可被Ｐ糖蛋白多药载体排出荧光比率测定法可减少探针渗漏对实验结果的影响。探针与离子结合后，出现激发或发射光谱移位的探针可使用在两个不同波长测定的荧光强度比率校准，可克服由于离子浓度的变化而造成的荧光信号人工假象。Ｂｒｉｇｈｔ等（１９８９）发现比率测量减少或消除几种决定因素的变化对测量荧光强度的影响，包括探针浓度、激发光的光路长度、激发强度、和检测效率。消除的人工假象包括光漂白、探针渗漏、细胞厚度、探针在细胞内（区室化作用引起）或不同细胞群之间（负载效率差异造成）的不均匀分布。比率测量探针已经应用于不同的测量领域：离子探针（阳离子探针Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋，Ｚｎ２＋，Ａｇ＋等）阴离子探针（Ｃｌ－，ＣＮ－，Ｆ－等），膜探针、活性氧和一氧化氮探针，极性探针、ＰＨ值探针等等。１应用比率测量的阳离子探针：各种各样的阳离子在生命活动中起重要的作用，　如构成细胞和生物体某些结构的重要成分，参与并调节生物体的代谢活动等，荧光方法通常用来测定阳离子在生物体不同组织的含量和分布。阳离子比率测量探针也在不断发展。１．１Ｃａ２＋检测的比率测量探针：探针与Ｃａ２＋结合后出现光谱移位的探针可进行比率测量。主要包括：Ｆｕｒａ－２、双－　Ｆｕｒａ－２、Ｆｕｒａ－４Ｆ、Ｆｕｒａ－５Ｆ、Ｆｕｒａ－６Ｆ、　ｉｎｄｏ－１、ｉｎｄｏ－５Ｆ、ｍａｇ－Ｆｕｒａ－２

量子点作为荧光探针在生物医学领域的研究进展

Hans Journal of Nanotechnology纳米技术, 2016, 6(1), 9-13 Published Online February 2016 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/6b18691424.html,/journal/nat https://www.wendangku.net/doc/6b18691424.html,/10.12677/nat.2016.61002 Advances of Quantum Dots as Fluorescent Probes in Biological and Medical Fields Guolong Song, Xiangdong Kong* Institute of Biomaterials and Marine Biological Resources, College of Life Sciences, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou Zhejiang Received: Jan. 27th, 2016; accepted: Feb. 13th, 2016; published: Feb. 16th, 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.wendangku.net/doc/6b18691424.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Quantum dots (QDs), three-dimensional (3-D) nanocrystals, possess a great deal of unique optical performances, such as wide excitation wavelength, narrow and symmetric emission wavelength, high quantum yield, long fluorescence lifespan, stable optical property. QDs can be used as fluo-rescent probes to label different components in biosystem, which contains tissues, cells, molecules and living animals imaging. A review on the advances of QDs as fluorescent probes in Biological and Medical fields is given in the paper. Keywords Quantum Dots, Biological Probes, In Vivo Imaging 量子点作为荧光探针在生物医学领域的研究进展宋国龙，孔祥东* 浙江理工大学生命科学学院，生物材料与海洋生物资源研究所，浙江杭州收稿日期：2016年1月27日；录用日期：2016年2月13日；发布日期：2016年2月16日 *通讯作者。

