碳量子点 (CQDs) , 一类具有显著荧光性能的零维碳纳米材料, 是近年来生物传感应用研究的热点材料。 铅在化妆品、 工业污染等环境的来源众多, 吸入或误食吸附在颗粒物上的铅都会造成铅中毒, 从而引发各种疾病, 因此快速检测Pb2+含量在临床医学应用中极其重要。 基于CQDs的荧光特性, 提出了一种新型蓝、 红双发射比率荧光探针用于快速检测Pb2+含量, 采用透射电子显微镜、 荧光光谱等多种手段对探针的形态结构与性质进行表征、 检测和分析, 对Pb2+响应探针的光学特性以及应用可行性等进行了深入研究。 双发射碳点通过与自身的对比标定, 有效避免外界环境的干扰, 从而提高对被测物浓度的检测效果和灵敏度。 该探针采用水相合成, 步骤简单可重复性高, 且能够在短短几秒内对Pb2+实现快速响应, 检测过程无需借助大型仪器, 仅在紫外灯辅助下便可裸眼观测到比率探针荧光从蓝色到红色的变化, 可用于即时检测。 在符合目前医学应用的Pb2+浓度范围0~0.5 mg·L-1内, 两种荧光基团之间的荧光强度比IBCDs/IRCDs与其浓度具有良好的线性关系, R2=0.987 44, 检出限为0.013 6 mg·L-1。 选取Zn2+、 Fe3+、 K+等十种金属干扰离子对探针的荧光传感性能进行研究, 分析表明该探针对Pb2+具有良好的特异选择性, 并在不同pH环境和孵育时间下测量铅响应, 研究探针的稳定性。

生物体的安全与健康一直备受关注, 金属离子存在于生物体内, 并对生物体的健康与疾病有着重要的影响。 人体内环境复杂, 金属离子在人体内具体的作用机理尚不清楚, 因此寻找一种方法可以实现对人体内金属离子的检测对于探索它们在人体内的作用具有重要意义。 分子荧光探针一般由识别基团、 荧光基团和连接基团三部分组成, 主要是利用探针识别基团与金属离子作用, 改变荧光探针的结构, 从而引起荧光性质的变化来检测金属离子。 这些荧光性质的变化涉及到不同的荧光机理, 比如光诱导电子转移机理, 荧光由于光诱导电子转移机理会出现荧光猝灭现象, 可以根据这个机理设计开-关或者关-开型荧光探针; 分子内电荷转移机理由于探针与检测物反应会引起红移或者蓝移, 适合比率型荧光探针的设计。 荧光成像技术因对检测物具有特异的高灵敏识别能力和能够在生物体内实时监测的优点得到了迅速发展, 已经广泛应用于生物体内活性物质的检测, 大量的金属离子探针也被报道。 本文主要根据检测不同种类的常见金属离子如铜离子、 铁离子、 锌离子、 汞离子等, 对他们在生物体中含量作用等做了研究。 综述了检测铜离子的胆固醇类探针、 新型开启式近红外荧光探针, 基于氧化还原特性及把具有独特的Fe2+脱氧作用的N-氧化物基团连接到荧光团上以特异性识别Fe2+机理设计检测铁离子荧光探针, 基于硫羧醛的脱保护反应构建检测汞离子荧光探针, 基于分子内电荷转移荧光共振能量转移效应的锌离子荧光探针, 检测镁离子的喹啉类荧光探针、 检测镉离子的吩恶嗪类荧光探针以及检测铬离子、 锡离子等各类荧光探针, 综述了近三年检测金属离子的不同种类荧光探针的优缺点、 设计机理、 作用机制、 研究进展及生物应用并对未被检测金属离子的荧光探针做了展望。

具有长波长荧光发射特性的碳点(CDs)材料由于其在生物领域的广阔应用而受到越来越多的关注。 长波长发射荧光碳点的合成主要基于高温高压的方法, 室温合成的方法和研究还比较少。 采用碱催化的方式, 将氢氧化钠溶液与果糖溶液混合后透析, 无需加热和其他额外的能量输入即可制备出一种蓝绿色发光可调的碳点, 并通过透射电子显微镜、 紫外-可见分光光度计、 稳态荧光光谱仪等光谱技术对合成碳点进行了表征。 进一步采用圆二色分光光度计和皮秒时间相关单光子计数等测量系统对碳点与牛血红蛋白(BHb)之间的相互作用进行了探究。 虽然已有较多应用碳点检测BHb的研究, 但这些研究更注重分析BHb检测的效果, 而对BHb猝灭碳点荧光的机理还缺少较为详细的系统性证明。 测量得到了二者在不同温度下相互作用的Stern-Volmer图像, 以及碳点在BHb加入前后的荧光寿命, 结果表明BHb对碳点荧光的猝灭是一个静态的过程。 并且在该过程中, BHb的α-螺旋含量下降了约3%, 证明了碳点会使蛋白的结构发生改变。 BHb与碳点混合后形成了复合物, 导致碳点的荧光下降。 通过分析干扰样品以及反应时间对检测BHb的影响, 证实了碳点检测BHb具有良好的选择性和稳定性。 另外, 碳点荧光强度下降, 下降比例与BHb浓度成线性关系, 因此可以设计基于碳点荧光猝灭的血红蛋白生物传感器, 用于微量BHb的特异性检测, 所检测的线性范围为0～5 μmol·L-1, 检测限为243 nmol·L-1(S/N=3)。 所合成的碳点还可以实现双波长激发检测, 实验证实在370和425 nm激发下, 碳点的荧光猝灭程度和BHb的浓度之间表现出良好的线性关系, 这为该荧光探针检测BHb提供了更多的应用价值。 由于该碳点的合成手段简便, 操作技术难度低且合成原料容易获得, 该荧光探针对BHb的微量检测在生命科学研究和刑侦领域都具有十分重要的意义。

