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检测锌离子的荧光探针一 Zn2+荧光探针简介锌是一种重要的人体必需的微量元素(日需要量10-15 mg)，广泛分布于人体的细胞和体液中。
Zn2+是人体内200多种酶的组成成分，直接参与体内细胞生长、发育、生殖、组织修复等各种生命代谢过程。
Zn2+在细胞的生命活动中起着非常重要的作用，在基因转录、神经传递中都必须有Zn2+的参加。
若缺少了Zn2+的参与，会导致免疫系统受损、免疫功能缺陷等疾病的产生。
随着人们对锌在生命活动中作用的认识越来越深，Zn2+的检测也成为近些年来最受关注的研究。
其中Zn2+荧光探针法是目前最常用的一种方法，其主要特点是选择性好、灵敏度高、简便快捷。
一个可靠的Zn2+荧光分子探针应具有以下性质：光化学稳定性、强的抗干扰性、良好的水溶性、对Zn2+的敏感性等。
为了在生物体系中检测Zn2+，还必须考虑其它方面的因素，如激发光对生物活体的损伤、荧光分子探针在生物体外和生物体内的溶解性和细胞穿透性等。
此外，pH不敏感性也是需要考虑的一个重要因素。
Zn2+荧光分子探针的设计原理主要是基于光诱导电子转移（PET）、分子内电荷转移（ICT）、能量共振转移（FRET）以及激发态分子内质子转移等。
本文将按荧光团和配体分类，介绍基于不同设计原理的Zn2+荧光分子探针。
二Zn2+荧光探针分类近年来，人们开始研究测定细胞内Zn2+的方法和技术，先后建立和发展了多种方法，如离子选择电极法以及利用金属显色指示剂的分光光度法，但这些方法存在干扰离子较多，灵敏度低等缺点。
荧光法以其选择性好、灵敏度高、简便快捷和可以追踪等特点一直为人们所关注。
目前，测定游离Zn2+的荧光探针主要分为以下几大类:2.1卟啉类荧光探针卟啉环是由十八个电子组成的大共轭体系，金属卟啉是卟啉核中心的两个氢原子被金属取代而形成的配合物，闭壳金属卟啉通常有荧光，卟啉的基本骨架结构如图所示。
Zn2+与四-(3-间氯苯基)-卟啉和非水溶性四-(4-对氯苯基)-卟啉在pH6.0-8.0时可以形成稳定的荧光配合物，其激发波长为370nm，发射波长为510nm；二者检出限为3.5ug/L。
Zn离子的检测方法随着工业和生活用水中污染物的增加，水体中重金属离子的检测显得尤为重要。
Zn离子作为一种重要的金属离子，在环境监测、水质安全和生物医学领域具有广泛的应用。
因此，研究和发展准确、灵敏的Zn离子检测方法具有重要的科学和实用价值。
本文将介绍几种常见的Zn离子检测方法。
一、原子吸收光谱法原子吸收光谱法是一种常见的分析技术，适用于测定各种金属离子。
在Zn离子的测定中，可以利用原子吸收光谱仪来测定Zn离子溶液的吸光度。
首先，将待测溶液与一定浓度的Zn标准溶液进行比色，记录吸光度。
然后，根据标准曲线确定待测溶液中Zn离子的浓度。
二、电化学法电化学法是利用电化学方法测定溶液中的物质浓度的一种分析技术。
常见的电化学方法包括电位滴定法、电解析法和电位分析法等。
在Zn离子的检测中，可以使用电化学技术来测定Zn离子溶液中的电位变化。
通过电位变化的测定，可以间接确定溶液中Zn离子的浓度。
三、荧光分析法荧光分析法是利用物质在受激发后发出的荧光性质来测定其浓度的一种分析方法。
在Zn离子的检测中，可以使用荧光染料或荧光探针来测定Zn离子的浓度。
这些荧光染料或荧光探针可以与Zn离子形成配合物，形成具有特定荧光信号的复合物，通过测定荧光信号的强度或寿命来确定Zn离子的浓度。
四、分子印迹技术分子印迹技术是一种将目标分子嵌入合成聚合物中，生成具有目标分子选择性识别能力的材料的方法。
在Zn离子的检测中，可以使用分子印迹技术合成具有特异性对Zn离子选择性吸附和识别的分子印迹聚合物。
通过将待测溶液与分子印迹聚合物接触，Zn离子能够被聚合物选择性地吸附，从而实现Zn离子的测定。
综上所述，Zn离子的检测可以通过原子吸收光谱法、电化学法、荧光分析法和分子印迹技术等多种方法来实现。
这些方法各自具有不同的优缺点，适用于不同领域和场景的Zn离子检测。
未来的研究应该继续改进和发展这些方法，提高其准确性、灵敏度和实用性，以满足不断增长的环境监测和生物医学需求。
荧光探针检测重金属原理
荧光探针是一种能够检测重金属的有效方法。
它利用荧光分子的特性，通过与重金属离子的结合来实现检测。
荧光探针的原理是基于荧光分子的荧光性质，当荧光分子与重金属离子结合时，荧光分子的荧光强度会发生变化，从而实现对重金属离子的检测。
荧光探针的检测原理是基于荧光分子的荧光性质。
荧光分子是一种具有特殊结构的分子，它们能够吸收光能并发出荧光。
荧光分子的荧光强度与其结构和环境有关，当荧光分子与重金属离子结合时，荧光分子的结构和环境会发生变化，从而导致荧光强度的变化。
因此，荧光探针可以通过测量荧光强度的变化来检测重金属离子的存在。
荧光探针的检测方法具有很高的灵敏度和选择性。
它可以检测非常低浓度的重金属离子，并且可以区分不同种类的重金属离子。
此外，荧光探针还具有实时监测的能力，可以在短时间内完成检测。
荧光探针的应用非常广泛。
