（分析化学专业论文）新型氧荧光探针的研究.pdf

新型氧荧光探针的研究 王晓英 摘要氧是维持人体生命的必需物质，是维持脏器功能的基本条件。生命体中 任何一个系统的氧的浓度及其分布出现异常，将直接影响到正常的生理活动，都 有害于健康。近年来，氧在生物学和生物医学等领域中的研究倍受关注，氧参与 的各种发病机理研究越来越受到重视。目前，氧浓度的检测主要基于氧荧光磷光 探针光猝灭技术来实现，但现有的氧荧光磷光探针有诸多的不足。合成一种水溶 性的、长波发射的、对氧有良好响应的、无毒副作用、可以直接导入体内进行无 创伤、无明显背景干扰检测的新型氧荧光探针是十分必要和追切的。本着这个目 标，我们开展了与其相关的研究。 本论文主要包括以下四个部分： 一、概述 对检测氧浓度的分析测试方法与原理、氧对荧光磷光的猝灭理论、应用于氧 探头的荧光磷光指示剂以及氧荧光磷光探针在生物医学领域的应用进行了较为 详尽的综述。 二、三种水溶性金属卟啉的合成 1 采用混合溶剂法合成m e s o - 5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 四( 对羟基苯基) 卧啉( h 2 t h p p ) ，用浓 h 2 s o 。将其磺化。对磺化反应的用料比、反应温度、反应时间等条件进行了探讨， 采用了最佳工艺条件，用盐析的方法得到水溶性的m e s o 5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 一四( 4 一羟基3 磺酸钠苯基) 卟啉( t ( 4 h p ) p s 4 n a 4 ) ，最终产率6 8 5 。 2 探索了水溶性阴离子m e s o 5 ，l o ，1 5 ，2 0 一四( 4 羟基一3 一磺酸苯基) 卟啉与钯、铂 和钉形成金属卟啉的条件，通过b r i t t o n r o b i n s o n 缓冲溶液调节p h 值，在室温条 件下简便快速的合成了三种水溶性的金属卟啉。研究了三种金属卟啉的配合比， 发现三种金属与卟啉配体均按1 ：1 配合。 三、三种水溶性金属卟啉的性能研究 1 系统研究了三种水溶性金属卟啉的吸收光谱、荧光光谱和氧猝灭特性( 采用 了四种活性氧产生体系) 。发现三种水溶性金属卟啉较卟啉配体s o r e r 带蓝移，q 带 减少为一个，并且吸光度降低；在室温下均发射较强的红色荧光陡。肌。及荧光量 子产率分别为，钯卟啉：4 1 4n m 6 1 0r l r l ，0 4 1 ；铂卟啉：4 2 2n m 6 4 8r l l t l ，o5 4 ； 钉卟啉：4 2 0n m 6 5 3n n l ，o 4 7 ) 。0 2 和羟基自由基( h 0 ) 对三种水溶性金属卟啉的 荧光猝灭显著，超氧阴离子自由基( 0 2 ) 对它们的荧光也有猝灭，但相对弱一些。 结果显示此三种水溶性金属卟啉可望作为测定0 2 、h 0 和0 2 - 的氧荧光探针。 2 研究了三种水溶性金属卟啉荧光探针与小牛胸腺d n a 和人血清蛋白的相 互作用，探讨了作用机制。发现三种水溶性金属卟啉荧光探针在d n a 存在下紫外 可见吸收光谱有轻微的红移和减色效应且荧光强度起伏变化，说明三种水溶性金 属卟啉荧光探针与小牛胸腺d n a 有微弱的作用；其与人血清蛋白无明显作用，且 不会使得人血清蛋白变性失活。这就意味着三种水溶性金属卟啉荧光探针应用到 生命体内无明显的毒副作用和背景干扰。 四、三种金属卟啉氧荧光探针的应用 以三种金属卟啉作为传感试剂，选择憎水性较强的高聚物作为传感膜的增塑 剂，提高对氧分子的通透性，研制了三种具有较高灵敏度的荧光猝灭氧传感器。 并应用于气体氧的初步测量，结果较为满意。但是三种传感膜的稳定性不是很好， 响应时间较慢。所以在应用此三种氧荧光探针诊断恶性肿瘤或其它与氧变化有关 的疾病时，我们将不采用这种传感膜的形式将其导入细胞，尝试采用直接导入的 方式。 关键词：氧荧光，磷光探针光猝灭金属卧啉氧猝灭特性传感膜 i i s t u d yo fn o v e lf l u o r e s c e n to x y g e np r o b e x i a o y i n gw a n g a b s t r a c to x y g e ni st h eb a s i cs u b s t a n c et om a i n t a i nl i f ea n dt ok e e pt h ef u n c t i o n o fo r g a n sa b n o r m a l i t yo ft h eo x y g e nc o n c e n t r a t i o na n dd i s t r i b u t i o ni na n 3 ，l i f es y s t e m w i l la f f e c tt h en o r m a lp h y s i o l o g i c a la c t i v i t i e sd i r e c t l y , r e c e n t l y ，a t t e n f i o n sh a v eb e e n f o c u s e do nr e s