罗丹明研究进展

背景及概述

1905年，Noeleting和Dziewonsky两位科学家首次合成了罗丹明。罗丹明是一种以氧杂蒽为母体，不同的3，6位氨基取代的有机荧光染料，具有较深的颜色和很强的荧光。罗丹明类染料的吸收和发射波长随着3.6位不同氨基的取代而变化。例如罗丹明B.6G110和101(如图1)在乙醇中的发射波长分别为568 nm，558 nm524 nm588nm[1]。罗丹明染料具有高的荧光量子产率，高的摩尔消光系数和好的水溶性等光物理性质，且具有低的生物毒性，使其广泛运用于生物标记和荧光探针等领域。罗丹明的内酰胺螺环的“开-关”互变的独特结构引起了许多科学家的关注。当罗丹明的内酰胺螺环处于闭环状态时，它的溶液处于无色无荧光的状态，而当它处于开环状态时，会发出强烈荧光并且颜色鲜艳，这种独特的性质给科学家带来新的荧光探针的设计思路。

图1 经典罗丹明结构式

罗丹明的应用

100多年来，罗丹明荧光染料因其高荧光量子产率、大摩尔消光系数、稳定性和水溶性好等优点而备受关注。当前，罗丹明染料已被广泛用于生物医学、材料、环境等多个领域。不同于其他经典荧光染料，罗丹明及其衍生物易发生关环，形成不发荧光的螺环结构，而在某些特定外界刺激物的作用下，其又可发生开环，形成具有强烈荧光的大共轭结构。基于罗丹明“开关环”调控荧光的机理，大量针对不同目标检测物的荧光探针相继报道。该文综述了近几年来报道罗丹明的研究进展。

首次利用罗丹明开环反应检测金属离子的是在1997年，Czarnik的团队报道了一项利用罗丹明B衍生物检测Cu+的开创性工作，反应机理结构式见图2。该团队利用罗丹明B酰肼能够特异性识别Cu+而进行开环来进行检测，当探针遇到Cu+后，Cu+促进罗丹明B酰肼水解成罗丹明B。该探针在 pH为7的条件下可以在2min内检测到10 nM的Cu2+，此工作被报道后罗丹明的开环反应得到大量的关注。

在生物体内每天都发生着各种复杂的反应，体内的pH值也随之不断变化，pH的变化会与人体疾病的发生有着密切联系，pH值在体内过高或过低的表达都会对人体造成伤害，甚至引起细胞功能障碍，导致产生癌症、心肺疾病、阿尔茨海默病等严重疾病。由于罗丹明的内酰胺螺环在碱性条件下一般处于闭环状态，没有荧光，而在酸性条件下，处于开环状态，发出强烈荧光，这为科学家们设计pH 型响应探针提供了便利。

在癌症诊疗过程中药物一般在运输过程中就被消耗很多，导致到达病变位置的药物少之又少，药效达不到，因此开发针对癌症肿瘤的前体药物迫在眉睫。罗丹明B的还原态是没有荧光的而被生物体内的ROS氧化后能够再次发出红色荧光，通过引入治疗癌症效果非常的苯丁酸氮芥合成探针，被肿瘤细胞的线粒体中异常高水平的ROS氧化后生成罗丹明的活性光笼，此时探针都聚集在肿瘤细胞的线粒体中，再由体外用绿光激发活性罗丹明光笼，诱导释放出抗癌药物苯丁酸氮芥，该探针实现了对肿瘤细胞的精准打击，大大提高了抗癌药物的药效，为前体药物的开发提供了新思路。

结语

罗丹明染料是光谱性能优良的有机染料之一，有着近红外的激发波长与发射波长以及独特的螺环结构作为荧光探针的开关；而荧光探针是检测生物体内各种物质的主要手段之一，具有响应快、选择性好、检测限低等优点，所以开发不同性能的罗丹明荧光探针有着深远的意义。

参考文献

[1] Grimm JB,Sung A J,Legant WRet al.Carbofluoresceins and Carborhodamines as Scaffolds for High Contrast Fluorogenic Probes[J].Acs Chemical Biology,20138(6):1303-1310.