它可以用于环境监测、食品安全检测、医学诊断等领域。
例如，在环境监测中，荧光探针可以用于检测水中的重金属污染物，以及土壤和空气中的重金属污染物。
在食品安全检测中，荧光探针可以用于检测食品中的重金属残留物，以及食品加工过程中的重金属污染。
在医学诊断中，荧光探针可以用于检测体内的重金属离子，以及诊断某些疾病。
荧光探针是一种非常有效的重金属检测方法。
它具有高灵敏度、高选择性和实时监测的能力，可以应用于各种领域。
随着技术的不断发展，荧光探针的应用前景将会更加广阔。
荧光探针的应用领域荧光探针的应用领域非常广泛，多用于生物医学、药物研发、环境监测、化学分析等领域。
以下是具体应用领域的介绍：1. 生物医学领域荧光探针被广泛应用于生物医学领域，如细胞成像、蛋白质分析、细胞代谢、细胞状态监测等。
1.1. 细胞成像荧光探针可以用于活体细胞和组织成像，通过改变荧光探针的结构和化学性质，可以使其在不同条件下发出不同的荧光信号，实现对不同细胞器和代谢过程的成像。
1.2. 蛋白质分析荧光探针可以用于蛋白质的分析，如蛋白质的抑制、激活、结合等，可以通过观察荧光强度的变化来监测蛋白质的功能。
荧光探针也可以用于细胞代谢的研究，如酶的反应、离子浓度变化等。
1.4. 细胞状态监测荧光探针还可以用于监测细胞状态的变化，例如细胞凋亡、活性氧的产生等重要过程。
2. 药物研发领域荧光探针也被广泛应用于药物研发领域，包括药物吸收、代谢和药效学等方面。
2.1. 药物吸收荧光探针可以用于药物吸收的研究，包括药物在不同场景下的吸附和释放，可以通过观察荧光信号的改变来解析不同方案下的药物吸收动力学。
荧光探针还可以用于药物代谢的研究，包括药物代谢产物的分析和代谢酶的活性测定等。
3. 环境监测领域荧光探针还可以用于环境监测领域，例如对污染物的探测、水质监测等。
3.1. 污染物检测荧光探针可以用于检测污染物，如重金属离子、有机污染物、农药等。
4. 化学分析领域荧光探针在化学分析领域也有广泛应用，如对有机分子的监测、金属配合物的分析等。
4.2. 金属配合物的分析荧光探针还可以用于金属配合物的分析，例如锌、铜等金属的配合物检测。
总之，荧光探针在生物医学、药物研发、环境监测、化学分析等多个领域有着广泛应用。
它能快速、准确地检测目标物质，成为这些领域中不可或缺的重要工具。
![用于3CL蛋白酶检测及抑制剂筛选的锌离子诱导AIEE荧光探针、制备方法及其应用[发明专利]](https://uimg.taocdn.com/6851aaa3e43a580216fc700abb68a98271feac3e.webp)
专利名称：用于3CL蛋白酶检测及抑制剂筛选的锌离子诱导AIEE荧光探针、制备方法及其应用
专利类型：发明专利
发明人：胡小蕾,项诗琪,谢亚均,杨晓兰,吴晓绵,杜尧,鞠尚申请号：CN202111555106.4
申请日：20211217
公开号：CN114163502A
公开日：
20220311
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种用于3CL蛋白酶检测及抑制剂筛选的锌离子诱导AIEE荧光探针，所述荧光探针化学结构式为：其中，n＝2、3、4、5、6；X1，X2均为氨基酸；将三苯胺AIE分子标记到多肽链上制备成探针，多肽链增加了AIE分子的水溶性和细胞渗透性，本探针分子可被细胞内表达的3CL 蛋白酶特异性识别切割，AIE荧光基团掉落后在锌离子的诱导作用下和蛋白共同产生聚集发光增强现象，实现对3CL蛋白酶的荧光定量标记，检测3CL蛋白酶的表达及进行其对应的抑制剂筛选。
申请人：重庆医科大学国际体外诊断研究院
地址：401331 重庆市沙坪坝区大学城中路61号兰苑L2-2栋
国籍：CN
代理机构：北京海虹嘉诚知识产权代理有限公司
代理人：吕小琴
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基于席夫碱结构的锌离子选择性荧光探针摘要：以水杨醛和2-氨基吡啶为合成原料，合成了水杨醛缩2-氨基吡啶席夫碱，考察了其对17种金属离子的识别能力。
结果表明，探针L对锌离子具有较高的选择性，受常见离子的干扰较小，适于锌离子的检测。
关键词：荧光探针；锌离子；席夫碱1引言锌离子是生物体必不可少的重要元素之一，在细胞分裂和成长、神经传导、细胞代谢等过程中发挥着重要的作用[2]。
因此锌离子代谢失常会影响人体的生长发育和多种疾病的发生[3]。
此外，伴随着锌在各类工业生产中的广泛使用，大量的锌元素以阳离子的形式进入环境，成为一种常见的环境污染离子。
锌离子对环境的影响引起了人们普遍重视，因此对锌离子的快速、高选择性检测具有重大的意义。
荧光探针法由于灵敏度高、选择性强、可实现原位分析检测等优点得到了广泛的应用。
近年来，报道了许多锌离子荧光探针[4, 5]。
然而，尽管有些锌离子荧光探针性能优良，但多数合成步骤复杂，限制了它的实际应用。
席夫碱类化合物容易与金属离子发生配位反应，常用来设计金属离子探针。
本文以水杨醛和2-氨基吡啶为合成原料，设计合成了一种新型基于席夫碱类的荧光材料L，并详细研究了其对锌离子的识别过程。