CdS荧光量子点的合成及其表征

第7卷第2期2007年6月湖南工业职业技术学院学报 J OURNAL O F HUNAN INDUSTRY POLYTEC H NIC V o l 7N o 2J un 2007 CdS 荧光量子点的合成及其表征李雄 (湖南科技职业学院,湖南长沙 410004) [摘要] 采用胶体化学法于水相中直接合成了荧光C dS 量子点(QD s)。利用XRD 、TEM 、UV -V is 、FL 等表征手段对所制得样品的结构和形貌进行分析。 [关键词] CdS 纳米晶;荧光;合成[中图分类号] TP6 [文章标识码] A [文章编号] 1671-5004(2007)02-0024-02 Synthesis and Characterizati on of CdS QD s L I X iong (Hunan Techn ical Profess i onal Insti tute Changs h a 410004,H unan) [Abstract] CdS QDs w as s ynthes iz ed d irectly i n an aqueous s o l uti on Th e s i ze ,shape and op tical p roperty of C dS QDs are characterized by TE M,XRD,UV -V i s and FL spectra [K ey words] CdS QDs ;FL spectrum;s ynthes is [收稿日期] 2007-05-02 [作者简介] 李雄(1979-),男,湖南汩罗人,湖南科技职业学院教师,研究方向:化留。自1998年A li v isatos [1]和N i e [2]成功地利用CdSe-ZnS 纳米粒子的荧光特性对老鼠的成纤维细胞进行了标记和非同位素检测的新方法以来,激起了全世界科学家对Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米粒子的研究热潮[3]。目前,Ⅱ Ⅵ族半导体纳米粒子较成熟的制备方法金属有机合成法。P eng [4-5]课题小组采用金属有机法在该领域取得了令人瞩目的成就。他们在有机溶剂TO P /TO PO 体系中合成了分散均匀,表面包覆TO PO 的CdE(E =S 、Se 、T e)半导体纳米晶体。但该工艺复杂,条件苛刻,同时在体内检测还有很大的难度。本文结合各国科学家所取得的成果[6,7]在水相中直接合成了分散性好,荧光强度高,稳定的CdS Q D s 。一、实验部分 1 仪器与试剂氯化镉、硫化钠、氢氧化钠、氯化氢、硫脲(T u)均为国产分析纯试剂,购自中国国药集团。其它化学试剂均为分析纯。实验用水为本中心自制的去离子水。粉末x -ray 衍射测试采用R i g aku 的D /max -2200型X 射线衍射仪。测试条件为:Cu 靶,波长为:1 54056n m,管电压40k V,管电流40mA,扫描速度为4 m i n -1在10~900范围内对样品进行扫描。透射电子显微镜为日本JS M -2000,其操作电压为160KV,样品用水稀释后直接滴到碳支撑膜上,待干燥后放在铜网上进行测定,观察并拍照。荧光光谱采用日立F -4500型荧光分光光度计,通过样品激发波长的测定,除特别说明外,均选择350n m 为激发波长,光电倍增管的副高压选为950V,狭缝宽度为2 0n m,扫描速度为2400nm m i n -1的条件下测定。紫外-可见光谱于室温下在日本Sh i m adzu 公司UV -265紫外-可见分光光度计测定。 2 实验方法取10mL 新配制1 0 10-3m o l l -1的CdC l 2水溶液,6倍量的硫脲溶液,用1m o l l -1的N aOH 和HC l 溶液调节到p H = 2后加入5mL 一定量新配制1 0 10-3mo l l -1的N a 2S 水溶液,控制[Cd 2+]与[S 2-]的比例。避光搅拌30m i n 后在适宜温度下加热回流3小时。取部分溶液,将其稀释10倍后进行表征和荧光测定。二、结果与讨论 1 CdS QD s 的TE M 分析图1 CdS 纳米晶的T E M 图F i g1 T E M pho tog raph o f CdS QD s 通常采用透射电子显微镜(TE M )来观察纳米粒子的形貌、粒径大小。图1为是采用T u 为稳定剂,[Cd 2+]:[S 2-]=1:0 5的条件下制备的CdS QD s 的透射电子显微镜图片。从图1 所显示的电镜照片可以看出CdS QD s 近似为球形,粒径大小分布均匀,分散性良好。通过对图片上粒子的测量,其基本分散在6n m 左右。 2 X 射线粉晶衍射分析图2为在[Cd 2+]:[S 2-]=1:0 5,p H 为2的条件下,采用

碳量子点的制备与应用

Journal of Advances in Physical Chemistry 物理化学进展, 2017, 6(3), 128-136 Published Online August 2017 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/6b18691424.html,/journal/japc https://https://www.wendangku.net/doc/6b18691424.html,/10.12677/japc.2017.63016 文章引用: 叶明富, 陈丙才, 方超, 吴延红, 陈国昌, 孔祥荣. 碳量子点的制备与应用[J]. 物理化学进展, 2017, 6(3): Synthesis and Applications of Carbon Quantum Dots Mingfu Ye 1*, Bingcai Chen 1, Chao Fang 1, Yanhong Wu 2, Guochang Chen 1, Xiangrong Kong 3 1School of Chemistry and Chemical Engineering, Hexian Development Institute of Chemical Industry, Anhui University of Technology, Maanshan Anhui 2Shandong Huayu University of Technology, Dezhou Shandong 3Beijing Building Materials Sciences Research Academy, Beijing Received: Jul. 10th , 2017; accepted: Jul. 23rd , 2017; published: Jul. 26th , 2017 Abstract Carbon quantum dots (CQDs), a novel class of carbon nanomaterials, have received wide attention due to their strong quantum confinement effect and stable photoluminescence property. This ar- ticle reviews the different synthetic methodologies to achieve good performance of CQDs. At the same time, the applications of CQDs are also reviewed in the article. Keywords Carbon Quantum Dots, Nanomaterials, Preparation Methods, Applications 碳量子点的制备与应用叶明富1*，陈丙才1，方超1，吴延红2，陈国昌1，孔祥荣3 1 安徽工业大学和县化工产业发展研究院化学与化工学院，安徽马鞍山 2山东华宇工学院，山东德州 3北京建筑材料科学研究总院有限公司，北京收稿日期：2017年7月10日；录用日期：2017年7月23日；发布日期：2017年7月26日摘要碳量子点(Carbon quantum dots, CQDs)是一种新型的碳纳米材料，因其强的量子限域效应和稳定的荧*通讯作者。

