1、锌离子荧光探针研究进展 卜露露 王晴 解永树 华东理工大学上海市功能性材料化学重点实验室 摘 要： 锌广泛存在于人体内, 具有重要生理功能。因此, 对游离锌离子的选择性识别和有效检测具有重要意义。荧光探针因其设计简单、易于操作、灵敏度高、可细胞成像等诸多优点而广泛应用于锌离子的识别研究。锌离子荧光探针常见的识别机理包括光致电子转移、分子内电荷转移、荧光共振能量转移、聚集诱导荧光增强、螯合荧光增强等。其中, 基于螯合荧光增强机理的锌离子探针, 其荧光团通常可同时作为识别基团, 因此, 相比于其它探针, 具有设计较为简单、合成较为便捷的优点。本文综述了近年来文献中报道的基于以上各种识别机理的锌离子
2、荧光探针, 并着重介绍了螯合荧光增强机理在锌离子识别中的应用。关键词： 锌离子; 荧光探针; 识别机理; 螯合荧光增强; 细胞成像; 作者简介：解永树, 教授;Tel/Fax:021-64253385;E-mail:;研究方向:染料敏化太阳能电池, 分子荧光探针, 卟啉化学收稿日期：2017-08-29基金：国家自然科学基金项目 (21472047, 21772041, 21702062) Research Progress of Fluorescent Zinc ProbesBU Lulu WANG Qing XIE Yongshu Shanghai Key Laboratory of Fu
3、nctional Materials Chemistry, East China University of Science and Technology; Abstract： It is of great importance to selectively detect and effectively monitor zinc ion because of its wide distribution in human cells and vital roles in human metabolism.Fluorescent probes have been extensively appli
4、ed in zinc sensing because of the advantages of simple-design, easy-operation, high sensitivity and cell imaging capability.Fluorescent zinc probes are generally constructed based on the mechanisms of photoinduced electron transfer, intra-molecular charge transfer, fluorescence resonance energy tran
5、sfer, aggregationinduced emission and chelation-enhanced fluorescence.Among these mechanisms, zinc probes constructed on chelation-enhanced fluorescence have the advantages of easy design and synthesis because its fluorophore can simultaneously act as the receptor.In this review, fluorescent zinc pr
6、obes based on the aforementioned mechanisms, especially, chelation-enhanced fluorescence, reported in recent years are briefly summarized.Keyword： zinc ion; fluorescent probes; sensing mechanism; chelation-enhanced fluorescence; cell imaging; Received： 2017-08-29锌在人体内的含量仅次于铁, 是第二多过渡金属元素;其广泛存在于人体细胞内,
