基于花菁骨架近红外荧光探针的设计及成像应用

近红外荧光探针基于结构的设计策略与最新进展摘要近红外荧光探针以其优秀的灵敏度和抗干扰性能在生物检测中被广泛应用。

近红外荧光探针也成为荧光探针领域的研究热点之一。

本文从近红外荧光探针的结构出发，概述了近年来对于近红外荧光探针基于结构的设计策略，以及这些荧光探针的机理及特点。

Abstract:Near-infrared fluorescent probes are widely used in biological detection due to their excellent sensitivity and anti-interference performance. Near-infrared fluorescent probes have also become one of the research hotspots in the field of fluorescent probes. In this paper, based on the structure of NIR fluorescent probes, thestructure-based design strategy of NIR fluorescent probes in recent years, as well as the mechanism and characteristics of thesefluorescent probes are summarized.1.前言荧光染料和荧光团是一类能够被光激发而产生荧光的物质，基于他们而设计的分子探针在生物分析等领域发挥了重要作用。

近红外光波段与生物荧光本底值之间存在200nm以上的距离，对干扰信号具有较好的屏蔽作用。

这使得利用近红外荧光探针来检测分析生物样品具有显著的优越性。

构建对不同样品有高区分度，对微量样品有较低检测限，对生物体无不良作用，生物可耐受的近红外荧光探针是荧光探针研究领域的重要课题。

专利名称：一种近红外荧光探针的制备和应用专利类型：发明专利
发明人：洪浩佳,石磊,龚盛昭
申请号：CN201811487957.8
申请日：20181206
公开号：CN111285836A
公开日：
20200616
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于荧光分析和生物小分子的检测领域，公开了一种检测半胱氨酸的近红外荧光探针的制备和应用。

该近红外荧光探针CN的结构如下所示，制备方法简单，对半胱氨酸具有很强的荧光响应和选择性，且在荧光发射波长为655nm时，荧光强度与半胱氨酸的浓度呈线性正相关，可以直接应用于生物环境中半胱氨酸的快速检测和生物成像。

申请人：广东轻工职业技术学院
地址：510300 广东省广州市海珠区新港西路152号
国籍：CN
代理机构：广州市华学知识产权代理有限公司
代理人：桂婷
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[优质毕业论文社区]优质论文硕博学位论文[优质毕业论文社区]论文题目：H2S e近红外荧光探针的设计合成及生物应用学科专业名称：分析化学申请人姓名：葛礼虹指导教师：唐波教授仲红波副教授论文提交时间： 2016年 3 月 25 日[优质毕业论文社区][优质毕业论文社区]独创声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得（注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空）或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签名：导师签字：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。