e a r c h e so fo x y g e ni nb i o l o g y , b i o m e d i c i n ef i e l d sa n dt h ep a t h o g e n e s i s i n v o l v e do x y g e n a tp r e s e n t o x y g e nd e t e c t i o nm a i n l yb a s e do nt h ef l u o r e s c e n c ea n d p h o s p h o r e s c e n c eq u e n c h i n go fp r o b e s ，b u tt h e r ea r es o m ed e f i c i e n c i e s o fe x i s t i n g p r o b e si ti sn e c e s s a r ya n de x i g e n tt od e v e l o pn o v e lf l u o r e s c e n to x y g e np r o b e ，w h i c hi s w a t e r - s o l u b l e ，l o n gw a v e l e n g t h ，w e l lr e s p o n s e ，i n n o x i o u sa n dn o n i n v a s i v e ，s oa st o d e t e c to x y g e ni nv i v od i r e c t l yw i t h o u td i s t i n c td i s t u r b a n c eo f t h eb a c k g r o u n d t h et h e s i si n c l u d e sf o u rp a r t s ： p a r tir e v i e w t h ea n a l y s i sm e t h o da n dm e c h a n i s m ，q u e n c h i n gt h e o r yo fo x y g e no nf l u o r e s c e n c e a n dp h o s p h o r e s c e n c e ，f l u o r e s c e n ta n dp h o s p h o r e s c e n t o x y g e np r o b e s a n dt h e i r a p p l i c a t i o ni nb i o m e d i c i n ef i e l dh a v eb e e ne l a b o r a t e ds u m m a r i z e di nt h i sp a r t p a r ti i s y n t h e s i so fn o v e lw a t e r - s o l u b l em e t a l l o p o r p h y r i n s 1 m e s o t e t r a ( 4 一h y d r o x y l p h e n y l ) p o r p h y r i n ( h 2 t h p p ) w a ss y n t h e s i z e db yu s i n gt h e m e t h o do fm i x e ds o l v e n t s t h es o d i u mm e s o t e t r a ( 4 h y d r o x y l 一3 一s u l f o n a t e p h e n y l ) 一 p o r p h y r i n ( t ( 4 一h p ) p s 4 n a 4 ) w a ss y n t h e s i z e db ys u l f o n a t i n gh 2 t h p pu n d e rt h ep r o p e r c o n d i t i o nt h r o u g hs a l t i n g o u tm e t h o d t h eo v e r a l ly i e l dw a s6 8 5 2 t h eo p t i m a ls y n t h e t i cc o n d i t i o no fp a l l a d i u m ，p l a t i n u ma n dr u t h e n i u mp o r p h y r i n w a se x p l o r e d t h r e ew a t e r - s o l u b l em e t a l l o p o r p h y r i n sw e r e s y n t h e s i z e d a tr o o m t e m p e r a t u r ei nab r i t t o n r o b i n s o nb u f f e rs o l u t i o n t h ec o m p o s i t i o no ft h em e t a l l o p o r p h y r i n