论文生物体系中有机小分子构建pH值检测荧光探针进展是关于本文可作为相关专业荧光探针论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文荧光探针工作原理论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
摘 要： 由于传统的pH计不能很好地应用在微环境（如亚细胞器）和复杂生物体系中的pH值动态和精确定量检测,因此迫切需要研究可监测复杂多变生物体系中pH值变化且具有高灵敏度的pH值响应分子探针.就近年来用于生物体系（主要是活细胞内）pH值检测的小分子荧光探针作简要综述,同时对目前基于有机小分子构建的荧光探针用于生物体系pH值检测研究及其未来的发展趋势进行展望.
关键词： pH值； 比色/荧光； 检测； 荧光探针
中图分类号： O 69文献标志码： A文章编号： 10005137（2016）06074206
汇区桂林路100号,上海师范大学生命和环境科学学院,邮编：200234,Email：nqjia@shnu.edu.cn
生物体系微环境化学反应的进行或完成和pH值密切相关,同样,组织、细胞或酶的许多生理过程如细胞增殖或凋亡、离子运输、内吞作用、多药物耐药性或肌肉收缩等活动也和pH值紧密相关.pH值的改变还会通过间隙连接和信号通路的变化影响到突触传递、神经元兴奋性和细胞间耦合等神经系统活动.细胞内的pH值对细胞内稳态和许多生理过程有着重要的影响[1].例如细胞内酸性亚细胞器的溶酶体,其pH值的改变可能影响着蛋白质降解,细胞膜修复甚至是细胞死亡[2-3].和此同时,细胞内pH值不正常会引发如癌症和阿尔茨海默等一系列疾病,有报道指出细胞酸化是细胞凋亡的早期特征[4].例如肿瘤细胞内的pH值（6.7～7.1）要比细胞外的pH值（7.4）低,而正常细胞内的pH值是7.2,普遍低于其细胞外的pH（7.4）.在一定程度上,肿瘤细胞及其微环境的pH值异常促进肿瘤细胞增值、新陈代谢、细胞迁移和侵袭进程[4].因此,实现对生物体系尤其如细胞内溶酶体等微环境的pH变化的动态可视化和定量检测能够更深入地理解受pH值影响的信号转导和相关生理进程,以便依此设计出更好的药物和实现精准医学中的个体化治疗.
1荧光分析法用于pH值变化的检测
很多生理进程都以细胞为单位发生,因此对于生物体系中pH值的检测通常都以细胞内外的pH值变化为监测对象.在正常生理条件下,根据pH值不同可以把生物体系中的pH值分为细胞外pH值和细胞内pH值.后者又可以划分为两个部分：酸性细胞器（pH值为4.5～6.0）及细胞质（pH值为6.8～7.4）.细胞内外酸性或碱性太强,都会引起细胞功能障碍.由于传统的pH值计不能很好地应用于细胞微环境中pH值的检测,因此开发出用于监测复杂多变生物体系微环境中pH值变化的分子探针对于理解pH调控的信号转导和各种生理进程显得极为迫切.
荧光探针检测法是基于荧光信号变化的pH值测定方法,基于有机小分子构建的pH值荧光探针是用一些有机小分子的荧光特性来指示目标介质酸碱度的变化.用荧光探针测定pH值是一种非侵入性的方法,既不会破坏样品,同时具有灵敏度高、选择性好、细胞毒性低、细胞膜透过性好及测试方法简单等特点.尤其是相比于绿色荧光蛋白等大分子构建的pH值探针,有机小分子荧光探针对生物体系的扰动更小.因此,基于有机荧光小分子探针的pH值检测法利用荧光信号的可视化读出可以实时监测细胞内pH值的变化和动态分布,从而极大地推动了生物体系内pH值相关的信号转导和各类生理进程的研究.基于此,用于检测亚细胞器[5-6]、细胞质[7]和整个细胞[8]pH值变化的荧光探针的设计和开发研究在近年来备受关注.荧光素、萘酰亚胺、花菁和BODIPY等染料在小分子pH值探针的构建方面得到很大程度的应用,这些pH值探针可以通过染料的荧光或颜色的变化实现对pH值的高选择性动态检测[9-11].
上海师范大学学报（自然科学版）J. Shanghai Normal Univ.（Nat. Sci.）2016年第6期吴庐陵,黄楚森,贾能勤：生物体系中有机小分子构建的pH值检测荧光探针研究进展1.1荧光素类
1.3BODIPY类
图4基于PET机理的荧光分子传感器1aBODIPY类荧光染料光稳定性好,荧光量子产率高,摩尔消光系数高,然而其母体结构难以引入活性基团,极大地限制了其在生物学领域中的应用.Hall[20]等以BODIPY为骨架设计合成了offon型荧光探针1a（图4）,该探针是典型的光诱导电子转移（PET）机理探针,且可以被近红外光区域波长的光激发.通过对其在不同极性溶剂中的光谱性质进行研究发现,荧光强度随溶剂极性增大而增大；在PBS缓冲溶液中,其pKa值为6.9,荧光强度随pH值的减小而增大,在响应的pH值检测范围（pH值工作窗口）内荧光强度增加了近3倍.该探针被用来对HeLa细胞进行荧光成像,主要分布在细胞质中,具有良好的成像效果.
1.4萘酰亚胺类
图5化合物5和7的结构[21]萘酰亚胺类荧光染料色泽鲜艳、荧光量子产率较大,是一类极其重要的功能染料.2008年Bojinov[21]等设计合成两种基于萘酰亚胺的具有pH值响应的分子传感器.化合物5和7（图5）荧光发射是黄绿色,在N,N-二 甲酰胺和水/N,N-二 甲酰胺（1∶4,v/v）体系中分别研究了两个化合物的光物理性质,表明化合物5的荧光发射对pH值不敏感,而化合物7在较宽的pH值范围内荧光变化明显.这一现象是由于5的哌啶氨基质子化更弱,而7可以是很好的“offon”型荧光pH值探针,其PET机理如图6所示.
1.5花菁和半花菁类
图7基于花菁染料的pH探针结构花菁和半花菁类染料在最大吸收波长处有高的摩尔消光系数以及良好的水溶性,同样具有低的细胞毒性,并且已广泛应用在比色、荧光传感中[22-24].申请公布号为CN 104086536 A的中国发明专利公开了一种用于检测pH值的荧光探针及其制备方法和专用检测试剂盒.该发明提供的用于检测pH值的荧光探针的结构如图7所示.该发明提供的用于检测pH值的试剂盒,包括上述化合物和溶剂.上述专利公布的技术方案中,制得的荧光探针及其专用检测试剂盒对溶液的pH值具有良好的响应性,能够实现对溶酶体的标记和细胞溶酶体pH值的测定,但其pH值检测范围较窄,且仅限于细胞溶酶体pH值的检测,适用范围较小,有很大的局限性.
总结:本论文可用于荧光探针论文范文参考下载，荧光探针相关论文写作参考研究。
参考文献：
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