本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。

（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签字：签字日期：2016 年月日签字日期：2016 年月日山东师范大学硕士学位论文目录目录 (i)摘要 (I)Abstract (III)第一章绪论 (1)1、硒与癌症 (1)1.1 硒元素概述 (1)1.2 硒化氢简介 (2)1.2.1 硒化氢物理化学性质 (2)1.2.2 硒化氢测定方法 (4)1.3 亚硒酸钠抗癌机制研究进展 (4)2、乏氧与癌症 (8)3、荧光探针简介 (9)4、多组分检测研究现状 (9)5、论文的选题背景、意义及实验思路 (12)参考文献 (14)第二章细胞内H2Se近红外荧光探针的设计合成及生物成像 (18)1、引言 (18)2、实验部分 (19)2.1 仪器与试剂 (19)2.2 探针NIR-H2Se 的合成路线 (21)2.3 探针NIR-H2Se 的合成与表征 (21)2.3.1 化合物1的合成与表征 (21)2.3.2 化合物2的合成与表征 (22)2.3.3 探针NIR-H2Se 的合成与表征 (22)2.4 探针NIR-H2Se及其反应产物荧光量子产率（Φ）的测定 (23)2.5 探针NIR-H2Se 的化学体系分析 (24)2.5.1 探针NIR-H2Se 和待测物H2Se储备液的配制方法 (24)2.5.2 探针NIR-H2Se 与H2Se反应机理的验证 (24)2.5.2.1 高分辨质谱验证 (25)2.5.2.2 高效液相色谱验证 (25)2.5.3 探针NIR-H2Se 反应产物的光谱性质 (25)2.5.4 缓冲溶液pH值对探针NIR-H2Se响应的影响 (25)2.5.5 探针NIR-H2Se 响应浓度的优化 (26)2.5.6 探针NIR-H2Se 和待测物H2Se的响应 (26)2.5.7 探针NIR-H2Se 选择性的测定 (26)2.5.8 探针NIR-H2Se 反应动力学 (27)2.6 探针NIR-H2Se 的生物体系分析 (27)2.6.1 细胞培养 (27)2.6.2 抗光漂白实验 (27)2.6.3 细胞毒性评价实验（MTT） (28)2.6.4 线粒体定位实验 (29)i山东师范大学硕士学位论文ii2.7 常氧、乏氧条件下Na2SeO3 诱导肿瘤细胞凋亡过程中H2Se浓度的检测 (29)2.7.1 不同浓度的Na2SeO3孵育细胞相同时间 (29)2.7.2 相同浓度的Na2SeO3孵育细胞不同时间 (30)2.8 常氧、乏氧条件下Na2SeO3 诱导肿瘤细胞凋亡过程中H2O2浓度的检测 (30)2.8.1 不同浓度的Na2SeO3孵育细胞相同时间 (30)2.8.2 相同浓度的Na2SeO3孵育细胞不同时间 (30)2.9 探针NIR-H2Se活体成像 (31)3、结果与讨论 (31)3.1 探针NIR-H2Se与H2Se反应产物的验证 (31)3.2 探针NIR-H2Se反应产物的光谱性质 (33)3.3 缓冲溶液的pH值对探针NIR-H2Se和H2Se响应的影响 (33)3.4 探针NIR-H2Se 响应浓度的优化 (34)3.5 探针NIR-H2Se和待测物H2Se的响应 (35)3.6 探针NIR-H2Se 选择性的测定 (36)3.6.1 对氨基酸类物质选择性的测定 (36)3.6.2 对金属离子选择性的测定 (37)3.6.3 对氧化还原类物质选择性的测定 (38)3.7 探针NIR-H2Se 反应动力学 (38)3.8 探针NIR-H2Se 的抗光漂白实验 (39)3.9 探针NIR-H2Se 的细胞毒性实验（MTT） (40)3.10 探针NIR-H2Se的线粒体定位实验 (41)3.11 常氧、乏氧条件下Na2SeO3 诱导肿瘤细胞凋亡过程中H2Se浓度的检测 (41)3.12 常氧、乏氧条件下Na2SeO3 诱导肿瘤细胞凋亡过程中H2O2浓度的检测 (43)3.13 探针NIR-H2Se活体成像 (45)4、本章小结 (46)参考文献 (47)第三章双荧光比率法检测Na2SeO3诱导肿瘤细胞凋亡过程中H2Se和O2.-的浓度变化 (49)1、引言 (49)2、实验部分 (51)2.1 仪器与试剂 (51)2.2探针NIR-H2Se 的合成 (52)2.3 化学体系中荧光比率法对H2Se和O2.- 双检测 (52)2.3.1 两种探针、参比、待测物H2Se、O2.- 储备液的配制 (53)2.3.2 两种探针及参比的光谱测试 (53)2.3.3 H2Se对探针DHE的干扰测定 (53)2.3.4 两种探针及参比的混合液对O2.-的响应 (54)2.3.5 两种探针及参比的混合液对H2Se的响应 (54)2.4 两种探针及参比在细胞内的共成像 (54)2.5 荧光比率法对Na2SeO3 诱导HepG2凋亡过程中H2Se和O2.- 双检测 (55)2.5.1常氧条件下荧光比率法对Na2SeO3 诱导HepG2凋亡过程中H2Se和O2.- 双检测 (55)2.5.2 乏氧条件下荧光比率法对Na2SeO3 诱导HepG2凋亡过程中H2Se和O2.- 双检测 (55)3、结果与讨论 (56)3.1两种探针及参比的荧光光谱 (56)3.2 H2Se对探针DHE的干扰测定 (57)3.3 两种探针及参比的混合液对O2.-的响应 (58)山东师范大学硕士学位论文3.4 两种探针及参比的混合液对H2Se的响应 (59)3.5 两种探针及参比在细胞内的共成像 (61)3.6常氧条件下荧光比率法对Na2SeO3 诱导HepG2凋亡过程中H2Se和O2.- 双检测 (62)3.7 乏氧条件下荧光比率法对Na2SeO3 诱导HepG2凋亡过程中H2Se和O2.- 双检测 (63)3.8 常氧、乏氧条件下Na2SeO3 诱导HepG2凋亡过程中H2Se和O2.- 检测结果对比 (65)4、本章小结 (67)参考文献 (68)附：合成化合物谱图 (70)攻读硕士学位期间发表的学术论文和参与的课题 (76)致谢 (77)iii山东师范大学硕士学位论文摘要癌症的治疗手段有多种，目前主要有手术疗法（手术切除）、化学药物疗法（化疗）以及普通放射疗法（放疗）。