7、 在细胞新陈代谢、基因表达、机体免疫和神经传输等活动中起着重要作用1-5。锌浓度的变化往往预示着某些疾病的发生, 如锌浓度过高或过低可能导致酶活性失调、基因表达错误、细胞凋亡、神经传递受阻等生理紊乱现象6-7。因此, 锌的有效检测和监控对相关疾病的诊断和治疗具有重要意义。在诸多检测方法中, 荧光探针具有廉价易得、操作简单、灵敏度高、可实时监测等诸多优点8-17, 已广泛应用于锌离子的选择性识别和检测。依据荧光信号的变化, 锌离子荧光探针可分为 3 大类:荧光猝灭型、荧光增强型和比率型。荧光猝灭型探针, 即探针分子自身荧光较强, 与锌离子反应之后, 荧光发生猝灭, 通过荧光从有到无的过程, 检测
8、锌离子的存在。由于造成荧光猝灭的因素很多, 尤其在生物环境中, 荧光信号受到的影响更为复杂, 锌离子的存在并非荧光猝灭的唯一因素, 因此荧光猝灭型探针的特异性与实用性较差18。比率型锌离子荧光探针以两个不同波长处荧光强度的比值作为响应信号以确定锌离子含量, 具有自校正的特点, 可消除光源强度及仪器灵敏度的影响, 有较高的准确性和灵敏度, 因此越来越受到人们的关注19。荧光增强型锌离子探针, 探针分子自身不发出荧光或自身荧光较弱, 与锌离子结合之后, 荧光显著增强, 通过荧光强度与锌离子浓度的线性关系实现对其定性、定量检测, 该类型探针具有较好的特异性与灵敏度, 应用较为广泛20-23。典型的荧
9、光探针通常由 3 部分组成, 即识别基团 (作用基团) 、连接基团和荧光团 (信号基团) 。其中, 识别基团实现探针与检测对象的选择性作用, 连接基团将识别基团和荧光团相连接, 而信号基团则产生可观察的荧光信号。目前, 文献中已报道多种不同类型的锌离子荧光探针, 这些探针对锌离子的识别机理主要包括:光致电子转移 (photo-induced electron transfer, PET) 、分子内电荷转移 (intra-molecular charge transfer, ICT) 、荧光共振能量转移 (fluorescence resonance energy transfer, FRET)
10、 、聚集诱导荧光增强 (aggregation-induced emission, AIE) 和螯合荧光增强 (chelation-enhanced fluorescence, CHEF) 等24-28。其中, 相对于其它机理构建的探针, 基于螯合荧光增强机理的锌离子探针的识别基团往往可以同时作为信号基团, 因此, 该类型探针通常具有设计较为简单、合成较为简便的优势29-30。王作辉等31已于 2013 年发表了一篇同名综述, 其重点介绍了基于喹啉、荧光素和腙合成的锌离子荧光探针的结构和设计原理, 与之不同的是, 本文将以文献报道的锌离子为例, 介绍基于各类识别机理的锌离子荧光探针及其设计思路
11、, 并着重介绍螯合荧光增强机理在发展锌离子探针中的应用。1 基于不同机理的锌离子荧光探针1.1 基于 PET 机理的锌离子荧光探针1986 年, 北爱尔兰女王大学的 de Silva 教授首次报道了基于冠醚和蒽的 PET型荧光探针32。PET 作用是设计、构建锌离子探针最常用的识别机理之一, 其识别原理为:探针分子与锌离子作用前, 其荧光团与识别基团的轨道能级处于匹配状态, 当荧光团基态电子受光激发跃迁到激发态时, 识别基团上 N 原子等的孤对电子会转移至荧光团的 HOMO 轨道, 使得荧光团处于激发态的电子无法通过辐射光子的途径回到基态, 从而淬灭其荧光;与锌等金属离子作用后, 识别基团的轨
