【《关于化学发光的研究文献综述》2500字】

关于化学发光的研究文献综述化学发光（Chemiluminescence，CL）指的是在某些特殊的化学反应中，反应物吸收化学能被激发，从激发态返回基态的过程中，产生一定波长的光辐射现象[60,61]。人们最早发现的化学发光现象主要来自于诸如萤火虫、水母、海萤等发出的光，因其为在生物体内发生反应而释放的可见光，现在人们称之为生物发光（Bioluminescence，BL），从广义上讲，生物发光也属于化学发光的范畴[62]。直到19世纪末，人们才发现一些化合物也可以产生化学发光现象[63]：咯酚碱[64]、鲁米诺[65]、光泽精[66]、吖啶盐[67]等有机化合物的相继发现，使得化学示踪剂的合成和化学发光免疫分析成为研究的热点[68]。然而，大多数的化学发光是极其微弱而短暂的，所以化学发光的早期研究进度相对缓慢。直至上世纪60年代，定量分析技术的进步和发展使得化学发光的研究迈入了新时代，碳水化合物与自由基的氧化发光[69]，荧光素[70]、曙红[71]等荧光染料与H2O2的化学发光，过氧草酸酯与H2O2的化学发光[72]等体系相继出现，使其在高效色谱检测、化学发光成像、免疫分析等领域得以广泛应用。1.2.1基本原理化学发光与荧光类似，区别在于荧光的激发能量主要来自外部光源，而化学发光的激发能量则为自身的化学反应所产生的。化学发光的基本原理是反应体系中的一些化学物质，包括反应物或中间体等，吸收了反应释放的能量后，由基态跃迁到激发态，由于这种激发态分子不稳定，当其再由激发态返回基态时，将能量通过光子的形式释放出来，便产生了化学发光，其主要有如Figure1.9所示的两种方式[73]。一是直接激发：底物A和B反应，产生激发态发光物质C*，C*不稳定跃迁至基态的过程中发出可见光。二是间接激发：底物A和B反应，产生中间体激发态C*，C*将能量直接传递给体系中另一种荧光物质F，使F跃迁至激发态F*，F*不稳定跃迁到基态的过程中发出可见光[74]。要使化学发光能够实现，反应必须要释放足够的能量，使得化学反应中有一种物质接受能量达到激发态，并且这种激发分子的量子产率较高能从中释放出大量光子，或者可以把能量转移到其他分子使之达到激发态并发光[75]。在间接激发的过程中，化学发光的波长与光荧光物质自身的发射波长一致[76]。Figure1.9Twokindsofmechanismsofchemiluminescence,(a)directchemiluminescenceand(b)indirectchemiluminescence,whereAandBarechemicalreactants,andBusuallyrepresentsthesubstancethatstimulatesthereaction;(c)and(d)areSchematicdiagramofthechemicalstructureofchemiluminescentsubstratesandenergyacceptorscommonlyusedinCRET.本节旨在以其中2种常见的化学发光底物：鲁米诺和CPPO为代表，简要介绍其反应机理，为后续阐述这2种化学发光体系在生物成像及治疗中的最新研究进展提供理论基础。1.2.2主要类型1.2.2.1鲁米诺化学发光体系鲁米诺（Luminol），是一种酰肼类化合物，其化学名称为（5-氨基-2,3-二氢邻苯二甲酸-1,4-二酮），通常被称为发光氨。鲁米诺被Albrecht在1928年首次报道[77]，它在室温下呈淡黄色粉末状，是一种性质稳定的通过人工合成的有机化合物。鲁米诺的化学发光反应通常被认为是一种特殊的羰基化合物的亲核加成反应，反应原理如Figure1.10所示[77]。鲁米诺可以被氧化成激发态的3-氨基邻苯二甲酸酯离子，然后，激发态产物通过振动弛豫到基态，产生最大发射波长约为425nm的一种强烈的蓝色化学发光[78]。由于鲁米诺及其衍生物或结构类似物具有水溶性好，性能稳定，化学发光效率高，合成简单和生态友好等优点，已被广泛应用于生物领域中，例如传感，成像和癌症治疗[79]。但是由于鲁米诺与H2O2之间的反应速度较慢，通常将诸如过氧化物酶和血红素之类的催化剂加入发光系统中，以加速反应并提高化学发光强度。由于其拥有良好的自发光特性在犯罪搜查[80]、化学分析[81]等领域也有广泛应用。Figure1.10ThereactionmechanismofLuminolandH2O21.2.2.2过氧草酸酯化学发光体系过氧草酸酯类化学发光（Peroxyoxalatechemiluminescence，POCL），由于其高灵敏度，高量子效率（某些过氧草酸酯体系的量子效率为30％或更高）和较长的发光寿命，在生物成像，纳米材料，分子传感器和肿瘤成像与治疗等领域受到了越来越多的关注。由于它属于间接化学发光，因此发光系统通常包含草酸芳基酯，氧化剂（通常为H2O2）和合适的染料。如Figure1.11所示，POCL系统的化学发光机理是H2O2氧化过氧草酸酯生成过氧酸单元，过氧酸单元经过内部环化反应形成电子激发的1,2-二氧杂环二丁酮中间体。然后中间体分解为二氧化碳以释放能量，并通过CRET激发附近的荧光团[82]。1963年，Chandrosss报道了第一例POCL，为存在9,10-二苯基蒽的情况下H2O2与草酰氯的简单反应，产生“蓝白色”光[83]。随后，Rauhut等人对各种取代的草酸酯与H2O2的反应进行了深入研究，结果表明带有带负电取代苯基的草酸酯能够高效发光[84]。目前，最常用的过氧草酸酯有双（2,4，5-三氯苯基-6-芳基戊氧基苯基）草酸酯（CPPO）和双（2,4,6-三氯苯基）草酸酯（TCPO）。