《光功能材料》课件.ppt

1、荧光传感器研究进展,2013.5.13,杨清正超分子光化学实验室中国科学院理化技术研究所,荧光传感器简介 荧光传感器的分类和检测机理 反应型荧光传感器的研究进展 反应型荧光传感器的机遇与挑战,报告内容,荧光传感器简介,雅布隆斯基图,荧光传感器简介,优点：低成本；实时实地检测；活 体检测; 操作简单；便携,应用：生物医学、环境检测、食品安全,A. P. de Silva et al Chem. Rev. 1997, 97, 1515-1566 K. Kikuchi Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 2048-2035 S. J. Lippard et al Chem. Rev.

2、 2008, 108, 3443-3408 (Hg2+) C. J. Chang, Chem. Rev. 2008, 108, 1517-1549 (金属离子） J. Yoon et al Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 1996-2006 (Zn2+) F. Li et al Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 3007-3030 (磷光传感器） W. S. Han et al Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1904-1915 (荧光传感材料） T. M. Swager et al Chem. Rev. 2007, 107, 1339

3、-1386,反应型荧光传感器的研究进展,H. Kobayashi et al Chem. Rev. 2010, 110, 2620-2640 (生物医学） J. Yoon et al Acc. Chem. Res. 2009, 42, 23-31 D. G. Cho et al Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1647-1662 J. Yoon et al Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 127-137 S. J. Lippard et al Acc. Chem. Res. 2009, 42, 193-203 J. S. Kim et al Chem.

4、Rev. 2007, 107, 3780-3799. N. Boens et al Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 1130-1172 J. Yoon et al Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 52-67 H. Tian et al Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 79-93 C. J. Chang, Nat. Chem. 2012, 4, 973-984 F. Li, Chem. Rev. 2013, 113, 192-270 J. S. Kim, Chem. Rev. 2013, DOI:10.1021/cr300358b W.

5、 Lin, Acc. Chem. Res. 2013, DOI:10.1021/ar300273v,反应型荧光传感器的研究进展,荧光传感器的分类和检测机理,Photo induced electron transfer (PET) systems Frster resonance energy transfer (FRET) systems Intermolecular charge transfer systems Monomer-excimer systems,按照引起荧光基团发光性能变化机理不同可分为：,Photo-induced electron transfer (PET) syst

6、ems,荧光传感器的分类和检测机理,A. P. de Silva et al Chem. Rev. 1997, 97, 1515-1566,Photo induced electron transfer (PET) systems,荧光传感器的分类和检测机理,A. P. de Silva et al Chem. Rev. 1997, 97, 1515-1566,Photo induced electron transfer (PET) systems,荧光传感器的分类和检测机理,A. P. de Silva et al Chem. Rev. 1997, 97, 1515-1566,K+荧光传感

7、器,荧光传感器的分类和检测机理,Frster resonance energy transfer (FRET) systems, W. Lin, Acc. Chem. Res. 2013, DOI:10.1021/ar300273v,荧光传感器的分类和检测机理,Frster resonance energy transfer (FRET) systems,W. Lin, Acc. Chem. Res. 2013, DOI:10.1021/ar300273v,荧光传感器的分类和检测机理,Internal charge transfer (ICT) systems,A. P. de Silva e

8、t al Chem. Rev. 1997, 97, 1515-1566,荧光传感器的分类和检测机理,Internal charge transfer (ICT) systems,P. Wang, Chem. Commun. 2010, 46, 5710-5712,荧光传感器的分类和检测机理,Internal charge transfer (ICT) systems,P. Wang, Chem. Commun. 2010, 46, 5710-5712,荧光传感器的分类和检测机理,Monomer-excimer systems,A. P. de Silva et al Chem. Rev. 19

9、97, 97, 1515-1566,Wang et al Org. Lett. 2010, 12，4014,荧光传感器的分类和检测机理,Monomer-excimer systems,基于弱相互作用的荧光传感器 基于化学反应的荧光传感器（反应型荧光传感器）,荧光传感器的分类和检测机理,按照传感器和被检物作用机理不同可分为：,荧光传感器的分类和检测机理,基于弱相互作用的荧光传感器,配位键 氢键 Pi-pi 静电,A. P. de Silva et al Chem. Rev. 1997, 97, 1515-1566,S. J. Lippard et al Acc. Chem. Res. 2009,

10、 42, 193-203,荧光传感器的分类和检测机理,基于弱相互作用的荧光传感器,荧光传感器的分类和检测机理,Wang et al Chem. Commun., 2010, 46, 24352437,基于弱相互作用的荧光传感器,基于化学反应的荧光传感器,荧光传感器的分类和检测机理,主-客体弱相互作用,化学反应成键/断键,基于化学反应的荧光传感器,荧光传感器的分类和检测机理,具有良好的选择性 可用于中性小分子检测 可用于生物大分子检测,反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（F-、CN-、ClO-) 阳离子 （Hg2+, Cu+, Pb2+) 中性小分子 (硫醇，H2S, H2O2, O3, NO)