12、道能级发生改变, 上述电子转移过程无法发生, 即 PET 作用被阻断, 从而恢复探针分子荧光。根据该设计原理, 美国麻省理工学院的 Lippard 教授课题组以二吡啶甲基胺 (DPA) 为识别基团, 荧光素为荧光团, 构建了一系列性能优异的 PET 型锌离子探针33-41。这些探针分子具有类似的结构特点, 即均以二吡啶甲基胺及其衍生物为识别基团, 通过亚甲基将该类基团非共轭地连接在荧光素等荧光团上。与锌离子作用前, 二吡啶甲基胺 N 原子的孤对电子通过PET 作用淬灭探针分子荧光;与锌离子作用后, 二吡啶甲基胺与锌离子配位造成其轨道能级升高, PET 作用被阻断, 从而产生强的荧光素荧光, 从
13、而实现锌离子的选择性识别作用。Lippard 等42首次报道基于荧光素的荧光增强型锌离子荧光探针 1 (图 1) 。由于二吡啶甲基胺到荧光素的 PET 作用, 探针分子本身只有较弱的荧光, 与锌离子作用后, PET 作用被阻断, 探针在 530 nm 处呈现出明显的荧光增强响应。同时, 它可以成功穿过细胞膜, 应用于 Cos-7 细胞内对锌离子成像 (图 2) 。此后, 为进一步减弱 1 的背景荧光, 同时弥补其易受 p H 值影响的缺陷, Lippard 等43设计、合成了探针 2 (图 3) 。相比于探针 1, 其分子结构主要进行了以下改进:首先, 在探针 1 的识别基团 (DPA) 和荧
14、光团 (荧光素) 之间引入苯胺基团, 将探针分子的 PET 电子给体由脂肪胺改变为芳香胺, 从而有效降低其 p H 值敏感性;其次, 将探针 1 的识别基团由 2 个减少为 1 个, 避免探针对锌离子的识别过程中多步金属配位作用可能造成的分析困难。图 1 探针 1 的化学结构式42Fig.1 Chemical structure of probe 142 下载原图图 2 探针 1 在 Cos-7 细胞中的荧光显微镜成像42Fig.2 Fluorescence microscopy image of probe 1 in Cos-7 cells42 下载原图为了进一步改善锌离子识别性能, Lip
15、pard 等将 DPA 基团的吡啶分别替换为噻吩和吡嗪, 构建了探针 3、444和 534,45 (图 4) 。相比于探针 1 和 2, 含噻吩的探针 3、4 具有更弱的背景荧光、更大的结合常数、更快的响应速度以及更高的灵敏度等优点。而含吡嗪的探针 5 与锌离子以摩尔比 12 形式配位, 可通过与锌离子结合后荧光强度的变化定量检测锌离子浓度。此后, 他们又报道了一系列以 DPA 为识别基团, 性能更为优异的 PET 型锌离子探针35-41, 不在此一一赘述。Yoon 等46报道了以萘酰亚胺为荧光团, 酰胺-DPA 为识别基团的 PET 型锌离子荧光探针 6 (图 5) 。该探针分子具有互变异构
16、体, 与锌离子及其它金属离子作用后, 可以分别得到不同配位形式的产物。与锌离子作用可得到亚胺配合物, 且具有很强的结合能力 (K d=5.7 nmol/L) 。与此相对应, 探针溶液的荧光波长从 483 nm 红移到 514 nm;而与其它绝大部分金属离子作用后, 则得到酰胺配合物, 探针溶液的荧光波长则从 483 nm 蓝移到 446 nm, 这样就可以通过配位模式和荧光波长的不同, 很好地区分锌离子与其它金属离子。值得一提的是, 二价镉离子具有与锌离子类似的外层电子排布, 通常与锌离子具有相似的响应结果, 往往对锌离子的识别造成一定干扰47-48, 然而, 探针 6 与二价镉离子作用生成不
17、同于锌的酰胺配合物。基于该结果, 探针 6 可以很好地实现对锌离子选择性识别。此外, 该探针也可以成功应用于细胞内锌离子的荧光成像 (图 6) 。图 3 探针 2 的化学结构及其识别机理43Fig.3 Chemical structure of probe 2 and its sensing mechanism43 下载原图图 4 探针 3、4 和 5 的化学结构34,44-45Fig.4 Chemical structures of probes 3, 4 and 534,44-45 下载原图图 5 探针 6 的化学结构及其识别机理46Fig.5 Chemical structure of