荧光量子点

荧光量子点探针在生物医学中的应用进展杨冰冰1302班2013113010222 【摘要】量子点(半导体纳米微晶体)作为一种新型荧光探针,在生物医学领域中应用已引起国内外科学工作者的极大关注。文章主要概括了荧光量子点在活细胞荧光标记及组织光学成像、肿瘤细胞示踪及检测、荧光免疫分析和微生物学等方面的应用。【关键词】荧光量子点探针生物标记量子点(quantumdots,QDs)又称半导体纳米微晶体,是一种由0族元素组成的能够接受激发光产生荧光的半导体纳米颗粒,其颗粒直径一般约为1~100nm。由于其具有独特的量子尺寸效应和表面效应,表现出优良的光谱特征和光化学稳定性,许多科学工作者已经尝试着将其应用于生物学领域,并且取得了一定的进展。本文将主要评述荧光量子点探针在生物医学中的应用进展。一，活细胞荧光标记及组织光学成像细胞或细胞组分成像的标准方法是用荧光物质对相关部位进行标记,量子点作为纳米尺寸的晶体,有着独特的光化学和光物理学特性,使其不仅适合单分子成像,也可以进行组织整体的成像研究。Chen 等首次报道了将量子点与标记分子复合物通过转染进入细胞核,在实验中他们将量子点与SV40(猴病毒40)大的T抗原核定位信号(NLS)结合,并经转染进入活细胞,通过荧光成像系统监测到复合物从细胞质到细胞核的运动过程。这一工作首次将量子点用于细胞核中进行长时程生物现象观测,提供了一种新的无细胞毒性成像技术。Wu等证明

了量子点标记抗体能特异地识别亚细胞水平的分子靶点。他们用量子点标记的羊抗鼠IgG作为二抗,结合抗Her2单克隆抗体,观察到了乳腺癌细胞表面的Her2。用抗生物素蛋白交联具有不同发射光谱特征的量子点,配合生物素标记的二抗和特异性单抗,不仅能同时识别细胞表面的Her2和核抗原,也能同时识别胞浆微管蛋白和核抗原。与有机荧光染料Alexa488比较,量子点发射的荧光较强而且不被激发光淬灭。Jaiswal等基于量子点荧光的稳定性,用DHLA包被的量子点与活细胞于37e共孵育,观察到量子点通过内吞作用进入细胞,也观察到交联生物素的量子点进入生物素化的细胞。进入细胞的量子点不影响细胞的形态和生长,培育12d还可看到细胞内的量子点荧光。Lidke 等应用QDs的荧光示踪EGF与其受体erbB1的结合和信号转导过程,直接实时动态观察到一个信号分子与细胞膜结合通过细胞丝足、胞吞内化,以及与erbB2、erbB3相互作用的全过程,直观显示了癌细胞信号转导的过程,这表明QDs为研究活细胞内的信号传递及其分子机制开辟了一条新的途径。二，肿瘤细胞示踪及检测将基于量子点荧光探针建立的光学成像技术应用于肿瘤的早期诊断有着巨大潜力,这是一项灵敏的、非电离性、花费相对便宜的技术。Nida等将量子点连接的表皮生长因子受体与抗生长因子抗体形成共轭对来探测宫颈癌前期生物学标志物,结合光学成像技术,显示宫颈癌在分子水平的变化,有助于肿瘤的早期诊断。Kim等将近红外QDs以4.0@10-7mol/L的浓度分别注射入小鼠前爪及猪腹股沟皮下,