2实验2.1主要试剂与仪器试剂：水杨醛、2-氨基吡啶、乙腈购于天津红岩化学试剂有限公司。
实验中所采用的金属离子为该金属的可溶性硝酸盐、氯化盐或硫酸盐。
其他药品和所用有机溶剂都购买于国药集团北京化学试剂有限公司。
仪器：1H 核磁共振谱图采用 Bruker–400 MHz 核磁共振仪，荧光光谱采用日立F-4600荧光光谱仪，超纯水采用成都超纯科技有限公司生产的ULUP-IV-20T 优普系列超纯水机制得。
图 1. a. 探针L的合成路线 b. 探针L与锌离子形成络合物的示意图2.2 锌离子荧光探针L的合成与表征参照文献[6]，合成了荧光探针L，合成路线如图1所示，产率为87%。
1H NMR 谱图信息与探针M结构相符。
常见的小分子荧光探针种类1.引言1.1 概述小分子荧光探针是一类被广泛应用于生物领域的化学工具，通过其具有的荧光性质，可以用于生物成像、药物传递、疾病诊断等方面。
小分子荧光探针具有分子结构简单、稳定性好、探测灵敏度高等特点，在生物学研究中起着重要的作用。
小分子荧光探针的种类繁多，根据其不同的结构和功能特点，可以分为许多不同的类别。
常见的小分子荧光探针包括有机荧光探针、金属配合物荧光探针、聚合物荧光探针等。
有机荧光探针是指由有机化合物构成的荧光探针，其分子结构多样，可以通过调整结构来实现特定的探测目标。
常见的有机荧光探针包括荧光染料、荧光蛋白等。
荧光染料具有较强的荧光强度和良好的化学稳定性，可以用于细胞成像、生物传感等领域。
荧光蛋白是一类来源于特定生物体的蛋白质，其具有自身天然的荧光性质，可以通过基因工程技术进行改造和调整，广泛应用于生物研究中。
金属配合物荧光探针是指由金属离子与配体形成的荧光探针，其具有较强的荧光性能和较长的寿命。
金属配合物荧光探针具有选择性较高的特点，可以用于特定金属离子的探测和诊断。
常见的金属配合物荧光探针包括铜离子、锌离子、铁离子等的配合物。
聚合物荧光探针是指由高分子聚合物构成的荧光探针，其具有较好的溶解性和稳定性。
聚合物荧光探针可以通过调整聚合物的结构和链长来实现特定的探测需求。
常见的聚合物荧光探针包括聚合物分子探针、聚合物纳米探针等。
总之，常见的小分子荧光探针种类繁多，具有不同的结构和功能特点，可以根据具体的研究需求选择适合的荧光探针进行应用。
这些小分子荧光探针为生物学研究提供了有力的工具，有助于深入理解生命的基本过程和疾病的发生机制。
未来，随着技术的不断发展和突破，相信小分子荧光探针在生物领域的应用会得到更广泛的推广和应用。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要围绕"常见的小分子荧光探针种类"展开讨论。
文章分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将进行概述、文章结构和目的的介绍。
检测锌离子的荧光探针姓名：徐英学号：51007008 专业：应用化学摘要：锌是人体必需的微量元素之一，是维持机体正常生长发育、新陈代谢的重要物质。
锌的过量与不足都会导致人体代谢异常，产生疾病，因此，Zn2+含量的测定在临床、医药、食品、环境监测及科研中都有极其重要的意义。
本文简要综述了测定细胞内游离锌离子荧光探针物质的化学规律、性质和优缺点。
关键词：Zn2+、荧光探针、定量检测1、前言在自然界元素的丰度顺序中，锌排在第25位，在地壳中的平均含量波动于0.004-0.02%之间。
锌是位于元素周期表第II副族的过渡金属元素，具有3d104s2的价电子结构，通常只失去s电子而成+2氧化态。
Zn2+的原子半径较小，且因其带两个正电荷，所以它对电子的亲和力很高，是一个强的质子受体[1]。
1940 年Eggleton首先提出人类需要锌[2]。
Prasad和Sandstead 等研究明确了锌是人类必需的微量元素[3]。
Zn2+是人体内第二富集的过渡金属，广泛分布于人体内部。
据研究表明，锌在许多生理、生化过程中发挥着极为重要的作用，例如:锌离子是组成三百多种生物酶活性催化中心的重要金属离子之一；它可作为金属蛋白酶的结构因子或转录因子；可以和许多调控酶相互作用，作为第二信使触发或阻断诸如细胞凋亡等重要生理过程；具有调控大量离子通道的能力，参与神经传导的过程；同时，锌离子在中枢神经系统（CNS）中还扮演着非常重要的角色。
新近研究还表明，锌离子的浓度大小与多种疾病的发生紧密相关[4]。
缺锌对机体有重要影响: 一是对生长发育和组织再生的影响；二是对性器官和性功能的影响；三是锌依赖酶(含锌酶)的活性降低；四是缺锌可使胰岛素降解加剧，引起血中胰岛素水平下降及对葡萄糖利用率减少，葡萄糖耐量下降；五是缺锌可引起血液内视黄醇结合蛋白的浓度降低，影响组织对维生素A 的利用，使人的暗适应能力下降，还有对皮肤及味觉等的影响[5]。
虽然缺锌给人体带来了极大的伤害，但是人体内锌含量的超标也会造成同样大的伤害，如：补锌过量会使人的免疫力下降；可诱发人体的铜缺乏；过量补锌可降低机体内血液、肾和肝内的铁含量，出现小细胞低色素性贫血，红细胞生存期缩短，肝脏及心脏中超氧化物歧化酶等酶活性下降 (6)因此，若能实时跟踪、监测生物体中的锌离子，就有可能使人们在细胞层次或者组织层次上进行锌离子的生理、生化行为的研究。