18、probe 6 and its sensing mechanism46 下载原图图 6 探针 6 在 A549 细胞中的离子荧光成像照片46Fig.6 Fluorescence images of A549 cells incubated with probe 6 (5 mol/L) and ions46 下载原图Cells treated with probe 6 (a) in the absence and (b) presence of 1 mol/L external zinc ions.Cells treated with (c) 25mol/L TPENafter treatmen
19、t with 6 and 1mol/L Zn Cl2. (d) Cells treated with 6 and 5mol/L Cd Cl2and cells treated with 1mol/L Zn Cl2. (e) after treatment with 6 and 5mol/L Cd Cl2. (f) Cells treated with 6 and 5mol/L Fe (Cl O4) 2and (g) cells treated with1mol/L Zn Cl2after treatment with 6 and 5mol/L Fe (Cl O4) 2.TPEN, N, N,
20、N, N-tetrakis (2-pyridylmethyl) ethylenediamine;Scale bar=50m1.2 基于 ICT 机理的锌离子荧光探针当共轭分子体系的一端含有吸电子基团如硝基, 而另一端含有给电子基团如甲氧基时, 分子内的电荷就会因为分子内存在的推拉电子作用而重新分布, 这就是分子内电荷转移 (ICT) 现象, 这种现象常见于具有推拉电子效应的有机化合物。基于 ICT 机理构建的探针具有易于设计、便于调控等优点。而且通常情况下, 识别前后探针的荧光强度没有明显变化, 只是荧光波长发生显著改变, 即在不同波长处荧光强度的比率发生显著改变。这类比率型的荧光变化可以避免
21、测试仪器、激发光强度、探针浓度等外界因素对测试的影响, 具有更高的可靠性和准确度。Jiang 等49以二甲氨基苯基-呋喃并喹啉为荧光团, DPA 为识别基团构建了ICT 型锌离子荧光探针 7 (图 7) 。与锌离子作用前, 探针分子没有明显的 ICT作用, 其本身在 545 nm 处具有明显的荧光;与锌离子作用后, 喹啉 N 原子与锌离子配位, 探针分子从二甲氨基苯到呋喃并喹啉具有明显的 ICT 作用, 荧光波长显著红移至 620 nm。探针 7 也可用于细胞内锌离子的检测。图 7 探针 7 的化学结构及其识别机理49Fig.7 Chemical structure of probe 7 an
22、d its sensing mechanism49 下载原图除了基于单一识别机理进行锌离子识别的探针外, 还有一些将两种机理相结合的探针。Akkaya 等50以 BODIPY 为荧光团, 以 DPA 为识别基团构建了 ICT 型锌离子荧光探针 8 (图 8) 。通过在 BODIPY 母体上引入两个共轭的苯乙烯基, 可以显著延长探针的荧光发射波长;再引入多条 TEG 链, 以改善探针的水溶性。探针分子具有较大的共轭体系, 存在从苯乙烯到 BODIPY 的 ICT 作用。同时, DPA 识别基团的 PET 作用从一定程度上淬灭了探针分子自身的荧光。在 Et OH/HEPES 缓冲溶液的混合溶剂中,
23、 探针分子在 730 nm 呈现出微弱荧光;与锌离子作用后, 探针的 PET 作用受到抑制, 同时其 ICT 作用减弱, 伴随荧光强度的增强。同时, 其发射波长由 730 nm 蓝移至 680 nm, 实现探针对锌离子的比率型识别。这种具有长波长荧光发射, 并且识别作用前后波长变化明显的探针在生物体系中有很好的应用前景。图 8 探针 8 的化学结构50Fig.8 Chemical structure of probe 850 下载原图Tian 等51以萘四酰亚胺为荧光团设计、合成了一种近红外荧光锌离子探针 9 (图 9) , 其锌离子识别过程结合了 ICT 和 PET 作用。由于 PET 作用
