熒光分子開關(guān)

1、2014.3.5Bread PPT 熒光分子開關(guān) 蔣祖艷Molecular Fluorescent Switches1Bread PPTPart4Part1Part3基本概念Part2基本原理文獻(xiàn)講解目 錄分類2指基于外部因素的改變對分子熒光發(fā)射強(qiáng)度的影響而構(gòu)建的一種分子開關(guān)。處于基態(tài)的分子吸收光能后，躍遷到激發(fā)態(tài)，返回到基態(tài)的過程，發(fā)出熒光遞進(jìn)關(guān)系分子開關(guān)是指一種具有雙穩(wěn)態(tài)的分子，通過施加一定的影響，分子可以在兩種狀態(tài)之間進(jìn)行可逆轉(zhuǎn)換。熒光分子開關(guān)分子開關(guān)熒光基本概念3S2S1S0T1吸收發(fā)射熒光發(fā)射磷光系間跨越內(nèi)轉(zhuǎn)換振動弛豫能量l 2l 1l 3外轉(zhuǎn)換l 2T2內(nèi)轉(zhuǎn)換振動弛豫4分子開關(guān)是指

2、一種具有雙穩(wěn)態(tài)的分子，通過施加一定的影響，分子可以在兩種狀態(tài)之間進(jìn)行可逆轉(zhuǎn)換。指基于外部因素的改變對分子熒光發(fā)射強(qiáng)度的影響而構(gòu)建的一種分子開關(guān)。處于基態(tài)的分子吸收光能后，躍遷到激發(fā)態(tài)，返回到基態(tài)的過程，發(fā)出熒光遞進(jìn)關(guān)系熒光分子開關(guān)分子開關(guān)熒光基本概念5Bread PPT分子開關(guān)生物體內(nèi)分子開關(guān)通過激活-失活機(jī)制精確控制細(xì)胞內(nèi)一系列信號傳遞的級聯(lián)反應(yīng)的蛋白質(zhì)。磁性分子開關(guān)、光控分子開關(guān)微電子分子開關(guān)微電子分子開關(guān)6分子開關(guān)是指一種具有雙穩(wěn)態(tài)的分子，通過施加一定的影響，分子可以在兩種狀態(tài)之間進(jìn)行可逆轉(zhuǎn)換。指基于外部因素的改變對分子熒光發(fā)射強(qiáng)度的影響而構(gòu)建的一種分子開關(guān)。處于基態(tài)的分子吸收光能后，躍

3、遷到激發(fā)態(tài)，返回到基態(tài)的過程，發(fā)出熒光遞進(jìn)關(guān)系熒光分子開關(guān)分子開關(guān)熒光基本概念7Bread PPT可實現(xiàn)“開-關(guān)”動作實現(xiàn)人與分子“對話”(1)異構(gòu)體互變(2)離子配位(3)質(zhì)子化(4)氧化還原(5)弱鍵的形成與斷裂(6)光電控制的電子能量轉(zhuǎn)移特點控制熒光效率的分子結(jié)構(gòu)熒光分子開關(guān)8光信號輸入控制電信號輸入控制化學(xué)信號輸入控制 金屬離子、質(zhì)子、氧化/還原劑作為輸入信號。 不同電化學(xué)輸入信號下呈現(xiàn)不同熒光性質(zhì)。 光的照射導(dǎo)致分子中電子和核的結(jié)構(gòu)發(fā)生簡單重排。Bread PPT熒光分子開關(guān)的分類9根據(jù)其和客體作用熒光發(fā)生變化光致電子轉(zhuǎn)移（PET）機(jī)制熒光共振能量轉(zhuǎn)移機(jī)制分子內(nèi)單體-基激締合物機(jī)制分

4、子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ICT） 機(jī)制Bread PPT基本原理10 光致電子轉(zhuǎn)移（PET，Photoinduced Electron Transfer）定義：指受電子體或者給電子體被光激發(fā)，在電子受 體和處于激發(fā)態(tài)的電子給體之間發(fā)生的電子轉(zhuǎn)移 效應(yīng)。能夠與目標(biāo)物結(jié)合的受體部分能夠發(fā)出熒光的熒光基團(tuán)受體與熒光基團(tuán)之間的連接基1112 由冠醚作為受體，蒽作為熒光團(tuán)，加入金屬離子 K+，Na+后熒光增強(qiáng)47倍。 這種化合物含有吡啶-胺-硫醇基團(tuán)作為受體基團(tuán)，對 Hg2+離子有很好的選擇性。13 分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移(ICT，Intramolecular Charge Transfer) 這類分子兩端具有吸電子-供