sw a sm e t a l ：p o r p h y r i n = l ：】 p a r ti i i s t u d yo nt h ep r o p e r t i e so f t h r e ew a t e r - s o l u b l em e t a l l o p o r p h y r i n s 1 t h ea b s o r p t i o ns p e c t r m n ，f l u o r e s c e n c es p e c t r u m ，a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so f f l u o r e s c e n c eq u e n c h i n gb yo x y g e na n dr e a c t i v eo x y g e ns p e c i e sh a v eb e e ns t u d i e d s y s t e m a t i c a l l y t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a t ，c o m p a r ew i t hp o r p h y r i nl i g a n d t h ef o r m m i o no fm e t a l l o p o r p h y r i nc o m p l e xr e s u l t si nam o d e s tb l u es h i f to fs o r e r a b s o r p t i o n ，d e c r e a s i n go fa b s o r b a n c e ，w i t ht h eqb a n db e i n gr e d u c e dt os i n g l e m e t a l t o p o r p h y r i n se m i t t e dd i s t i n c tr e df l u o r e s c e n c ea tr o o mt e m p e r a t u r e ( 1 e w 2 c ma n d i i l f l u o r e s c e n c e q u a n t u my i e l d a sf o l l o w s ，p a l l a d i u m p o r p h y r i n ：414n m 610l a i n ，o 41 ； p l a t i n u mp o r p h y r i n ：4 2 2n m 6 4 8n m ，0 5 4 ；r u t h e n i u mp o r p h y r i n ：4 2 0n m 6 5 3n m ，0 4 7 ) ， a n dt h e yc a l lb eq u e n c h e ds i g n i f i c a n t l yb yo x y g e n ，h y d r o x y lr a d i c a la n ds u p e r o x i d e a n i o n t h i si m p l i e st h a tt h e s et h r e ew a t e r - s o l u b l em e t a l l o p o r p h y r i n ss h o u l db ep r a c t i c a l c a n d i d a t ep r o b e sf o rd e t e r m i n a t i o no f o x y g e n ，h y d r o x y lr a d i c a la n ds u p e r o x i d ea n i o n 2 t h ei n t e r a c t i o no fm e t a l l o p o r p h y r i nf l u o r e s c e n tp r o b e sw i t lc t d n aa n dh u m a n s e y u l i la l b u m i na n di t sm e c h a n i s mw e r es t u d i e d i nt h ep r e s e n c eo fc t d n a ， m e t a l l o p o r p h y r i ne x h i b i tas l i 曲t l yr e d s h i f to fa b s o r p t i o n ，d e c r e a s i n go fa b s o r b a n c e ， a n dw a v eo ft h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t y ，s u g g e s t i n go n l yaw e a ki n t e r a c t i o ne x i s t e d b e t w e e nt h e m b u tn oi n t e r a c t i o nw a sf o u n db