24、的存在, 探针分子 9 自身几乎没有荧光, 与锌离子结合后, PET 作用被阻断。同时, 分子中的 N 原子与锌离子配位, ICT 作用减弱, 荧光显著增强, 且吸收及荧光光谱均发生蓝移, 由此可实现锌离子的识别。图 9 探针 9 的化学结构及其识别机理51Fig.9 Chemical structure of probe 9 and its sensing mechanism51 下载原图1.3 基于 FRET 机理的锌离子荧光探针荧光共振能量转移 (FRET) 即能量从一个荧光团以非辐射的形式转移到另一个荧光团, 使其释放出荧光。其中给出能量的荧光团称为能量给体, 接受能量的荧光团称为能量
25、受体。影响上述能量转移的因素主要包括:能量给体发射光谱和能量受体吸收光谱的重合程度、能量给体与能量受体之间的间隔距离以及能量给体发射偶极矩和能量受体吸收偶极矩的匹配度。运用 FRET 机理, 可通过以下途径构建锌离子荧光探针:1) 利用螯合配位作用延长能量给体的荧光发射波长, 使能量给体与受体之间具有良好的光谱匹配度;2) 借助探针与锌离子的配位作用, 使原本被淬灭荧光的能量给体恢复荧光。下面将结合文献报道的具体实例加以详细介绍。Zhu 等52将萘四酰亚胺和苯乙烯基联吡啶非共轭相连, 构建了 FRET 型锌离子荧光探针 10 (图 10) 。其联吡啶的吸收和荧光发射峰分别位于 345 和 42
26、8 nm, 萘四酰亚胺的吸收和荧光发射峰分别位于 607 和 638 nm, 能量给体联吡啶的荧光发射峰和能量受体萘四酰亚胺的吸收峰之间无明显重叠, 无法发生有效的FRET 作用。联吡啶和锌离子作用后, 其吸收峰红移至 400 nm 左右, 荧光发射峰则红移至 528 nm, 与萘四酰亚胺的吸收峰具有一定重叠, 满足荧光共振能量转移的要求。因此, 在探针溶液中不断滴加锌离子, 并在 400 nm 处激发, 即以能量给体联吡啶锌离子配合物的吸收峰激发时, 探针 10 在 630 nm (能量受体萘四酰亚胺的特征荧光发射峰) 处的荧光显著增强, 最高可达 12 倍;而在 600 nm 处激发, 即
27、以萘四酰亚胺的吸收峰激发时, 随着锌离子浓度的增加, 并没有明显的荧光增强变化。这说明, 锌离子的加入可以使能量由联吡啶锌配合物转移至萘四酰亚胺。图 1 0 探针 10 的化学结构52Fig.10 Chemical structure of probe 1052 下载原图Nam 等53设计、合成了 FRET 型锌离子探针 11 和 12 (图 11) 。两探针均以 4- (二 (2-吡啶甲基) 胺甲基) 羟基香豆素为能量给体, 分别以光谱匹配良好的香豆素 (coumarin) 343 和光谱匹配很差的异酚恶唑酮为能量受体。作者通过二维荧光谱图对探针与锌离子作用前后能量传递与荧光强度进行了详细研
28、究。对于探针 11, 锌离子作用前, 以香豆素的吸收峰为激发波长 (310380 nm) 激发, 由于 DPA 的 PET 荧光淬灭作用, 香豆素没有明显荧光, 而 coumarin343 无法吸收香豆素发射的荧光能量, 也不呈现明显荧光;与锌离子作用后, DPA 的 PET 作用被抑制, 此时, 以 310380 nm 波长范围的光激发时, 香豆素产生明显荧光, coumarin343 的荧光也显著增强。而对于探针 12 来说, 由于能量给体香豆素和能量受体异酚恶唑酮的光谱匹配很差, 加入锌离子前后, 以 310380 nm 波长范围的光激发, 异酚恶唑酮都无法产生明显荧光。图 1 1 探针
29、 11 和 12 的化学结构53Fig.11 Chemical structures of probes 11 and 1253 下载原图Zhang 等54以荧光素为能量给体, 罗丹明 B 为能量受体合成了一种基于 FRET机理的比率型锌离子荧光探针 13。该探针在与锌离子反应之前, 荧光图谱中仅显示出能量供体荧光素的特征发射峰 (518 nm) , 即探针分子自身不发生 FRET作用。而在锌离子作用下, 荧光素的螺环结构发生开环, 结构转变导致分子内FRET 作用的产生, 供体荧光减弱, 能量受体罗丹明 B 的荧光发射 (590 nm) 增强。该探针分子与锌离子作用前后荧光最大发射波长发生