专利名称：具有七甲川花菁结构的近红外反应型荧光探针及其制备方法和应用
专利类型：发明专利
发明人：王建红,牛林强,梁停停,王佳敏,罗阳,曹琦娟,朱翠娟
申请号：CN202010556470.1
申请日：20200617
公开号：CN111704570A
公开日：
20200925
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种具有七甲川花菁结构的近红外反应型荧光探针及其制备方法和应用，属于荧光探针技术领域。

本发明的具有七甲川花菁结构的近红外反应型荧光探针，结构式如式Ⅰ所
示，R、R各自独立地选自C～C的醚链，所述X为氯、碘或溴。

式Ⅰ所示化合物中，花菁结构具有近红外荧光发射的特征，C～C的醚链显著提高了七甲川花菁母核结构的水溶性，邻氯苯甲酰基团对半胱氨酸的特异性化学作用，实现了对半胱氨酸的选择性识别作用，同时具有良好的生物适应性。

本发明的荧光探针有助于提高半胱氨酸荧光检测的灵敏性和准确性，对于拓展荧光探针技术在分析化学领域的应用具有重要作用。

申请人：河南大学
地址：475004 河南省开封市明伦街85号
国籍：CN
代理机构：郑州睿信知识产权代理有限公司
代理人：郭佳效
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第52卷第3期 辽 宁 化 工 Vol.52，No. 3 2023年3月 Liaoning Chemical Industry March，2023用于检测次氯酸的线粒体靶向荧光探针研究进展李梦婷（云南师范大学 化学化工学院，云南 昆明 650500）摘 要:次氯酸是一种来源于线粒体的活性氧，在各种生理和病理过程中起着重要的作用。

但是，当细胞中的HOCl 浓度超过正常值时范围，它会导致机体损伤和一系列疾病。

因此，近年来开发设计了一系列能实时识别和监测线粒体中的次氯酸水平的荧光探针，这有助于更好地了解生物体健康状况和HOCl 起到的生理作用和病理过程。

主要介绍了近几年HOCl荧光探针的应用和发展，根据靶向线粒的基团类别，分别介绍了三苯基膦类荧光探针，半花菁类荧光探针，氟硼吡咯类荧光探针。

关 键 词：次氯酸；线粒体；荧光探针中图分类号：O657.3 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）03-0426-04线粒体是一种控制着细胞进行有氧呼吸的细胞器，存在于很多细胞中，能够产生各类活性氧物种，同时拥有调控细胞周期、生长、凋亡等的能力[1]。