量子点在荧光分析中的应用

量子点在荧光分析中的应用量子点(Quantum Dots，QDs),即半径小于或接近于激子玻尔半径的半导体纳米晶粒，也称为半导体纳米颗粒。它的直径只有1~10nm，因此存在特殊的物理性质，如量子尺寸效应、表面效应等，表现出优良的纳米效应。它的激发光谱宽且连续分布、发射光谱窄而对称、发射光稳定性强，不易发生光漂白，通过改变粒子的尺寸和组成可获得从UV到近红外范围内的任意点的光谱，因此相对传统有机荧光试剂具有无可比拟的优越性。由于量子点具有上述独特的性质，自20世纪70年代末，它就在物理学、材料科学、化学及电子工程学等方面引起广泛的关注。近年来，随着制备技术的不断成熟与荧光量子产率的不断提高，有关量子点在荧光分析中的应用研究取得了重要进展。 1. 量子点的尺寸及其结构量子点是一种零维的纳米材料。所谓零维的纳米材料是指当半导体材料从体相逐渐减小至一定临界尺寸(典型直径尺寸为1~10nm，可以抽象成一个点)以后，材料的特征尺寸在三个维度上都与电子的德布罗意波长或电子平均自由程相比拟或更小，电子在材料中的运动受到了三维限制，也就是说电子的能量在三个维度上都是量子化的，结构和性能也随之发生从宏观到微观的转变，称这种电子在三个维度上都受限制的材料为零维的纳米材料，即量子点。它主要是由II-IV族元素(如CdSe，CdTe，CdS，ZnSe等)和III-V族元素(如InP，InAs等)组成的纳米晶体。量子点的结构一般包括核（core）、壳（shell）两个部分。核，一般使用CdSe、CdTe或者InAs等作为材料，其尺寸的大小及其晶格生长情况主要决定了其光学性质（包括发射波长和荧光量子产率）。壳是具有不同禁带宽度(通常是更宽禁带宽度)的其它材料，或者也可是真空介质。合适厚度的壳结构可以进一步提高量子点的荧光量子产率，而且外层的壳可以将核与外界隔绝而保护核，同时还可以为进一步的表面化学修饰提供良好的基底条件（如图1所示）。一般金属化合物/有机相合成得到的量子点表面会覆盖一层油相的TOPO表面活性剂分子，在生物应用之前，需要使用亲水性分子取代TOPO或使用两亲性分子在TOPO外包裹，使量子点具有水溶性。

荧光探针在蛋白质研究中的应用

第13卷　第3期1998年6月荧光探针在蛋白质研究中的应用 Ξ王守业　余华明　张祖德　刘清亮 (中国科技大学化学系　合肥230026) 大学化学摘要　荧光探针技术是研究蛋白质在水溶液中构象的一种有效方法。利用它可以测定蛋白质分子的疏水微区内两基团的距离以及酶与底物结合过程中蛋白质构象的变化等。本文综述了荧光探针技术在蛋白质研究中的一些进展。一、　引言荧光探针技术是利用物质的光物理和光化学特性,在分子量级上研究在溶液中蛋白质构象的一种方法。该方法的最大特点是具有高度的灵敏性和极宽的动态响应范围。荧光探针物质之所以可被用来研究蛋白质的构象,主要是因为其具有特殊的光物理性质,如在不同极性介质中有着不同的光谱特性(即不同的峰值波长),不同的荧光量子产率和荧光寿命等。因此,测定荧光探针物质和蛋白质分子结合后荧光峰波长、位移及量子产率的变化,就可探知其所处微环境的极性及其他有关性质。利用荧光探针技术研究蛋白质在溶液中的构象有两种方法:一种是测定蛋白质分子的自身荧光,即“内源荧光”,另一种是利用荧光探测剂,即“外源荧光”。若引人的荧光探测剂为有机分子,则该分子叫做有机荧光探针;若引入的荧光探测剂为稀土离子(如铽(Ⅲ)、铕(Ⅲ )等),则该离子叫做稀土离子荧光探针。二、　荧光探针的某些光物理和光化学特征 1.　有机荧光探针的某些特征最常用的有机荧光探针物质有12苯胺基萘282磺酸(ANS ),22对甲胺萘262磺酸(2062TNS )和12N 0N 2二甲胺基萘252磺酸(1052DNS )(dansyl acid ),其结构如图1:θθSO -3 N θH θθSO -3N H θ H 3C θθS O O Cl N H 3C CH 3 1,82ANS 2,62TNS 1,52DNS 2Cl 图1　1082ANS,2062TNS 和1052DNS 2Cl 的结构这些化合物在水溶液中基本不发荧光,量子产率低(低于0.1),但在非极性溶剂中,其量子产率大增,荧光峰蓝移,且能和许多蛋白质结合。这种探针分子溶液的荧光光谱因溶剂极 Ξ本文为国家自然科学基金资助项目。