30、100 nm 左右的红移, 变化范围较大, 可有效降低激发光散射等问题导致的误差。且探针 13 对锌离子有较好的选择性, 线性范围较宽, 为 2.0102.010mol/L, 检测限达4.010mol/L, 且该探针分子成功应用于细胞内锌离子的识别。图 1 2 探针 13 化学结构及其识别机理54Fig.12 Chemical structure of probe 13 and its sensing mechanism54 下载原图1.4 基于 AIE 机理的锌离子荧光探针唐本忠等提出的 AIE 机理55大大拓展了有机染料在水溶液中的应用空间。由于具有某些特定结构的有机染料在水中易聚集, 并
31、伴随显著的荧光增强效应, 使得原本疏水的有机染料同样可以很好地应用于含水溶剂体系。AIE 机理已广泛应用于锌离子荧光探针的构建。为设计、构建 AIE 型锌离子探针, 最简单的方法是将锌离子识别基团连接到具有 AIE 特性的荧光团上。唐本忠等56将两个锌离子识别基团三联吡啶通过苯环共轭连接到 AIE“明星分子”四苯基乙烯两端, 构建了具有 AIE 性质的锌离子荧光探针 14 (图 13) 。该探针分子在 THF 溶液中没有明显荧光, 而在THF/H2O 的混合溶剂体系中则呈现出荧光, 并且随着水含量的增加而不断增强, 说明该探针具有明显的 AIE 性质。其溶液与不同金属离子作用时, 只有加入锌离
32、子, 才会诱使探针分子聚集, 荧光显著增强并且红移, 因此可用于锌离子的选择性识别。Pigge 等57则将四苯基乙烯的两个苯环替换为吡啶, 构建了具有 AIE 性质的锌离子荧光探针 15 (图 13) 。该探针在 CH3CN/H2O 混合溶剂中的荧光强度随着水含量的增加而不断增强, 该结果表明探针分子具有明显的 AIE 特性。该探针与锌离子或其它金属离子作用时, 只有锌离子可以促使探针产生明显的聚集诱导荧光, 由此实现锌离子的选择性识别。图 1 3 探针 14 和 15 的化学结构56-57Fig.13 Chemical structures of probes 14 and 1556-57
33、下载原图Zhang 等58则运用四苯基乙烯设计了一种将 AIE 与 PET 两种作用相相结合的锌离子荧光探针, 他们在四苯基乙烯中 4 个苯基的对位连接 4 个N (CH 2COO) 2基团作为识别基团, 合成锌离子探针 16 (图 14) 。该探针与锌离子以两种方式发生配位, 当锌离子浓度较低时, 两个N (CH 2COO) 2基团与锌离子进行分子内配位, 分子内旋转被抑制, 荧光增强;而当锌离子浓度较高时, 邻近的探针分子中的N (CH 2COO) 2基团与锌离子进行分子间配位, 形成低聚物或聚合物, 并进一步发生聚集, 从而荧光显著增强 (图 15) 。图 1 4 探针 16 的化学结构
34、58Fig.14 Chemical structure of probe 1658 下载原图图 1 5 探针 16 对锌离子识别的机理58Fig.15 Sensing mechanism of probe 16 towards Zn2+58 下载原图1.5 基于 CHEF 机理的锌离子荧光探针螯合荧光增强 (CHEF) , 自 1990 年由 Czarnik 等59提出后, 便受到人们的广泛关注, 大量基于此类作用的锌离子荧光探针相继报道。基于上述几种机理构建的锌离子探针通常具有荧光探针的典型结构特征, 即同时含有识别基团、连接基团和荧光团。而基于 CHEF 机理的探针, 其识别基团往往可以同