e t w e e nt h ep r o b ea n dh u m a ns e r u m a l b u m i n i ti m p l i e st h a tt h ep r o b ec a nb ea p p l i e di r m o x i o u s l yi nv i v ow i t h o u td i s t i n c t d i s t u r b a n c eo f t h eb a c k g r o u n d p a ni v t h ea p p l i c a t i o n so f t h r e ef l u o r e s c e n to x y g e np r o b e so f m e t a l l o p o r p h y r i n t h r e eo x y g e ns e n s o r sb a s e do nf l u o r e s c e n c eq u e n c h i n gh a v eb e e nf a b r i c a t e du s i n g m e t a l l o p o r p h y r i na ss e n s i n gm a t e r i a l ，p o l y m e ra sp l a s t i c i z e r i ti ss h o w nt h a ts e n s o r s h a v eh i 曲s e n s i t i v i t ya n dh a v eb e e nu s e di ns a m p l ea n a l y s i sw i t hs a t i s f a c t o r yr e s u l t s b u tt h es e n s o r sa l s os h o ws o m ed r a w b a c k ，s u c ha ss l o wr e s p o n s ea n dp o o rs t a b i l i t y s o f o re a r l yd i a g n o s eo f c a n c e r sa n dd i s e a s e sc o r r e l a t e dw i t hv a r i e t i e so f t h eo x y g e np a r t i a l p r e s s u r e ，d i r e c ti n j e c t i n ga n dd e t e c t i n go f t h ew a t e r - s o l u b em e t a l l o p o r p h y r i nf l u o r e s c e n t p r o b e si nv i v om a y b eb e t t e rt h a nt h ef o r mo fs e n s i n gf i l m k e y w o r d s ：f l u o r e s c e n t p h o s p h o r e s c e n to x y g e np r o b e ，l u m i n e s c e n c eq u e n c h i n g ， m e t a l l o p o r p h y r i n ，o x y g e nq u e n c h i n gc h a r a c t e r i s t i c s ，o x y g e n s e n s i n g 矗】m v 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得陕西师范大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：日期：型兰 学位论文使用授权声明 本人同意研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属陕西师范大 学。本人保证毕业离校后，发表本论文或使用本论文成果时署名单位仍为陕谣 师范大学。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其它指定机构送交论文 的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进 入学校图书馆、院系资料室被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。 作者签名：垒选塞日期作者签名：望堕! i日期 p d 岁等 第一章概述 氧是人类及许多生物赖以生存的重要条件。氧浓度是生化工程和环境工程中 的重要工艺参数之一，与许多重要的化学及生化反应密切相关；同时也是水环境 保护、水产养殖业及海洋科学中最重要的调查参数与常规研究项目；组织氧浓度 是采用荧光磷光成像进行肿瘤诊断的先决条件，也是光动力疗法治疗恶性肿瘤的 重要要素之- - 。2 1 。从化学、化工、环境保护、细胞培养与发酵、食品卫生到医疗 保健等诸多方面，都涉及到氧的分析测定【3 “。氧浓度的检测已成为化学、生物学、 基础和临床医学等学科重要的前沿热点研究课题【5 。】