荧光探针的发展和应用

Supplementary materials for: Perylene diimide based “turn-on” fluorescence sensor for detection of Pd2+ in mixed aqueous media Hai-xia Wang a, b,*, Yue-he Lang a, Hui-xuan Wang a, Jing-jing Lou a, Hai-ming Guo a, b, Xi-you Li c,* a School of Chemistry and Chemical Engineering, Key Laboratory of Green Chemical Media and Reactions of Ministry of Education, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China b School of Environmental Science, Henan Normal University, Xinxiang 453007, China email: hxwang5270@https://www.wendangku.net/doc/6b18691424.html, (H. Wang) c School of Chemistry an d Chemical Engineering, Shandong University, Jinan 250100, China email: xiyouli@https://www.wendangku.net/doc/6b18691424.html, (X. Li) Contents Page S1: Title of the paper, authors along with the contents. Page S2-S4: Copy of the 1H and 13C NMR spectra of PDI-1, PDI-2 and PDI-3. Page S5:Photophysical properties of PDI-1, PDI-2and PDI-3derivatives in different solvents at room temperature; Fluorescence spectra change of PDI-2and PDI-3 upon addition of different metal(8.0 equiv) ions; UV-vis spectra of PDI-1 (6.0 μM) in the presence of different metal ions (8.0 equiv). Page S6: Job’s plots in DMF/H2O (v/v, 7/1) and acetonitrile; Fluorescence spectra changes of PDI-1 (5.0 μM) in the presence of Pd2+in acetonitrile and chloroform;ESI mass spectra of PDI-1 in the presence of 1.0 equiv PdCl2 in CH3CN. Page S7: Job’s plots of PDI-1 (5.0 μM)in the presence of Pd2+in chloroform; Influence of pH on fluorescence intensity of PDI-1 (5.0 μM) in the absence and presence of 1.0 eq Pd2+; Benesi-Hildebrand analysis results.

