荧光分子开关

1、2014.3.5Bread PPT 荧光分子开关 蒋祖艳Molecular Fluorescent Switches1Bread PPTPart4Part1Part3基本概念Part2基本原理文献讲解目 录分类2指基于外部因素的改变对分子荧光发射强度的影响而构建的一种分子开关。处于基态的分子吸收光能后，跃迁到激发态，返回到基态的过程，发出荧光递进关系分子开关是指一种具有双稳态的分子，通过施加一定的影响，分子可以在两种状态之间进行可逆转换。荧光分子开关分子开关荧光基本概念3S2S1S0T1吸收发射荧光发射磷光系间跨越内转换振动弛豫能量l 2l 1l 3外转换l 2T2内转换振动弛豫4分子开关是指

2、一种具有双稳态的分子，通过施加一定的影响，分子可以在两种状态之间进行可逆转换。指基于外部因素的改变对分子荧光发射强度的影响而构建的一种分子开关。处于基态的分子吸收光能后，跃迁到激发态，返回到基态的过程，发出荧光递进关系荧光分子开关分子开关荧光基本概念5Bread PPT分子开关生物体内分子开关通过激活-失活机制精确控制细胞内一系列信号传递的级联反应的蛋白质。磁性分子开关、光控分子开关微电子分子开关微电子分子开关6分子开关是指一种具有双稳态的分子，通过施加一定的影响，分子可以在两种状态之间进行可逆转换。指基于外部因素的改变对分子荧光发射强度的影响而构建的一种分子开关。处于基态的分子吸收光能后，跃

3、迁到激发态，返回到基态的过程，发出荧光递进关系荧光分子开关分子开关荧光基本概念7Bread PPT可实现“开-关”动作实现人与分子“对话”(1)异构体互变(2)离子配位(3)质子化(4)氧化还原(5)弱键的形成与断裂(6)光电控制的电子能量转移特点控制荧光效率的分子结构荧光分子开关8光信号输入控制电信号输入控制化学信号输入控制 金属离子、质子、氧化/还原剂作为输入信号。 不同电化学输入信号下呈现不同荧光性质。 光的照射导致分子中电子和核的结构发生简单重排。Bread PPT荧光分子开关的分类9根据其和客体作用荧光发生变化光致电子转移（PET）机制荧光共振能量转移机制分子内单体-基激缔合物机制分

4、子内电荷转移（ICT） 机制Bread PPT基本原理10 光致电子转移（PET，Photoinduced Electron Transfer）定义：指受电子体或者给电子体被光激发，在电子受 体和处于激发态的电子给体之间发生的电子转移 效应。能够与目标物结合的受体部分能够发出荧光的荧光基团受体与荧光基团之间的连接基1112 由冠醚作为受体，蒽作为荧光团，加入金属离子 K+，Na+后荧光增强47倍。 这种化合物含有吡啶-胺-硫醇基团作为受体基团，对 Hg2+离子有很好的选择性。13 分子内电荷转移(ICT，Intramolecular Charge Transfer) 这类分子两端具有吸电子-供

5、电子基团，大部分都有共轭结构，而这两个基团又可以全部做为识别基团或者一部分有识别作用，当分子被光激发后分子内就会有电荷从电子供体到受体的转移。荧光团识别基团14荧光共振能量转移( FRET，fluorescence resonace energy transfer) 当能量给体荧光团（A）与能量受体荧光团（B）相距大于两者的碰撞直径时，只要两者的基态和第一激发态两者的能级间能量差相当，或者A的发射光谱与B的吸收光谱能有效重叠，A会把一部分能量或全部的供给B，受体激发，此时若受体量子产率为零，能量转移后荧光发生猝灭，若受体有荧光，则呈现受体荧光。1Pics15FRET 机制开关型的荧光探针 在没

6、有 Hg2+离子时，罗丹明部分处于闭合状态，只是供体发出荧光很弱，当引入 Hg2+，脱 S 反应，罗丹明开环，发生由供体萘酰亚胺到受体的能量转移转移，发出很强的红色荧光。16激发单体-激基缔合物（Monomer-Excimer） 当两个相同的荧光团连接到一个受体分子的合适位置时，其中一个被激发的荧光团会和另一个处于基态的荧光团形成分子内激基缔合物。 其光谱表现为一个新的、强而宽、长波、无精细结构的发射峰。17递进关系 文献部分18internal charge transferAn ICT-based fluorescent turn-on probe for hydrogen sulfide

7、 with high selectivity has been designed and synthesized. It exhibits up to 62-fold switch-on response toward H2S at given concentrations and can detect H2S in living cells with high sensitivity.19H2Srotten eggs, toxicthird gasotransmitter after NO、CO（气体递质）Neuromodulation in the brain ；smoothmuscle

8、relaxation（调节心血管、神经、免疫系统；维持机体氧化还原平衡）cell signaling moleculeColorimetric assays, gas chromatography, polarographic analysis（比色法、色谱分析法）；physiological and pathological roles 要应用于血浆及组织匀浆中硫化氢的检测，实验前需要处理样品； 无法提供硫化氢在活细胞及组织中时空上的分布及浓度Fluorescent probes1. introduction20BODIPY氟硼二吡咯，一种光物理和光化学性能优异的荧光染料母体染料上引入不同化

9、学基团对其结构进行修饰, 开发衍生物荧光探针是由荧光团与识别基团直接相连构成的。此类探针的荧光团上分别连有推电子基(电子给体)和吸电子基(电子受体) ,当其被光子激发后会进一步增加电子给体到电子受体的电荷转移。 光诱导电子转移（PET） 分子内电荷转移 ( ICT)由受体部分通过间隔基和荧光团相连构成的。PET荧光探针的荧光团和受体之间存在着光诱导电子转移,对荧光有非常强的猝灭作用。通过亚甲基把BODIPY荧光母体和识别体连接起来,可以构成一个典型的光诱导电子转移( PET)荧光探针。212011 年，Chuan He 等人利用PET 机理设计合成了两种检测硫化氢的探针SFP-1 和SFP-2

10、。硫化氢先与探针中的醛基发生亲核加成反应，生成的SH 进一步与烯烃发生迈克尔加成反应，形成强荧光产物。两种探针都实现了宫颈癌细胞中硫化氢的检测。Their excitation wavelengths (with SFP-1 at 300 nm and SFP-2 at 465 nm) fall into the ultraviolet or blue region, which is not suitable for live organism imaging because of potential tissue damage.1013 fold fluorescence intensit

11、y enhancement22 ZS1 is supposed to be easier to prepare and have a longer excitation wavelength than SFP-2；react with H2S faster so as to improve the probes sensitivity；23a maximum 62-fold increaseFluorescence response24high resolution mass spectrometry25high selectivity and feasibility in thepresen

12、ce of other biologically relevant biothiols and amino acids.evaluated the specificity of ZS1 by measuring its response toward different biologically relevant biothiols and amino acids.High selectivity and feasibility26ZS1 could monitor H2S quantitatively within a wide concentration range.(2.5-350.0M

13、)The range of linear response27Detect H2S in living cells2829Developed an ICT fluorescent turn-on probe for the highly sensitive and selective detection of H2S in living cells employing the aldehydeacrylate sulphide-trapping principle.The probe shows a linear fluorescence intensity enhancement with a wide range of concentrations of NaHS. Conc