。本章将对检测氧浓度的分析 测试方法与原理、氧对荧光磷光的猝灭理论、应用于氧探头的荧光磷光指示剂以 及氧荧光磷光探针在生物医学领域的应用作一综述。 1 1 检测氧浓度的分析测试方法与原理 为了检测氧的浓度，人们已经开发了多种规格、多种牌号的氧传感器及其分 析测试方法。就其原理而言，主要包括w i n k l e r 滴定分析法【7j 、c l a r k 溶氧电极【8 】 以及有机染料、多环芳香烃及过渡金属的络合物的荧光磷光猝灭技术【9 】。 w i n k l e r 滴定分析法( 碘量法) 是一种传统的溶解氧测量方法，测量较准确。但 该法是一种纯化学检测方法，耗时长，程序繁琐且只能离线分析，无法对过程作 出及时响应。c l a r k 溶氧电极( 氧电极法) 是种电化学检测方法，是将水样中的溶 解氧在电解液中还原，产生与氧浓度成正比的扩散电流，通过测量扩散电流值来 测定溶解氧的含量，该法可实现现场连续测量。但由于其透氧膜容易老化，且它 是依靠电极本身的氧化还原作用来进行检测的，检测过程需消耗氧，其测量精度 和响应时间会受到扩散系数等的严重约束i 加】。有机染料、多环芳香烃及过渡金属 的络合物的荧光磷光猝灭技术是此领域的一个突破，它克服了w i n k l e r 滴定分析 法和c l a r k 溶氧电极的不足，为在线连续检测氧的浓度奠定了基础。由这类荧光分 子制得的氧传感膜具有许多独特的优点，如不耗氧，无需参比电极，不用连续电 流，不受外界电磁场干扰，与样品流通速率和搅拌速率无关，可在高温、高压和 化学反应条件下工作等等j 。此外，随着光纤技术的发展，这种传感器可微型化， 以满足医学上体内检测的要求。 1 2 氧对荧光，磷光的猝灭 1 2 1 猝灭理论 荧光猝灭是指任何可以使荧光强度减小的过程，包括激发态反应、分子重排、 能量转移、生成激基缔合物等光物理或光化学过程。通常所说的猝灭并不太强调 猝灭机理，而是笼统地按表面现象将其分为动态猝灭和静态猝灭两种【l 2 1 。 1 2 1 1 动态猝灭 动态猝灭又叫碰撞猝灭，是指猝灭剂在荧光物种的寿命范围内通过扩散与其 碰撞，增大非辐射衰减常数k n 。使荧光量子产率降低，荧光强度减小，但碰撞发 生后随即分开，所以猝灭剂存在下的吸收光谱没有变化。在这一过程中，荧光物 种分子并不发生化学变化。动态猝灭可以用s t e m - v o l m e r 方程来描述旧： f o f = 1 + k q t o 【q _ 1 + k d q ( 1 1 ) 其中，f o 和f 分别为无猝灭剂存在时和有猝灭荆存在时的荧光强度；k 口为双分子猝 灭常数；邱是无猝灭剂时荧光物种的荧光寿命；( q 为猝灭剂的浓度；1 z o n s t e m v o l m e r 猝灭常数。如果已知是动态猝灭，这一常数用k d 表示；反之，用k s v 表示。 对于动态猝灭f d f = 叫t ，根据式1 1 ，用f d f 对 q 作图，应得到一直线。如果体系 温度升高，碰撞加快，所得s t e r n v o l m e r 方程斜率增大。 1 2 1 2 静态猝灭 静态猝灭指由于猝灭剂的加入，荧光物种和猝灭剂形成无荧光或荧光较弱的 络合物，从而使其荧光消失或强度减弱，吸收光谱发生变化。经公式推导【”1 ，静 态猝灭也可以用类似于s t e r n - v o l m e r 方程的形式来描述。同理用f d f 对【q 】作图，应 得到一直线，但t o = 1 。如果体系温度升高，将促进络合物的分解，斜率减小f 图 1 1 、。 s d r n a m i eq u e n c h i n g n v 掌甲蕊。tt f + qf - q s t a t i cq u e n c h i n g 图1 - 1 动态猝灭和静态猝灭的比较 一 z = k 二 一一 弦 | l 鼬 j j丝 。 一 时 。一陵 1 2 2 氧对荧光，磷光的猝灭 氧分子可以醴是荧光磷光的最普遍存在的猝灭剂，氧分子对荧光磷光猝灭作 用的原因十分复杂，包含多种机理。激光闪光光谱技术已经证明氧猝灭过程主要 是动态的，即氧分子猝灭过程经历了氧分子与荧光物质的激发态分子之间的氧化 反应，能量转移及体系间窜跃，使激发态的荧光物质分子失去能量而猝灭【h 】。归 纳起来，说明激发单重态被氧猝灭的机理有如下几种 i2 】： f 1 1 激发单重态的氧化作用 m 十0 2 a 。+ 0 ； ( 2 ) 能量从激发单重态转移到0 2 m + 3 0 2 _ + 3 m + 1 0 ： i m + 0 2 _ + m + 镬0 ( 3 ) 增强激发单重态的体系间窜跃 m + + 3 0 2 _ + 3 m + + 3 0 2 ( 4 ) 增强在激发单重态中的内转化 m + 3 0 2 + m + 3 0 2 ( 5 ) 0 2 和基态分子m 形成络合物 上述几种可能的机理中，究竟那种适合于氧对某种特定的荧光物质激发单重 态的猝灭作用，这与荧光物质及介质两者的性质有关。 1 3 应用于氧探头的荧光，磷光指示剂 从8 0 年代初起，人们就开始了探索可应用于氧探头的荧光磷光指示剂。主要经 历了三个阶段，即从有机染料、多环芳香烃到过渡金属的络合物。 