荧光探针

荧光探针(fluorescent probe)在化学传感、光学材料及生物检测和识别等领域得到了广泛的应用，并成为实现上述功能的一种主要的技术手段。但以传统的有机荧光染料为主的荧光探针在应用中也存在一些难以克服的缺陷。最近，无机发光量子点、荧光聚合物纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子等荧光纳米探针的相继出现，在一定程度上克服了传统有机荧光试剂的缺陷，为生物分析提供了新的发展领域，成为了近年来研究的热点，在此我想作一简单介绍，希望能起到抛砖引玉的作用，如果大家觉得我有什么地方说错的话，欢迎批评指正！让我也从中受益！ 1、荧光纳米粒子的分类荧光纳米粒子是指可以发荧光的半导体纳米微晶体（量子点）或将荧光团(Fluorophore)通过包埋、共价键连接以及超分子组装等方式引入有机或无机纳米粒子中，并让纳米粒子承担有机小分子荧光染料的检测、标记等功能。与传统的荧光染料相比，荧光纳米粒子具有更高的亮度和光稳定性，也能更加容易地实现水分散性和生物相容性。另外，随着纳米制备技术的进一步提高，对纳米粒子的尺度的精确控制及对粒子功能化手段的日臻完善，这在很大程度上使荧光纳米粒子满足了化学传感器、生物探针等领域的要求。目前荧光纳米粒子主要有无机发光量子点、荧光高分子纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子三大类。 1.1.量子点量子点(quantum dot, QD)又可称为半导体纳米微晶体，是由数百到数千个原子组成的无机纳米粒子，是一种由II-VI 族或者III-V 族元素组成的纳米颗粒。目前研究较多的主要是CdX(X = S、Se、Te)。量子点粒径很小，它们的电子和空穴被量子限域，连续能带变成具有分子特性的分立能级结构，因此光学行为与一些大分子很相似，可以发射荧光。量子点的体积大小严格控制着它的光谱特征。量子点的晶体颗粒越小，比表面积越大，分布于表面的原子就越多，而表面的光激发的正电子或负电子受钝化表面的束缚作用就越大，其表面束缚能就越高，吸收的光能也越高，即存在量子尺寸效应，从而使其吸收带蓝移，荧光发射峰也相应蓝移。可见，相对于其他传统的荧光染料而言，量子点由于其量子尺寸效应，粒径不同或组成材料不同即可发射不同颜色的荧光。由于量子点潜在的应用前景，研究者在量子点的制备方面展开了一系列的研究。目前，量子点的制备方法根据其所用材料的不同，有以下两种方法：一、在有机体系中采用胶体化学方法以金属有机化合物为前体制备量子点，二、在水溶液中直接合成。在有机体系采用胶体化学方法制备量子点的研究中，Bawendi等将金属有机化合物注射入热的有机溶剂中，在高温下制备出具有单分散性的CdSe量子点。后来，人们使用无机物来钝化颗粒表面，发展了核壳结构的量子点。peng等人以CdO或Cd(Ac)2为原料，在一定条件下与S、Se、Te的储备液混合，一步合成了性能良好的CdS、CdSe、CdTe量子点。Nie等以此法合成了CdSeTe量子点，其荧光发射最大的波长为850 nm，量子产率高达60%。该法不但克服了先前合成方法中需要采用(CH3)2Cd作为原料的缺点，而且所合成的量子点荧光量子产率高、尺寸分布窄、波长覆盖范围广。此外，Reiss等人在Peng的基础上以CdO为前体在HDA-TOPO混合体系中合成CdSe，然后以硬脂酸锌为锌源，在CdSe的表面包覆一层ZnSe，首次合成了CdSe/ZnSe核壳结构的量子点，荧光量子产率高达85%。另外，也有研究者采用在水溶液中进行量子点的合成，Weller等人以六偏磷酸钠及巯基乙酸、巯基乙胺等巯基化合物为稳定剂，以Cd(ClO4)2?6H2O为镉源合成了水溶性的CdS、CdSe、CdTe量子点。该法操作简单、可制备的量子点种类多、所用材料价格低、毒性小，且量子点表面修饰有可直接与生物分子偶连的羧基或氨基等官能团。然而，采用在水溶液中合成量子点的方法存在着量子产率不高、尺寸分布较宽等缺点。所以，目前人们仍较多的采用在有机体系中进行量子

荧光探针定量PCR技术原理及应用

荧光探针定量PCR技术原理及应用 PCR技术是通过对基因的选择性片段进行体外高效扩增，实现目的基因的检测。荧光探针定量PCR （FQ-PCR）是一种新的基因定量检测技术，国外文献多用“实时定量PCR（real time quantitative PCR）”或“TaqMan PCR(以美国PE公司商标命名) ”。该技术是在常规PCR基础上加入荧光标记探针，巧妙地把核酸扩增（PCR）、杂交及光谱技术结合在一起，从而实现了对目的基因的准确定量检测，正发展成为临床实验诊断的常规技术。 1.原理 FQ-PCR的工作原理[1-3]是利用Taq酶的5’→ 3’外切酶活性，在PCR反应系统中加入一个荧光标记的探针。该探针可与引物包含序列内的DNA模板发生特异性杂交，探针的5’端标以荧光报告基团FAM （6-羧基荧光素，荧光发射峰值在518mm处），靠近3’端标以荧光淬灭基团TAMRA(6-羧基四甲基诺丹明,荧光发射峰值在582nm处)，两者之间构成能量传递结构。当探针保持完整时，5’端荧光报告基团所激发出的荧光信号被3’端淬灭基因吸收或抑制，不出现荧光信号变化。当PCR反应体系中有目的基因存在，就会扩增出特异核酸片段，荧光探针即会根据碱基配对的原理与之杂交。当PCR进入延伸（复制）期，Tap 酶从引物3’端开始,随新链延伸沿DNA模板移动，当移动到探针结合的位置时，其5’→ 3’端外切酶活性作用，将探针切断（切口平移效应）。荧光报告基团和淬灭基团间的能量传递结构被破坏，淬灭基团的淬灭作用被解除，荧光报告基团的荧光信号释放出来（图1）。PCR反应每复制一个特异核酸片段，就有一个探针被切断，伴随一个荧光信号的释放。由于被释放的荧光基团数目和PRC产物是一对一的关系，因此用荧光检测技术检测出的荧光信号有无或强弱，即代表扩增产物有无或多少。由于荧光信号是代表扩增产物的有效特异信号，无需进行有效和无效信号分离，实现了仪器实时检测(图2)，为新的PCR定量原理创造了条件。