5、電子基團(tuán)，大部分都有共軛結(jié)構(gòu)，而這兩個基團(tuán)又可以全部做為識別基團(tuán)或者一部分有識別作用，當(dāng)分子被光激發(fā)后分子內(nèi)就會有電荷從電子供體到受體的轉(zhuǎn)移。熒光團(tuán)識別基團(tuán)14熒光共振能量轉(zhuǎn)移( FRET，fluorescence resonace energy transfer) 當(dāng)能量給體熒光團(tuán)（A）與能量受體熒光團(tuán)（B）相距大于兩者的碰撞直徑時，只要兩者的基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)兩者的能級間能量差相當(dāng)，或者A的發(fā)射光譜與B的吸收光譜能有效重疊，A會把一部分能量或全部的供給B，受體激發(fā)，此時若受體量子產(chǎn)率為零，能量轉(zhuǎn)移后熒光發(fā)生猝滅，若受體有熒光，則呈現(xiàn)受體熒光。1Pics15FRET 機(jī)制開關(guān)型的熒光探針 在沒

6、有 Hg2+離子時，羅丹明部分處于閉合狀態(tài)，只是供體發(fā)出熒光很弱，當(dāng)引入 Hg2+，脫 S 反應(yīng)，羅丹明開環(huán)，發(fā)生由供體萘酰亞胺到受體的能量轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移，發(fā)出很強(qiáng)的紅色熒光。16激發(fā)單體-激基締合物（Monomer-Excimer） 當(dāng)兩個相同的熒光團(tuán)連接到一個受體分子的合適位置時，其中一個被激發(fā)的熒光團(tuán)會和另一個處于基態(tài)的熒光團(tuán)形成分子內(nèi)激基締合物。 其光譜表現(xiàn)為一個新的、強(qiáng)而寬、長波、無精細(xì)結(jié)構(gòu)的發(fā)射峰。17遞進(jìn)關(guān)系 文獻(xiàn)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（氣體遞質(zhì)）Neuromodulation in the brain ；smoothmuscle

8、relaxation（調(diào)節(jié)心血管、神經(jīng)、免疫系統(tǒng)；維持機(jī)體氧化還原平衡）cell signaling moleculeColorimetric assays, gas chromatography, polarographic analysis（比色法、色譜分析法）；physiological and pathological roles 要應(yīng)用于血漿及組織勻漿中硫化氫的檢測，實驗前需要處理樣品； 無法提供硫化氫在活細(xì)胞及組織中時空上的分布及濃度Fluorescent probes1. introduction20BODIPY氟硼二吡咯，一種光物理和光化學(xué)性能優(yōu)異的熒光染料母體染料上引入不同化

9、學(xué)基團(tuán)對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾, 開發(fā)衍生物熒光探針是由熒光團(tuán)與識別基團(tuán)直接相連構(gòu)成的。此類探針的熒光團(tuán)上分別連有推電子基(電子給體)和吸電子基(電子受體) ,當(dāng)其被光子激發(fā)后會進(jìn)一步增加電子給體到電子受體的電荷轉(zhuǎn)移。 光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移（PET） 分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移 ( ICT)由受體部分通過間隔基和熒光團(tuán)相連構(gòu)成的。PET熒光探針的熒光團(tuán)和受體之間存在著光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移,對熒光有非常強(qiáng)的猝滅作用。通過亞甲基把BODIPY熒光母體和識別體連接起來,可以構(gòu)成一個典型的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移( PET)熒光探針。212011 年，Chuan He 等人利用PET 機(jī)理設(shè)計合成了兩種檢測硫化氫的探針SFP-1 和SFP-2

10、。硫化氫先與探針中的醛基發(fā)生親核加成反應(yīng)，生成的SH 進(jìn)一步與烯烴發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)，形成強(qiáng)熒光產(chǎn)物。兩種探針都實現(xiàn)了宮頸癌細(xì)胞中硫化氫的檢測。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