1 3 1 有机染料类( o r g a n i cd y e l 有机染料一般含有杂原子( n 、s 、o ) ，易形成氮桥、硫桥和氧桥，分子多为平 面构型，且具有一定的刚性，所以荧光效率较高。因其有未键合的孤对电子( n 电子) ， 从基态跃迁到激发态的吸收谱是连续的谱带，致使吸收谱带和荧光谱带很宽。所 以，有机染料作为一类荧光指示剂可应用于氧探头。但是，从n 一尢+ 的跃迁，是电 子自旋禁阻的；摩尔吸光系数小，约为1 0 2 ：其分子s 1 一t l 的系间跨越强烈，在低 温和刚性溶剂下有磷光产生；这就使其荧光强度相对较弱【l ”。溶剂的极性，酸碱 度对它们的发光性质影响强烈，容易与溶剂生成氢键，或质子化，或形成盐类， 这就使得它们的应用受到了限制。 早期曾采用四烷基氨基乙烯为化学发光剂，但由于其在应用中对氧气的响应 在1 2h 内逐渐衰减而很快被淘汰。随后发展起来的有罗丹明、荧光素和香豆素类。 罗丹明、荧光素是重要的荧光探针材料。由于氧桥键把两个苯环固定在一个 平面上，使分子具有刚性共平面结构，在激发光的作用下能产生强烈的荧光，且 具有高的消光系数，激发和发射波长都在可见光区，有较高的荧光量子产率，无 毒，成本低，故它们在荧光分析中应用广泛。o p i t z 等| 】6 j 以罗丹明绿和荧光素为荧 光指示剂，采用f c s ( f l u o r e s c e n c ec o r r e l a t i o ns p e c t r o s c o p y ) 技术，构建了一种灵敏度 高的氧传感器。 荧光素类因其口自吨环2 ：3 位有羟基，6 位有羰基，均有利于氢键的形成，且羰 基芳族化合物s l t 1 系间窜跃通常较强，所以在些固体基质中可以发射磷光。重 原子卤素的取代，促进了s 【一t i 系间窜跃，使得卤代荧光素发射强的磷光，且量子 产率较高，已引起光化学研究者的关注【1 7 】。t e d f o r d 等【1 8 1 最近将四碘荧光素b 包埋 于硅胶凝胶含氟聚合物中，制得的氧传感器响应块，灵敏度高，检出限低。 香豆素的衍生物已被众多的荧光化学研究者所熟悉，在它们的分子结构中不 但含有六元杂环，而且含有羰基，二者都有产生荧光的潜能。大多数的香豆索荧 光染料带有绿色荧光，取代后的香豆素衍生物，特别是给电子基团的取代，将增 加其荧光量子产率，常见的取代基是7 位上的羟基、烷基、烷氧基及烷氨基。实验 证明，在3 位3 1 3 4 位上引入吸电子基团，将导致吸收和发射光谱向长波方向移动， 且随着介质极性的改变，这类荧光指示剂的荧光最大波长和量子产率发生显著的 变化【l9 j 。1 9 8 9 年，p h i l i p l 2 0 等将香豆素l 、香豆素1 0 2 、香豆素1 5 3 三种荧光指示剂 分别固定于有机高聚物x a d - 4 、x a d 8 及硅胶三种支持基体中进行实验。从灵敏 度、发射强度和稳定性几个方面进行比较，得出了香豆素1 0 2 固定于x a d 4 支持基 体中是作为一种灵敏可逆光纤氧传感器中介的最佳选择的结论。这类荧光指示剂 应用范围较广。 1 3 2 多环芳香烃类( p o l y c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n ) 这类有机荧光体是多个苯环形成的并环芳烃或稠环芳烃，每两个苯环以共用 两个碳原子而连在一起，形成直线或非直线的有机大分子。它们具有较大的共轭氕 键结构和最低的单线电子激发态，7 【一兀的跃迁，是电子自旋允许的跃迁。摩尔吸 光系数大，约为1 0 4 ，比n 一+ 、n - - - ，o + 跃迁大百倍以上。使其荧光强度大，效率高， j 。红移 2 l 】。但是这类化合物具有明显的“三致”效应( 致癌、致畸、致突变) 【2 2 。”l ， 特别是稠环芳烃( 五环芳烃苯并芘、二苯并荧蒽等) 有强烈的致癌作用。它们在生物 体内氧化成环氧化物，使细胞中的d n a 烃基化从而干扰细胞的正常繁殖，对人体 健康有潜在的危害。虽然有些母体对人体的危害很弱，但当母体的一定位置上具 有取代基时，其危害作用会变得十分强，已被世界各国列为优先控制的有机污染 物。使得这类荧光指示剂在生物、临床医学等领域内的应用受到限制。 早期稠环芳烃十环烯，氟葸等用的较多，芘及芘的一些衍生物( 双丁基芘、芘 丁酸、芘葵酸和芘十二酸等) ，具有较长的荧光寿命，与一些特定的固相支持剂作 用组成的复合氧荧光指示剂有较宽的响应范围和较高的稳定性，逐渐占了主导地 位。 w o l p o e i s 等1 2 4 】将稠环芳烃十环烯溶于硅橡胶作为敏感膜构造的氧传感器，可在 可见光区激发，响应时间和检测范围都比较理想。p e t e r s o n 等【2 5 】将双丁基芘荧光染 料吸附于苯乙烯- - 乙烯基苯共聚物上，通过憎水性高透氧率的多孔聚丙烯膜固定 在光纤末端，氙灯作光源，以4 8 0n i n 波长激发，5 0 0n m 处的荧光强度随0 2 浓度增 加而衰减，可用于血液中氧分压的测定。1 9 8 4 年，w o l f b e i s 等【2 6 1 以芘丁酸为指示剂， 固定于多孔玻璃；2 0 0 1 年，李伟等1 27 】以三醋酸纤维索为固相支持剂，邻苯二甲酸 二辛酯为增塑稳定剂，制备的氧荧光传感膜响应速度快( 可低于5 0m s ) ，并有很好 的稳定性。 