HOCl在免疫系统和调节细胞微环境的氧化还原稳态中起重要作用，当线粒体中的HOCl浓度超过正常值时范围，会引发关节炎、动脉硬化、血清异常、心脑血管疾病、细胞异常死亡等一系列疾病[2-4]。

在各种类型的活性氧中，次氯酸是最重要的一种，因此线粒体中次氯酸的实时检测和成像有助于检查细胞的状态[5-9]。

目前，已经报道了许多检测次氯酸的方法。

例如电化学分析法，因其响应速度快，信号采集和约定容易，数据分析简单优点而被广泛使用[10]。

然而，与这些相比方法，小分子荧光探针拥有更好的膜渗透性，荧光探针技术可以更好地执行实时原位成像，卓越的灵敏度和选择性，简单的操作和实时监控的能力而成为强大的工具[11-13]。

在最新的研究中，小分子荧光探针用于检测 HOCl 得到了迅速的发展并很好地应用于双向传感和成像应用[14-17]。

近红外荧光探针的合成表征及应用分析近红外荧光探针是一种重要的生物化学分析工具，具有较强的荧光信号和较好的组织渗透性，被广泛应用于生物医学领域。

近红外荧光探针的合成、表征及应用分析是当前研究的热点之一。

本文将针对这一主题进行深入探讨。

一、近红外荧光探针的合成1. 合成策略2. 合成方法针对不同的合成策略，可以采用不同的合成方法。

常见的合成方法包括有机合成化学、固相合成、金属有机化学等。

有机合成化学是最常用的合成方法，通过有机合成反应来构建近红外荧光探针的骨架结构；固相合成则是将反应物固定在固相载体上，便于反应控制和产物纯化；金属有机化学则是通过金属配合物来实现荧光探针的合成，在分子内显色和团簇化学中得到广泛应用。

1. 光谱性质近红外荧光探针的光谱性质是其最重要的表征之一，包括吸收光谱、发射光谱、荧光量子产率、荧光寿命等。

这些性质可以通过紫外-可见吸收光谱仪、荧光光谱仪、荧光寿命仪等设备进行表征。

2. 结构表征近红外荧光探针的结构表征主要包括质谱、核磁共振、红外光谱等方法。

其中质谱可用于确定化合物的分子量和结构；核磁共振用于确定分子结构和原子之间的连接方式；红外光谱则能够表征分子内的官能团和键合情况。

1. 生物成像近红外荧光探针在生物成像领域具有广泛的应用前景，可以用于细胞成像、动物体内成像等。

通过靶向探针的设计，可以实现对特定生物标记物的检测和成像，为生物医学研究提供重要工具。

2. 生物传感近红外荧光探针还可以作为生物传感器，用于检测生物内部环境的变化。

可以用于检测细胞内的药物浓度、酶活性、氧化还原状态等。

这为生物医学诊断和药物研发提供了新的手段。

3. 生物分析近红外荧光探针在生物分析领域也有着重要的应用，可以用于检测生物样品中的特定分子，如蛋白质、核酸、小分子等。

这对于疾病诊断、食品安全等方面具有重要意义。

四、总结与展望近红外荧光探针的合成、表征及应用分析是一个富有挑战性和前景的研究领域。

随着生物医学技术的不断发展和需求的不断增加，近红外荧光探针必将在生物医学领域发挥越来越重要的作用。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710472496.6(22)申请日 2017.06.21(71)申请人 四川大学地址 610064 四川省成都市武侯区一环路南一段24号(72)发明人 聂宇　梁鸿　柯博文　陈晓冰　(74)专利代理机构 成都九鼎天元知识产权代理有限公司 51214代理人 曾晓波(51)Int.Cl.C09B 23/10(2006.01)C09K 11/06(2006.01)A61K 9/107(2006.01)A61K 9/127(2006.01)A61K 49/00(2006.01)A61K 47/34(2017.01)(54)发明名称一类以菁染料荧光基团为母体骨架结构的近红外荧光染料及其制备方法与应用(57)摘要本发明公开了一类以菁染料荧光基团为母体骨架结构的近红外荧光染料及其制备方法与应用，属于生物医用材料领域。