然而，与鲁米诺及其衍生物的性质相比，过氧草酸酯的主要缺点是它们与水性体系的相容性差。为了保护过氧草酸酯免于在水溶液中自发水解以便使其能够进一步在体内应用，人们常将它们和染料以稳定的胶束或纳米颗粒的形式封装起来，以实现有效的化学能转移。Figure1.11PrincipleofchemiluminescenceproducedbythereactionofCPPOandH2O2因为化学发光光谱与荧光发射光谱有很大的相似性，因此过氧草酸酯化学发光另一个优点是可以通过选择不同的荧光剂来调节所需的波长，并且过氧草酸酯的化学发光量子产率与所添加的荧光剂的荧光量子产率呈现正相关。Table1.3整理了文献报道的一些荧光剂的最大发射波长及荧光量子产率。Table1.3Somefluorescentagentscommonlyusedinoxalatechemiluminescence参考文献[1] 陈越,郑军,谭潇.光动力疗法在肿瘤治疗中的研究进展[J].实用医学杂志,2019,35(16):2517-21.[2] DECKERS,GOTTLIEBJ,CRUZDL,etal.Percutaneousdilatationaltracheostomy(PDT)intraumapatients:asafeprocedure[J].EurJTraumaEmergS,2016,42(5):605-10.[3] LANDAG,BUKELMANA,KATZH,etal.EarlyOCTchangesofneuroretinalfovealthicknessafterfirstversusrepeatedPDTinAMD[J].IntOphthalmol,2009,29(1):1-5.[4] HUANGZ.PhotodynamictherapyinChina:Over25yearsofuniqueclinicalexperiencePartOne-Historyanddomesticphotosensitizers[J].PhotodiagnPhotodyn,2006,3(1):3-10.[5] UEBELHOERNS,DOVERJS.Photodynamictherapyforcosmeticapplications[J].DermatolTher,2005,18(3):242-52.[6] CHENGH,FANJH,ZHAOLP,etal.Chimericpeptideengineeredexosomesfordual-stagelightguidedplasmamembraneandnucleustargetedphotodynamictherapy[J].Biomaterials,2019,211(14-24.[7] WIEDERME,HONEDC,COOKMJ,etal.Intracellularphotodynamictherapywithphotosensitizer-nanoparticleconjugates:cancertherapyusinga'Trojanhorse'[J].PhotochPhotobioSci,2006,5(8):727-34.[8] LIX,ZHENGBD,PENGXH,etal.Phthalocyaninesasmedicinalphotosensitizers:Developmentsinthelastfiveyears[J].CoordinChemRev,2019,379(147-60.[9] MOANJ,PENGQ.Anoutlineofthehundred-yearhistoryofPDT[J].AnticancerRes,2003,23(5a):3591-600.[10] LIMRK,WEINSTOCKMA.PhotodynamicTherapyandMedicareExpenditures[J].JamaDermatol,2021,157(3):356-7.[11] JUZENIENEA,MOANJ.ThehistoryofPDTinNorwayPartII.RecentadvancesingeneralPDTandALA-PDT[J].PhotodiagnPhotodyn,2007,4(2):80-7.[12] MONTIM,MOTTAS.TemoporfinPDTpartialresponseofmultiplehead-and-neckskinepitheliomas:Implicationofwarfarin[J].JAmAcadDermatol,2012,66(4):Ab158-Ab.[13] MILLERJ.SecondgenerationdrugsandadditionalapplicationsofPDT[J].JChemEduc,1999,76(5):594.[14] EVTUSHENKOVA,SOLDATOVAN,VUSIKMV,etal.Treatmentofbasal-cellularskincancerandheavyconcomitantdiseasesbyaphotodynamictherapeuticmethodwithadyelaser"LITT-PDT"[J].ProcSpie,2008,6938[15] 江灿.改良ALA-PDT疗法治疗痤疮的有效性和安全性兔耳模型实验研究[D];泸州医学院,2014.[16] LIX,LEES,YOONJ.Supramolecularphotosensitizersrejuvenatephotodynamictherapy[J].ChemSocRev,2018,47(4):1174-88.[17] MOANJ,MALW,IANIV,etal.MechanismsandproceduresinPDT[J].Ski