1 3 3 过渡金属的络合物类( t r a n s i t i o n m e t a le o m p l e x l 近年来，人们为合成和构建新的荧光分子做了大量工作，过渡金属( r u 、p d 、 p t 、o s 、i r 、r e 、r h ) 的有机络合物以其特殊的性能受到注目。这些络含物大多具 有很长的激发态寿命及很高的量子产率，在可见光范围内具有很强的吸收光谱， 对氧敏感而又不消耗氧，对光、热、强酸强碱以及有机溶剂都非常稳定【2 ”。尤其 是v i i i 族的金属( 除p t ) ，它们的价电子逸去后离予都处于低自旋的d6 构型，是抗 磁性的，它们易与具有空轨道的配位体形成含有反馈键的络合物，即中心离子与 配位体之间的电子相互转移而形成却万键的络合物。由这些离子形成的络台物， 其配位体轨函与金属轨函之间的相互作用十分强烈【1 2 】。在接近红外区红外区发射 高强度的红色荧光。可望成为探测氧浓度的理想材料，已引起学术界的密切关注 2 0 - 3 1 。 有机金属钌络合物的荧光强度与氧分压存在一一对应的关系，加上它具有激 发寿命长，不耗氧以及对氧的响应特异性和自身的稳定性等，使它作为氧的敏感物 应用最为广泛i j “。目前的研究中，钌化合物的配体一般是2 , 2r 联眦啶、2 , 2r 2 ”三 毗啶和它们的一些衍生物；1 ，1 0 邻菲咯啉和其衍生物；d i m a r c o 等【3 3 】曾报道过非 水溶性的八乙基卟啉配体。 金属铼络合物在可见光范围内具有很强的吸收光谱，d e g r a f f 等3 4 1 将 r e l ( c o ) 3 c n r t 固定于硅树脂中制成氧传感膜，其量子产率大于o 7 ，激发态寿命大 于1 0 0 斗s ，但其的猝灭受其配体l ( d - 二亚胺) 的不均匀性的影响，只有当l 不固定于 受保护位置时，才能发生强的猝灭。锇络合物在红外区有高强度、低损耗的发射， 可弥补一般使用钌、铼化合物仅限于可见光部分的不足，但它的灵敏度远低于钌 1 3 5 1 。 e a s t w o o d 等【j 州首次合成并研究了钯铂卟啉，发现它们具有极强的室温磷光， 其寿命长( 达m s ) ，波长长( 6 0 0 1 0 0 0n m ) ，量子产率离( o 1 o 6 ) ，且发光强度和激 发态寿命具有氧浓度依赖特性，这使得它成为新一代的应用于氧探头的磷光指示 剂。最常见的有水溶性的四( 4 磺酸基苯基) 卟啉、四“羧基苯基) 卟啉和四“三甲 基氨基苯基) n l - 啉的钯( i i ) 铂( i i ) 络合物；非水溶性的四苯基卟啉、八乙基卟啉、八 乙基卟啉酮及粪卟啉的钯( i i ) 铂( i i ) 络合物等。 表l - 1 一些氧荧光磷光指示剂的光谱特性 氧荧光磷光指示剂 l 。n mt 。r i m发光类型 参考文献 荧光索 荧光 1 6 3 7 】 罗丹明绿 四碘荧光素b 香豆素 芘 芘 _ 酸 双丁基芘 芘葵酸 芘的系列衍生物 全氘化菲 d b p l z n ( o e p k ) z n 粪卟啉 z n ( t p p ) z n ( o e p ) 荧光 【1 6 】 磷光 【1 8 ，3 8 ，3 9 】 荧光 【1 5 】 荧光 【1 5 】 荧光 【2 7 荧光 2 5 1 荧光 4 0 】 荧光 4 1 】 磷光 f 4 2 荧光 【4 3 】 磷光 【4 4 】 磷光 【4 5 磷光 4 6 】 磷光 4 6 】 啪 m | 蹇 狮 湖 栅 锚 黼 渤锄 m 粥 抛 伽 娜 抛 蚴 栅蛳 2 续表1 z n ( t f p p ) z n ( e t i o p ) a 1 f e r r o n n b f e r r o n z r - f e i t o n g a _ f e r r o n 【c u ( d b p ) ( d m p ) j ( p f o a u 2 ( d p p m ) 2 ( s c n ) 2 a u 2 ( d p p m h ( c f 3 s 0 3 ) 2 r e l ( c o ) s c n r _ r e ( l l l 2 ) ( c o ) 3 c l r e 的系列异氰化物 【o s ( p h e n ) 3 】( p f 6 ) 2 f o s ( p 垴一p h e n ) 3 c 1 2 f o s ( p h 2 p h e n ) - ( p h e n ) 2 ( p f 6 ) 2 【o s ( m e 2 p h e n ) ( p h e n ) 2 ( p f 0 2 r h t m p y p ( h 2 0 ) 2 】5 + i 孙t t m a p p ( h 2 0 ) 2 r r u ( o e p ) r u ( d p p ) a ( d o d e c y l s u l f a t e ) 2 r u ( d p p ) 3 ( c 1 ) 2 r u ( 5 - a c r y l a m i d o p h e n ) 3 t e o s r