35、时作为荧光团, 因此, CHEF 型锌离子探针通常具有结构简单, 设计、合成简便等优点60。本课题组以吡咯为基本单元, 构建了一系列基于 CHEF 识别机理的荧光增强型锌离子探针。我们课题组61报道了基于次甲基二吡咯、三吡咯的 CHEF 型锌离子探针 1720 (图 16) 。由于这些探针分子平面性、刚性较差, 它们均只有微弱的荧光, 与锌离子作用后, 由于螯合配位作用, 其平面性和刚性得到改善, 荧光显著增强。其中, 探针 20 的荧光增强最为明显, 可达 72 倍。此外, 通过探针分子结构的改变, 还可以实现从 517 nm 到 637 nm 的荧光响应。而且探针 20 成功应用于细胞内锌
36、离子的荧光成像 (图 17) 。为了进一步提升次甲基二吡咯类探针对锌离子的识别性能, 基于上述工作, 我们62以对甲氧基苯甲酰氯为酰化试剂, 进行五氟苯基二吡咯甲烷的酰化反应。有趣的是, 在得到正常的 -单酰化、, -双酰化产物的同时, 也高产率地得到了 , -双酰化产物。这 3 种酰化产物经 DDQ 氧化后分别得到锌离子探针 21、22 和 23 (图 18) 。单晶结构显示, 3 种探针均以 21 的形式与锌离子配位, 且配位后均呈现出明显的荧光增强型响应。值得强调的是, , -双酰化探针 23 的检测限优于正常取代模式的 -单酰化探针 21 和 , -双酰化探针 22, 可达 4.410
37、mol/L。此外, 由于取代模式的不同, 三者可以实现对锌离子从绿色到红色的荧光响应。图 1 6 探针 17、18、19 和 20 的化学结构61Fig.16 Chemical structures of probes 17, 18, 19 and 2061 下载原图图 1 7 KB 细胞的共聚焦荧光及亮场照片61Fig.17 Confocal fluorescence and bright field images of KB cells61 下载原图(a) (c) cells incubated with 20 (10 mmol/L) for 0.5 h at 37. (d) (f) Ce
38、lls pretreated with Zn (Ac O) 2 (20 mmol/L) for0.5 h then incubated with 20 (10 mmol/L) for 0.5 h. (a) and (d) :bright field; (b) and (e) :fluorescence; (c) and (f) :overlay图 1 8 探针 21、22 和 23 的化学结构62Fig.18 Chemical structures of probes 21, 22 and 2362 下载原图在次甲基二吡咯类锌离子探针研究过程中, 我们63还意外发现并构建了结构新颖有趣的 5
39、位羟基取代的不共轭二吡咯甲烷类锌离子探针 2426 (图 19) 。由于这类探针分子具有非共轭的二吡咯甲烷结构, 其本身没有荧光。与锌离子作用后, 螯合配位作用促使二吡咯甲烷氧化为相应的次甲基二吡咯, 并生成摩尔比 21 型锌离子配合物, 从而使荧光显著增强。这样可以大大提高探针分子的信噪比, 提升锌离子检测灵敏度。该工作为构建非共轭、零背景荧光的荧光增强型探针提供了新的思路。卟啉类化合物荧光波长可达近红外甚至红外区, 其在细胞成像应用方面具有独特的优势。然而, 卟啉刚性、平面性好, 与金属离子作用后, 不易产生明显的荧光增强效应, 很大程度上限制了其在锌离子探针领域的实际应用。为解决这一难题
40、, 我们64构建了具有较好柔性、结构扭曲的异卟啉 27, 并将其应用于锌离子识别 (图 20) 。由于扭曲的构象和很好的柔性, 该探针分子本身只有极微弱的荧光。与锌离子作用后, 其平面性和刚性明显改善, 荧光显著增强, 而且该探针分子的荧光响应波长可达 736 nm。图 1 9 探针 24、25 和 26 的化学结构63Fig.19 Chemical structures of probes 24, 25 and 2663 下载原图图 2 0 探针 27 的化学结构及其识别机理64Fig.20 Chemical structure of probe 27 and its sensing mechanism64 下载原图