荧光探针检测重金属原理1概述重金属是一类对人类健康和生态环境具有潜在危害的物质，其来源主要包括人类活动和自然界。
荧光探针是一种灵敏、高效、无损的测量手段，已经被广泛应用于重金属的检测和分析。
本文将介绍荧光探针检测重金属的原理、技术以及应用。
2荧光基础知识荧光是指物质受到光激发后能发出一种长波长、低能量的光，其过程是由于物质分子在吸收光子后被激发到高能级，并在短暂的时间内失去部分能量后返回到低能级，放出荧光光子。
荧光现象具有如下特点：1.光谱特性：基于光子的荧光光子波长通常比激发光的波长长，因此荧光和激发光可以通过光谱特性区分。
2.光子数量：荧光光子的数量通常比激发光少10-1000倍，但荧光光子的信号强度可以被光学探测器检测到。
3.激发/发射条件：荧光需要光子激发，因此需要有光源；同时，荧光光子在迅速发射后会立即扩散，因此需要进行及时的光学检测。
3荧光探针应用于重金属检测的方法荧光探针检测重金属的方法一般基于以下两个原理：1.荧光猝灭法荧光猝灭法是指某些重金属离子能破坏荧光物质的发光过程，从而减少或消失荧光信号。
这种方法常常应用于离子型重金属离子如Cu2+、Hg2+、Pb2+、Ag+等的检测。
荧光猝灭法的优点是检测速度快、灵敏度高、实现简单，缺点是存在一些干扰物质的影响，如有机物、铁离子、杂质离子以及硫、硒等含有硫醇、硫酸等官能团物质。
2.亲合作用法亲合作用法是指针对某些特殊荧光剂和重金属之间存在的可以形成稳定络合物的亲和性作用，通过测量产生的荧光信号来检测重金属离子。
这种方法可以用于测量和识别大部分离子和有机物。
亲合作用法的优点是广泛适用、灵敏度高、可靠性好，缺点是检测前需要对样品进行前处理，而且需要处理条件中的pH、温度、离子强度等参数掌握得非常准确。
4荧光探针的特点荧光探针具有以下几个显著的特点：1.非破坏性：荧光探针不破坏样品，在测试中不需要进行样品的前处理，因此可以大量节省时间和劳动力。
低含量锌检测方法低含量锌检测方法1. 引言在很多实验室和工业生产场景中，检测低含量锌的方法非常重要。
锌是一种重要的微量元素，它在农业、医药和环境领域都有着广泛的应用。
本文将介绍几种常用的低含量锌检测方法。
2. 感应耦合等离子体质谱法（ICP-MS）- ICP-MS技术是一种高灵敏度的分析方法，能够同时测定多种金属元素的含量。
- 该方法需要使用专用仪器设备，通过将样品离子化后通过质谱仪进行分析，能够实现锌的定量检测。
- ICP-MS法具有高精度、高灵敏度和较宽的线性范围等优点，适用于低含量锌的检测。
3. 电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）- ICP-OES是一种高灵敏度、高分辨率的光谱分析方法，用于测定金属元素含量。
- 该方法利用样品经ICP等离子体激发产生的特定光谱进行分析，可准确测定锌含量。
- ICP-OES法具有宽线性范围、较低的相对标准偏差和较好的准确性等特点，可应用于低含量锌的测定。
4. 原子吸收光谱法（AAS）- AAS是一种常用的金属元素分析方法，通过测定金属元素对特定波长的吸收光进行定量分析。
- 该方法通常需要将样品转化为气体态或液体态，然后使用特定光源和光谱仪进行测定。
- AAS法具有高选择性、较低的检测限和较好的准确性，在低含量锌的检测中也有较好的应用前景。
5. 电化学法- 电化学法是一种基于电流或电势的测定方法，常用于金属离子的测定。
- 在锌的电化学测定中，可以利用锌与电极的氧化还原反应进行定量分析。
- 电化学法具有非常高的选择性和灵敏度，适用于低含量锌的测定。
6. 荧光光谱法- 荧光光谱法是一种基于物质的吸收和发射荧光的分析方法，广泛应用于金属离子的检测。
- 在锌的荧光光谱法中，可以利用特定荧光探针与锌离子的络合反应进行测定。
- 荧光光谱法具有高选择性、高灵敏度和较快的反应速度，适用于低含量锌的分析测定。
本文介绍了几种常用的低含量锌检测方法，包括ICP-MS、ICP-O ES、AAS、电化学法和荧光光谱法。
Univ.Chem. 2023, 38 (4), 151–159 151收稿：2022-11-29；录用：2023-01-04；网络发表：2023-03-20†共同第一作者，对本文工作同等贡献*通讯作者，Email:***************.cn基金资助：华中科技大学校级教学研究项目(2019028)；国家自然科学基金(21901079)；华中科技大学自主创新基金(2019kfyXJJS069)•化学实验• doi: 10.3866/PKU.DXHX202211092 CuAAC 点击化学法合成三氮唑结构锌离子探针付世涛†，窦容慧†，李馨，郭义娜，张玉苹，熊辉，高晓莉，徐鑫，王龙*华中科技大学化学与化工学院，武汉 430074摘要：铜(I)催化的叠氮-炔烃环加成(CuAAC)点击化学与荧光探针是有机化学科研领域的重要前沿方向，开展相关的教学实验有助于学生创新能力的培养。
然而，如何避免使用有毒、有爆炸风险的叠氮类化合物，是本科教学中推广CuAAC 点击化学面临的巨大挑战。