u ( b p y ) 3 2 + p m a - t m s r u ( b p y ) 3 2 + r u ( b p y ) 2 ( p h e n c l 9 h 4 汀+ r u ( p h e n ) 2 ( p h e n c l 9 h 4 0 ) 】2 + 【r u ( 4 ，4 - m e 2 b p y ) 3 c 1 2 【r u ( b a t h o p h e n ) 3 ( c 1 0 4 ) 2 r u ( p h 2 p h e n ) 3 】( c 1 0 4 ) 2 4 7 0 4 5 0 3 8 0 3 6 5 3 8 0 3 9 0 4 5 0 3 6 0 3 4 0 2 8 0 3 5 0 2 7 4 2 9 2 6 3 5 6 3 5 6 3 5 6 3 5 4 4 2 4 4 2 5 3 2 4 6 5 4 6 0 4 5 0 4 5 0 4 5 0 4 6 3 4 6 1 4 6 0 4 5 8 4 6 0 5 5 0 5 6 8 5 8 0 5 7 0 5 8 5 6 0 0 6 2 0 5 2 0 4 8 l 4 6 8 5 0 5 4 6 2 4 9 6 6 9 l 7 2 9 7 0 3 7 l l 6 8 5 6 8 2 6 5 6 6 1 0 6 3 0 6 1 0 5 8 7 5 9 7 5 8 4 5 8 0 6 0 0 5 9 8 6 l o 磷光 磷光 磷光 磷光 磷光 磷光 磷光 荧光 荧光 荧光 荧光 荧光 荧光 荧光 荧光 荧光 磷光 磷光 荧光 荧光 荧光 荧光 荧光 荧光 荧光 荧光 荧光 荧光 荧光 4 6 【4 6 4 7 ，4 8 ，4 9 】 【4 9 】 f 4 9 4 9 ( 5 0 5 1 】 【5 1 【3 4 】 5 1 5 2 【3 5 】 【3 5 】 【3 5 】 3 5 】 【5 3 】 【5 3 3 3 】 【5 4 【5 s ，5 6 5 7 】 ( 5 8 】 ( 5 8 】 【5 9 】 【5 9 【5 1 【5 t 【1 1 ，6 0 】 pt-sq(siq)4696 2 3 磷光 6 1 7 p t ( o e p k ) p t ( c p k - f a ) p t ( t f p p ) p t ( t b 订p ) p t ( t c f s p ) p t ( t e r p y ) c 1 p t t m p y p 4 + p t t t m a p p 4 + p t ( d t b p y ) ( c n ) 2 p t ( b a t h o p h e n ) ( c n ) 2 p t ( p 2 0 5 h 2 2 。) 4 。 p d ( 0 e p ) p d ( o e p k ) p d ( c p k f a ) p d ( t a p p ) p d ( t s p p ) p d ( t c p p ) p d t m p y p l 4 + 3 9 6 3 9 7 3 9 0 4 0 2 3 7 9 3 4 8 4 4 2 4 4 2 3 1 8 3 6 0 5 4 5 4 0 8 4 1 0 4 1 4 4 1 3 5 3 2 4 4 2 7 5 8 7 6 3 6 4 6 6 6 4 6 4 4 6 3 1 6 4 5 6 3 0 4 8 6 5 6 5 5 2 0 6 2 0 5 1 5 6 6 3 7 8 9 7 9 3 6 8 0 6 9 0 6 9 4 6 6 8 磷光 磷光 磷光 荧光 磷光 磷光 磷光 磷光 荧光 荧光 荧光 磷光 磷光 磷光 磷光 磷光 磷光 磷光 1 6 5 ，6 6 6 6 【5 1 ，6 7 ，6 8 6 9 【5 1 【5 1 】 5 3 【5 3 【7 0 5 1 ，7 0 【7 1 】 【3 3 ，7 2 6 5 ，6 6 】 【6 6 】 【7 3 】 7 4 】 【7 5 【5 3 】 p d t t m a p p 4 + 4 4 2 6 6 6 磷光 【5 3 1 壮三i 了= = i = = ：z = z _ _ _ _ ：= = 二二= ：! 注：表中“一”为所弓l 文献未明确给出此氧荧光磷光指示剂酾濑夏吾蠢五再i 舀一 符号说明： e r p y 一三吡啶 p h e n 一邻菲咯啉 b p y 2 ，2 一联毗啶 b u7 p y 一4 一毅丁基吡啶 b u p y 一5 ，57 - 二叔丁基联吡啶 d t b p y - 4 ，4 - 二叔丁基一2 ，2 二联吡啶 d p p 一4 ，7 二苯基一1 ，1 0 邻二氮杂菲 d m p 2 ，9 - 二甲基1 ，1 0 - 邻二氮杂菲 d b p 2 ，9 - 二叔丁基一1 ，1 0 邻二氮杂菲 8 b a t h o p h e n 4 7 二苯基1 1 0 邻菲咯啉 a c r y a m i d o p h e n 5 一丙烯酰胺基1 ，l o 一邻菲咯啉 8 - q 一8 羟基喹啉 s q 一5 磺酸基8 羟基喹啉 f e r r o n 8 一羟基7 碘喹啉磺酸 s 1 q 5 一磺酸基7 碘- 8 羟基喹啉 e t i o p 初卟啉 t p p 四苯基卟琳 o