所述近红外荧光染料通过在长甲川链中插入环烃基团，使其光稳定性更好，荧光量子产率高。

所述近红外荧光染料可作为疏水端与生物相容性好的亲水分子通过环境敏感键相结合并自组装形成纳米尺寸的脂质体或胶束或囊泡。

所得脂质材料可与药物和\或基因混合后自组装形成脂质体或胶束或囊泡，药物和\或基因被包裹在内部形成载体系统。

呈荧光淬灭状态的载体系统进入靶点细胞，处于特定环境中时，材料上的环境敏感键断裂，发生解组装，释放出药物和\或基因，发挥治疗作用，同时聚集在内部的菁染料也被释放出来，使得荧光恢复，从而实现荧光开关功能，进而实现诊疗一体化。

权利要求书2页 说明书11页 附图9页CN 107266929 A 2017.10.20C N 107266929A1.一类以菁染料荧光基团为母体骨架结构的近红外荧光染料， 其特征在于，结构通式如下：（I）其中，X为C(CH3)2、O、S或Se，Y为F、Cl、Br或I，Z为NH、O或S，R0为H、Na或K，R1为氢、卤素、甲基、芳香基、硝基、磺酸基、醛基、羧基或苄基，R2为甲基、羧基、磺酸基或苄基，m和n均为0-18。

基于花菁的硫醇近红外比率荧光探针朱东建;江华【摘要】本文设计合成了硫醇的近红外比率荧光探针CySS.CySS以七甲川花菁为荧光发色团,二硫键为硫醇的反应位点.通过对其性质和应用的详细深入研究,结果表明,探针分子CySS具有灵敏度高,选择性好,且不受pH影响等优点,并且能成功地应用到活细胞内硫醇的检测.【期刊名称】《影像科学与光化学》【年(卷),期】2014(032)001【总页数】7页(P106-112)【关键词】硫醇;花菁;近红外;比率;荧光探针【作者】朱东建;江华【作者单位】北京分子科学国家实验室,中国科学院化学研究所光化学重点实验室,北京100190;北京分子科学国家实验室,中国科学院化学研究所光化学重点实验室,北京100190;北京师范大学化学学院,北京100875【正文语种】中文生物体内的硫醇如半胱氨酸（Cys）、同型半胱氨酸（Hcy）、谷胱甘肽（GSH）在生理和病理过程中起至关重要的作用［1－2］。

细胞内硫醇水平的改变与很多疾病密切相关。

体内缺乏半胱氨酸（Cys）会导致多种病症，如儿童生长缓慢，肝损伤和皮肤损伤等［3－5］。

血液中同型半胱氨酸（Hcy）的浓度增加会导致维生素B12的缺失和老年痴呆症［6－7］。

谷胱甘肽（GSH）在细胞内含量在1 mmol／L到15mmol／L 之间［8］，是细胞内最富裕的硫醇，在维持细胞的氧化还原动态平衡中起着重要作用［9］。

因此，检测生物体系中硫醇含量具有非常重要的意义。

目前，用于检测硫醇的方法有很多，如高效液相色谱法［10－11］、电化学法［12－13］、荧光法等。

相比其他方法，荧光法由于具有选择性好、灵敏度高、快速简便等优点，因此，近年发展了许多检测硫醇的荧光探针［14－20］。

由于生物样品基体的自身荧光波长一般小于600nm［21］，而大多数探针的荧光发射波长与生物样品的背景荧光有重叠，因此极大地限制了这类荧光分析法灵敏度，而在近红外荧光（λem＞600nm）光区，生物样品基体光吸收或荧光强度很小，因而背景干扰大大降低。