本文报道了一个改进的适合本科教学的CuAAC 点击反应，提高了安全性与趣味性。
通过巧妙利用5,7-二甲基四氮唑[1,5-a ]嘧啶在溶液中可以互变异构为叠氮化合物的性质，使之与4-乙炔基苯甲醚反应生成三氮唑化合物5，实验中避免了操作叠氮化合物带来的中毒和爆炸风险。
实验合成的化合物5可以选择性识别锌离子并作为锌离子荧光探针，具有定量测定锌离子含量的潜力。
关键词：点击化学；CuAAC ；荧光探针；叠氮；锌离子中图分类号：G64；O6Triazole-based Fluorescent Probe for Zinc Ion Synthesized by CuAAC Click ChemistryShitao Fu †, Ronghui Dou †, Xin Li, Yina Guo, Yuping Zhang, Hui Xiong, Xiaoli Gao, Xin Xu, Long Wang *School of Chemistry and Chemical Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China.Abstract: Cu(I)-catalyzed azide–alkyne cycloaddition (CuAAC) click chemistry and fluorescent probe are hot research topics of organic chemistry. Introducing it into undergraduate laboratory could help to cultivate creativity of students. However, how to avoid the use of azides is a great challenge to promote CuAAC click chemistry in undergraduate education. Herein, we report a modified CuAAC click reaction experiment for undergraduate laboratory teaching, featuring improved safety and interestingness. 5,7-dimethyltetrazolo[1,5-a ]pyrimidine can be tautomerized into azide form in solution. Elegantly using this property could achieve the CuAAC reaction between 5,7-dimethyltetrazolo[1,5-a ]pyrimidine and 4-acetylene anisole for the generation of triazole compound 5, avoiding the toxicity and explosive risk from the operation of azide compound. The synthesized compound 5 could selectively recognize zinc ions as a fluorescent probe. It is potentially useful for quantitative analysis of zinc ion concentration.Key Words: Click chemistry; CuAAC; Fluorescent probe; Azide; Zinc ion1 引言“点击化学”(Click chemistry)是2022年诺贝尔奖得主Sharpless K. B.在2001年提出的有机合成新概念[1]，即利用可靠的化学转化方法将化学单元相连接，高收率、高选择性地得到目标化合物的模块化合成手段。
【生化】Chem.Sci.：内质网靶向荧光探针用于锌离子成像内质网（ER）是由一层单位膜所形成的囊状、泡状和管状结构，能形成一个连续的网膜系统，发挥着蛋白质合成和运输、蛋白质折叠、碳水化合物代谢等作用。
然而，未折叠或者错误折叠的蛋白质合成并积聚在内质网会引起内质网应激并导致炎症、糖尿病和神经退行性疾病的发生。
除此之外，内质网还充当着生物介质（包括锌）在细胞中的存储场所。
大量报道表明锌转运蛋白的消耗以及锌缺乏会引起ER应激并激活未折叠蛋白反应（UPR）。
因此，研究新型分子用于亚细胞区域的锌离子（Zn2+）成像显得尤为重要。
近日，英国基尔大学的Michael Watkinson教授课题组设计合成了一种以环己基磺酰脲作为不同Zn2+受体的ER靶向基团，用于检测衣霉素或毒胡萝卜素诱导的内质网应激下移动的Zn2+变化的荧光探针。
该探针具有对Zn2+良好的荧光转换、高选择性、低毒性，有助于研究者们更好地理解细胞中内质网对锌稳态失衡的反应机制，以及锌稳态在疾病发生和发展中的作用。