槲皮素为天然黄酮类化合物, 可用于高血压、 高血脂、 心血管疾病、 癌症等的预防和治疗; 槲皮素的定量检测在生物化学、 临床医学等领域尤为重要。 利用分子荧光物质(DSAZn)的聚集诱导发光现象(AIE), 通过配位作用识别靶标分子槲皮素, 结合激发态电子转移原理, 提出了一种AIE型荧光分子对槲皮素的高灵敏度、 高选择性检测方法。 实验研究了pH 7.0的PBS缓冲液中DSAZn的荧光随着五种药物分子(槲皮素、 淫羊藿素、 异鼠李素、 芦丁、 多巴胺)加入后的变化情况。 采用荧光分光光度计, 以415 nm为激发波长, 扫描435~680 nm的荧光发射光谱。 采用紫外分光光度计, 扫描DSAZn 250~750 nm的紫外吸收光谱。 紫外检测表明中药分子槲皮素可以与AIE荧光探针形成复合物, 因此加入槲皮素后AIE探针的荧光被静态猝灭。 荧光检测表明五种药物分子对荧光探针的猝灭强弱有明显差异, 槲皮素与DSAZn结合常数为1.34×107 L·mol-1, 比其他四种药物分子和DSAZn的结合常数高出一个数量级, 显示出DSAZn对槲皮素具有较好的选择性。 槲皮素的检测限为3.07 nmol·L-1, 低于诸多文献已报道的参考值, 表明DSAZn对槲皮素的识别具有较高的灵敏度。 由荧光滴定光谱和荧光滴定曲线得到槲皮素对DSAZn的滴定方程为: y=0.013 4x-0.294 82, 槲皮素浓度在0~5 μmol·L-1范围内线性关系良好, 线性相关系数r=0.994 3。 由此构建出一种AIE型荧光分子对槲皮素的高选择性、 高灵敏度检测方法, 该方法操作简便、 重复性好, 为具有相似结构药物的检测提供了新的研究思路。

Deviation of the H+ concentration from optimum values within the organelles is closely associated with irregular cellular functions that cause the onset of various diseases. Therefore, determining subcellular pH values in live cells and tissues is valuable for diagnostic purposes. In this study, we report a novel ratiometric fluorescence probe 1H-pyrazole-3-carboxylic acid, 4-(benzo[d]thiazol-2-yl)-3-(2,4-dihydroxy-3-methylphenyl)-1H-pyrazole-5-carboxylicacid4-(2-benz othiazolyl)-5-(2,4-dihydroxy-3-methylphenyl), to which we will refer as ThiAKS Green (Thiazole AKyol shifting green), that is pH sensitive. The results presented here show that the probe can penetrate the cell membrane in less than 30 minutes and does not show any detectable toxicity. The measured color shifts up on pH change are linear and most significant around physiological pH (pKa=7.45), thus making this probe suitable for live-cell imaging and intracellular pH measurements. During the long-incubation periods following the application of the probe and the fluorescent microscopy measurements, it shows stable properties and is easy to detect in live cells. In conclusion, the results suggest that ThiAKS Green can be used to obtain precise information on the H+ distribution at various compartments of the live cells.

以中药材厚朴为碳源，采用一步微波法制备得到新型荧光碳量子点。通过透射电子显微镜和X射线光电子能谱仪对荧光碳量子点进行了尺寸、形貌和元素组成表征，通过荧光光谱和吸收光谱对碳量子点进行了光学性能表征。基于2， 4， 6-三硝基苯酚对碳量子点的荧光猝灭作用，建立了以碳量子点作为荧光探针检测2， 4， 6-三硝基苯酚的新方法。实验结果表明：荧光碳量子点平均粒径为5 nm，主要成分为碳元素和氧元素，最大吸收波长为280 nm，最大激发波长为320 nm，量子产率为0.14。在最佳实验条件下，空白体系荧光强度与样品体系荧光强度比值的常用对数与2， 4， 6-三硝基苯酚浓度呈良好的线性关系，线性范围为0.8~80 μmol/L，检测限为160 nmol/L。该结果可用于对实际样品中2， 4， 6-三硝基苯酚的快速、灵敏和高效检测。