11、,反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（CN-),反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（CN-),反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（CN-),反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（CN-),Q.-Z. Yang et al, Sensors and Actuators B 168 (2012) 14 19,反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（F-),Org. Lett., 2010, 12, 628.,Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 1,反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（F-）,Org. Lett., 2010, 12 ,1400.,反应型荧光传感器的研究进展,

12、阴离子（F-),反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（F-),反应型荧光传感器的研究进展,阴离子（ClO-),Chem. Commun., 2011,47, 7583-7601,反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Hg2+),反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Hg2+),反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Hg2+),J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16460,反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Hg2+),J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2556,反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Hg2+),反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Hg2+)

13、,反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Cu2+),反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Cu2+),Org.Lett., 2008, 10, 213.,反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Cu+),反应型荧光传感器的研究进展,阳离子（Pb2+),Anal. Chem. 2010, 82, 5005,反应型荧光传感器的研究进展,J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15392-15393,/cjcgrp/publications.html,中性小分子（H2O2）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2O2）,http

14、://cjcgrp/publications.html,J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16652,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2O2）,/cjcgrp/publications.html,J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9640-9641,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2O2）,/cjcgrp/publications.html,J. Am. Chem. Soc

15、. 2008, 130, 4596-4597,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2O2）,/cjcgrp/publications.html,J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9638-9639,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2O2）,J. Am. Chem. Soc.，2011, 133, 10629.,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（1O2）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（1O2）,Chemical Communications, 2011, 47: 7386,反应型荧光传

16、感器的研究进展,中性小分子（O3）,Nature Chem. 2009, 1, 316,反应型荧光传感器的研究进展,J. Am. Chem. Soc.，2005, 127, 3684.,中性小分子（NO）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（NO）,Inorg. Chem., 2010, 49, 6338,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,在维持生物体氧化还原平衡、调节细胞增生以及机体免疫应答等过程中起着重要作用。,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,反应型荧光传感器的

17、研究进展,中性小分子（硫醇）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,J Am Chem Soc, 2007, 129, 11666,Chem Commun, 2009, 35 5293,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,挑战性： 结构和反应活性相似，难以区分,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,我们利用上述两步反应机制，发展了高选择性检测GSH的荧光探针。,Q.-Z. Yang et al, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18928,反

18、应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,Q.-Z. Yang* et al, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18928,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,绿色通道 红色通道 荧光强度比值 (500-550 nm) (570-620 nm),HeLa细胞用1a 孵育后的共聚焦照片,HeLa细胞先用二酰胺选择性氧化掉GSH后，再用1a孵育后的共聚焦照片,明场照片,Q.-Z. Yang et al, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18928,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,基于上述原理，进一步发展了一类细胞内

19、选择性检测半胱氨酸的荧光化学传感器。,Q.-Z. Yang et al, Chem. Commun. 2013, 49, 1294-1296,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（硫醇）,1a 加入Cys 荧光随时间变化; 1a 加入GSH, Cys 和Hcy的荧光光谱,(a),(b),细胞内检测Cys,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2S）,反应型荧光传感器的研究进展,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2S）,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2S）,Chemical Communications, 2012, 48(23): 2852-4,反应型荧光传感器的研究

20、进展,中性小分子（H2S）,Nature Commun.,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2S）,Nature Commun.,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2S）,Nature Commun.,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2S）,Nature Commun.,反应型荧光传感器的研究进展,中性小分子（H2S）,反应型荧光传感器的研究进展,生物大分子（b-内酰胺酶 ）,反应型荧光传感器的机遇与挑战,在生物医学、环境及食品安全检测等领域有着广泛的应用前景。,由于对一些检测物没有合适的反应用于传感器的设计，使得该方法的应用范围还很有限。 该方法检测需要一定的反应时

21、间完成化学反应，但目前所用的有些方法反应速度慢，影响了检测的响应速度。 同其他传感器一样，检测灵敏度问题也是该类化学传感器所面临的一个很大的挑战。,面临的问题：,荧光传感阵列,Differential sensing using a hypothetical array-based sensor,Anzenbacher et al. Chem. Soc. Rev., 2010, 39, 39543979,Principal component analysis (PCA) Hierarchical clustering analysis (HCA) Linear discriminant analysis (LDA),荧光传感阵列,Nature Chemistry, 2009, 562-567,荧光传感阵列,Nature Chemistry, 2009, 562-567,荧光传感阵列,J. AM. CHEM. SOC., 2008, 10307-10314,荧光传感阵列,J. AM. CHEM. SOC., 2008, 10307-10314,荧光传感阵列,Strong fluorescence The receptor should