相关成果以“Endoplasmic reticulum targeting fluorescent probes to image mobile Zn2+”为题发表在Chemical Science上（DOI: 10.1039/c9sc04300d）。
为了合成目标探针，作者以4-(2-氨基乙基)苯磺酰胺为原料，根据文献方法合成ER靶向基团6，随后其与荧光团4-溴1,8-萘酐进行一系列反应得到叠氮化物7。
叠氮化物7与炔烃8或者10进行简单高效的点击反应后生成化合物9和11，11经TFA脱保护后得到化合物12（Scheme 1）。
以上化合物均经过1H、13C和IR光谱以及高分辨质谱的表征。
（来源：Chemical Science）随后，作者研究了目标探针9和12在溶液中的光物理性质，用Zn2+对其进行荧光滴定实验，发现两个探针对Zn2+均呈“开“响应。
荧光分子探针用于重金属离子的检测摘要环境问题已成为全球共同关注的一个热点，亦是我国经济和社会可持续发展面临的主要问题之一，对环境污染物的监测方法的研究已成为当今整个化学领域的一大热门。
在各种环境有毒物质中，重金属离子（尤是汞、铅、铬等离子）由于其对生命体系及整个水系的生态平衡的不可逆破坏（即使痕量存在）而尤为引人关注。
如何有效地检测这些重金属阳离子对于生物化学、环境科学以及医学等都有着重大的意义，同时也对现代分析化学提出了新的挑战。
荧光分子探针能够将分子识别的信息转换成能被感知的荧光信号，具有灵敏度高、选择性好、检出限低的微量分析技术，荧光化学传感器可以对单(多)种对象进行实时、在线检测等特点，克服了传统环境分析与监测手段步骤繁琐冗长、耗费大量试剂、不能实时在线分析的缺点，因而成为分析化学的研究热点。
然而，汞、铜等重金属离子对常见的荧光染料具有较强的淬灭效应，许多已报道的重金属离子荧光探针是基于荧光淬灭原理的。
荧光淬灭型探针相对于荧光增强型探针而言，具有背景信号大，灵敏度较低而不太适合用于生物样品的检测等缺点，设计合成荧光增强型重金属离子荧光探针是近年的研究热点和难点；比率型荧光探针通过记录两个荧光激发或发射峰的比值来实现对目标的检测，具有受环境因素的影响小，有利于增加响应范围，提高灵敏度等优势。
将探针分子连接在材料表面，可增加探针分子的负载量，并为探针分子进入细胞或组织提供良好的基础。
针对上述研究热点，为提高荧光分子探针在灵敏度、选择性及生物体系应用等方面的性能，我们选取罗丹明、萘酰亚胺、卟啉等为母体分子，设计合成了一系列用于重金属离子检测的新型荧光分子探针。
探针的响应信号包括荧光增强、比率型和荧光淬灭。
并选取两个特征化合物连接在材料上或者将特征化合物溶解于特殊材料中，实现了对目标离子高灵敏度、高选择性的检测以及对水溶液中目标离子的清除。
具体工作如下：1.设计并合成了以多取代酚-钌吡啶化合物为荧光探针用于Co2+的测定。
荧光化学传感器是建立在光谱化学和化学波导与量测技术基础上的将分析对象的化学信息以荧光信号表达的传感装置。
其主要组成部件有三个(图1．1)：1．识别结合基团(R)，能选择性地与被分析物结合，并使传感器所处的化学环境发生改变。
这种结合可以通过配位键，氢键等作用实现。
2．信号报告基团(发色团, F)，把识别基团与被分析物结合引起的化学环境变化转变为容易观察到的输出信号。
信号报告基团起到了信息传输的作用，它把分子水平上发生的化学信息转换成能够为人感知(颜色变化)或仪器检测的信号(荧光等)。
3．连接基团(S)，将信号报告基团和识别结合基团连接起来，根据设计的不同连接基团可有多种选择，一般用做连接基团的是亚甲基等短链烷基。
连接基团的合适与否将直接影响是否有输出信号的产生。
信号表达可以是荧光的增强或减弱、光谱的移动、荧光寿命的变化等。
图1.1 荧光探针的结构1.1.1 荧光探针的一般设计原理(1) 结合型荧光探针[21]+Analyte Signalling subunit Space Binding subunit Outputsignal图1.2 共价连接型荧光探针结合型荧光探针是利用化学共价键将识别基团和荧光基团连接起来的一类荧光探针，是比较常见的一类荧光探针。
该类探针通过对比加入分析物前后荧光强度的变化、光谱位置的移动或荧光寿命的改变等实现对分析物的检测。
在该类荧光化学传感器的设计中，必须充分考虑下列三个方面的因素。
(a) 受体分子的荧光基团设计、合成：考虑到用于复杂环境体系的荧光检测，要求荧光基团要有强的荧光（高荧光量子产率，有利于提高检测的灵敏性），Stokes 位移要大（可有效消除常规荧光化合物如荧光素等具有的自猝灭现象），荧光发射最好要在长波长区（最好位于500 nm 以上，可避免复杂体系的常位于短波长区的背景荧光的干扰，另外由于长波长区发射的荧光能量的降低可减少荧光漂白现象的发生而延长传感器的使用寿命）。
检测锌离子的荧光探针姓名：徐英学号：51007008 专业：应用化学摘要：锌是人体必需的微量元素之一，是维持机体正常生长发育、新陈代谢的重要物质。
锌的过量与不足都会导致人体代谢异常，产生疾病，因此，Zn2+含量的测定在临床、医药、食品、环境监测及科研中都有极其重要的意义。
本文简要综述了测定细胞内游离锌离子荧光探针物质的化学规律、性质和优缺点。
关键词：Zn2+、荧光探针、定量检测1、前言在自然界元素的丰度顺序中，锌排在第25位，在地壳中的平均含量波动于0.004-0.02%之间。
锌是位于元素周期表第II副族的过渡金属元素，具有3d104s2的价电子结构，通常只失去s电子而成+2氧化态。
Zn2+的原子半径较小，且因其带两个正电荷，所以它对电子的亲和力很高，是一个强的质子受体[1]。
1940 年Eggleton首先提出人类需要锌[2]。
Prasad和Sandstead 等研究明确了锌是人类必需的微量元素[3]。
Zn2+是人体内第二富集的过渡金属，广泛分布于人体内部。
据研究表明，锌在许多生理、生化过程中发挥着极为重要的作用，例如:锌离子是组成三百多种生物酶活性催化中心的重要金属离子之一；它可作为金属蛋白酶的结构因子或转录因子；可以和许多调控酶相互作用，作为第二信使触发或阻断诸如细胞凋亡等重要生理过程；具有调控大量离子通道的能力，参与神经传导的过程；同时，锌离子在中枢神经系统（CNS）中还扮演着非常重要的角色。
新近研究还表明，锌离子的浓度大小与多种疾病的发生紧密相关[4]。
缺锌对机体有重要影响: 一是对生长发育和组织再生的影响；二是对性器官和性功能的影响；三是锌依赖酶(含锌酶)的活性降低；四是缺锌可使胰岛素降解加剧，引起血中胰岛素水平下降及对葡萄糖利用率减少，葡萄糖耐量下降；五是缺锌可引起血液内视黄醇结合蛋白的浓度降低，影响组织对维生素A 的利用，使人的暗适应能力下降，还有对皮肤及味觉等的影响[5]。
虽然缺锌给人体带来了极大的伤害，但是人体内锌含量的超标也会造成同样大的伤害，如：补锌过量会使人的免疫力下降；可诱发人体的铜缺乏；过量补锌可降低机体内血液、肾和肝内的铁含量，出现小细胞低色素性贫血，红细胞生存期缩短，肝脏及心脏中超氧化物歧化酶等酶活性下降 (6)因此，若能实时跟踪、监测生物体中的锌离子，就有可能使人们在细胞层次或者组织层次上进行锌离子的生理、生化行为的研究。
这对揭开生物体系中锌离子与生物体内许多重要生理、生化功能之间的关系之谜具有极其重要的科学价值。
自1987年第一个锌离子荧光探针(TsQ)诞生以来，陆续研制开发了几种锌离子荧光探针，如Zinquin，Zinpyr-l，ACF-l，ACF-2，NewportGreen等。
人类利用这种方便快捷的方式检测Zn2+，为研究生物体内Zn2+的功能和性质以及它的结合方式，探索锌在生物体中的作用做出了卓越的贡献[7]。
但在测定生物活体内的游离Zn2+的浓度方面仍存在一定的困难。
2、荧光离子探针识别机理及影响因素在锌离子的荧光检测中，最关键的是荧光选择性配体的设计。
目前报道的荧光选择性配体的基本结构可分为:荧光发色团—间质—识别基团三部分(如图1所示) [4]，其设计大多基于光致电荷迁移(PCT)和电子迁移(PET)两种荧光机理。
也有将两种机理结合起来设计的荧光配体。
但无论基于何种机理，荧光配体中的荧光发色团和识别基团的选择均极为重要。
图1荧光选择性配体及其对离子识别的工作原理示意图荧光发色团是构成荧光离子探针的最基本单元，其主要功能是实现识别信息到荧光信号的转换。
一般说来，一切具有荧光信号的有机基团都可以作为离子探针的荧光发色团。
常用的荧光发色团有以萘，蒽和芘等为主要代表的稠环芳烃类；丹酰基团；以荧光素和罗丹明为代表的呫吨类荧光基团；氟硼二吡咯类；香豆素；1，8-萘酰亚胺等荧光基团(如图2所示) [1]。
图2常用的荧光发色团间质的作用是将荧光发色团和识别基团连接起来，使之成为一个完整的体系。
它以多种形式存在，在很多类型的探针中，起到调节的作用。
但是，我们应该知道并非所有的探针都具有间质，一些基于分子内电荷转移机理的探针就没有间质存在[8]。
识别基团主要功能在于识别和结合客体，识别基团是荧光离子探针设计中的重中之重，他选择决定了探针分子的选择性和效率。
荧光离子探针的识别性能评价主要受选择性、灵敏性、水溶性、实时性和原位检测性能这五种因素的影响[1]。
选择性主要是指探针分子和识别目标的作用区别于其它因素的情况；灵敏度主要是指探针分子对检测产物的最低检测程度，是灵敏性的表现形式；水溶性是探针分子应用价值的重要基础；实时性主要是指探针分子对检测物的响应速度。
响应速度越快说明探针分子的实用性越高，越有利于在实际生活和生产之中应用；原位检测性能则取决于探针分子同被检测体系之间的相容性。
相容性越好，则原位检测性能越好。
其实在一定限度内，仪器对荧光探针检测的空间分辨率有着重要影响。
3、锌离子荧光探针作用机理人们先后研究和建立了多种方法用以检测锌离子，如分光光度法，荧光探针法，电离质谱法和核磁共振法等。
但是，生物体中的锌大多以络合形式存在分子内和分子间的游离Zn2 +的浓度很低。
近年来，人们已经了解到Zn2 + 的几种传输器的结构、功能以及它的传输形式，但Zn2 + 的吸收、传输、分配及其与蛋白质结合的控制因素还须进一步解释。
而进一步了解锌的作用的关键是在一个比较宽的浓度范围内在细胞内和细胞外定量检测锌的流量和水平[10]。
荧光探针法是对锌离子进行定性、定量分析的重要方法，它不仅简便实用，而且在灵敏度、选择性、时间分辨等方面均有突出的优点，所应用的探针应具备以下基本条件：(1) 稳定性高；(2) 对Zn2 + 有高选择性，不受或很少受其它金属离子的干扰；(3) 与Zn2 + 有络合性；(4) 能够快速感光；(5) 容易快速传递到目标体系；(6) 具有实用性。
当然，应用在生物体系中还应该有合适的荧光信号性质：( 1) 强荧光；( 2) 激发波长超过340nm(能穿过玻璃显微镜的目镜并能把由于紫外光对细胞造成的伤害减少到最小)；(3) 与金属离子络合后其发射波长比络合前有> 80nm 的斯托克位移，可消除激发光对荧光测定的干扰等[9]。
目前报道的生物应用锌离子荧光探针按作用机理可分为以下几类：(1)基于光诱导电子转移(Photoinduced ElectronTransfer PET)的荧光探针；(2)基于分子内共轭电荷转移(Intramolecular Charge Transfer ICT)的荧光探针；(3)基于荧光共振能量转移(Fluorescence Resonance Energy Transfer FRET)的荧光探针；(4)基于鳌合诱导荧光增强的荧光探针；(5)化学反应类；(6) C=N异构化机理。
下面我将对以上的六个作用机理用举例的方式进行描述。
3.1基于光诱导电子转移机理的荧光探针光诱导电子转移是指发光体(电子给体或受体) 受到光激发后，与接受体(电子给体或受体) 之间的电子转移反应。
这种电子转移反应导致发光体的荧光淬灭，但当接受体接受了阳离子后，使接受体丧失了提供或接受电子的能力，从而使发光体的荧光恢复。
在这类探针中，荧光团一般作为电子受体，而阳离子接受体(例如:氨基) 作为电子给体[11]。
其作用机理如图3所示：图3基于PET原理的荧光化学传感器模型6-甲氧基-8-对甲苯磺酰胺喹啉(TSQ，1)是第一例用于大脑、心脏及其它组织切片中Zn2 +浓度检测的荧光探针。
TSQ虽然可用于在生理条件下较高浓度的Ca2 +和Mg2 +存在时Zn2 +的检测，但TSQ-Zn2 +络合物的结构和稳定常数尚不清楚，TSQ/ Zn2 +可能以1∶1 或2∶1 的形式络合，并且荧光强度在不同的介质中变化较大，所以用TSQ进行定量分析Zn2 + 还有待于进一步研究[10]，另外它的水溶性不好，不适合在活组织中对锌进行测定和成像。
为进一步了解TSQ类荧光探针的化学结构，OHalloran小组研究了2-甲基-6-甲氧基-8-对甲苯磺酰胺喹啉(2)。
结果表明，在中性DMSO/水(50/50)的混合溶液中，2- Zn2 +的络合形式主要是2:1。
其中，脱质子的酰亚胺的氮原子及喹啉环上的氮原子与Zn2 +配位[4]。
3.2基于分子内共轭电荷转移的荧光探针分子内共轭电荷转移类荧光探针的荧光团具有强的推-拉电子体系，电子供给体与接受体共轭相连，在光激发下会产生从电子供给体向接受体的电荷转移。
当受体单元与客体结合时，会对荧光团的推-拉电子作用产生影响，或减弱了分子内电荷转移，或强化了电荷转移，从而导致荧光变化；同时，影响荧光团的吸收或发射波长。
荧光发射光谱的蓝移或者红移是其主要的变化表现。
一般而言，ICT荧光探针也可以导致荧光发射强度增加，但是其效果远远低于PET荧光探针所引起的现象[1]。
如果荧光探针分子的电子给体部分与被检测物结合，就会削弱电子给体部分的推电子能力，降低荧光发色团的电子密度，进而引起吸收光谱的蓝移和摩尔吸光率的降低；如果探针分子电子受体部分同被检测物相结合，那么就会提高受体的拉电子能力，从而导致紫外-可见吸收光谱红移并且伴随这摩尔吸光率的相应变化（如图4[4]）。
图4基于ICT原理的荧光化学传感器模型Nagan阶绍了两个以ICT为设计原理的Zn2+荧光探针3-[4-N- (N'，N'-二(2-吡啶甲基)2-氨乙基)胺-5-甲氧基]-苯并呋喃基-1，3-氧氮杂茂-4-羧酸ZnAF-R1和ZnAF-R2。
ZnAF-R2的水溶性和荧光量子产率都强于ZnAF-R1，也更适合于在生物体系中检测Zn2+。
在Ph=7.4，100mmol的HEPES缓冲液中，对于ZnAF-R2，随着Zn2+的加入直至饱和，荧光量子产率从0.17降到0.1，最大激发波长从365nm蓝移到335nm，而ZnAF-R2荧光强度的比(335nm/365nm)不断增大，通过这种比值可计算出Zn2+的浓度。
生物体中的一些高浓度的金属离子(如Na+、K+、Ca2+、Mg2+等)都不会对ZnAF-R S的荧光产生影响。
Cd2+和Zn2+一样可以使ZnAF-R S的激发光谱蓝移，Cu2+、Co2+和ZnAF-R S形成络合物并强烈地淬灭它的荧光。
但它们在生物体的浓度非常小，影响甚微。
ZnAF-R S对Zn2+的检测极限在纳摩尔范围，其灵敏度适用于哺乳细胞[1]。
3.3基于荧光共振能量转移的荧光探针荧光共振能量转移是在供体基团的激发状态下由一对偶极子介导的能量从供体向受体转移的过程（如图5），当一个荧光分子(又称为DONOR)的荧光光谱与另一个荧光分子(又称为ACCEPTOR)的激发光谱相重叠时，供体荧光分子的激发能诱发受体分子发出荧光，同时供体荧光分子自身的荧光强度衰减。
