荧光探针 用途与合成方法
荧光探针技术是一种利用探针化合物的光物理和光化学特性，在分子水平上研究某些体系的物理，化学过程和检测某种特殊环境材料的结构及物理性质的方法，该技术不仅可用于对某些体系的稳态性质进行研究，而且还可对某些体系的快速动态过程如对某种新物种的产生和衰变等进行监测，这种技术的基本特点，是具备高度灵敏性和极宽的动态时间响应范围，随着科学发展，荧光分子在信息传递过程中，由于受到不同的环境刺激如异构体互变、离子配位、氧化还原、光电控制的电子能量转移，弱键的形成与断裂等而发生荧光变化，可以实现荧光的开关转换，更适合于生物微观结构的识别和标记，因而近年来荧光分子作为探针在生命科学、环境科学、材料科学、信息科学等领域得到了广泛的应用。
一般认为化学传感器(Chemical sensor) 是指能连续提供其环境化学量，信息的传感装置，由化学探测层与物理传感元件组成。按此定义，把一次性使用或不能连续传感的装置叫探针(Probe)，荧光分子作为传感信号具有以下优点：最高可达单分子检测的高灵敏度，能够实现开关操作，对亚微粒具有可视的亚纳米空间分辨能力和亚毫秒时间分辨能力。原位检测(荧光成像技术)以及利用光纤进行远距离检测等等。荧光分子经过特殊设计引入到待测体系中，能够将分子识别的信息转换成荧光信号传递给外界，从而使人与分子间的对话成为可能，架起宏观世界和微观世界联系的桥梁，具有这种功能的分子称之为荧光分子探针。
【图片】化学传感器的结构示意图。
荧光团是荧光分子探针的最基本组成部分，作用是将分子识别信息表达为荧光信号，荧光分子探针中的荧光团，通过给出荧光强度的增强和减弱，以及荧光峰值波长的位移等信息来反映微观世界的分子识别作用。然而，目前荧光分子探针中所用的荧光团却非常有限，主要为荧光素类衍生物、多环芳烃类化合物及其他可以发荧光的有机化合物和金属配合物等。它们本身或衍生产物具有很高的荧光量子产率，但最大吸收波长和荧光发射波长多小于 600 nm。因此，寻找灵敏度高、选择性好、对光稳定、量子产率高，可用于荧光分子探针 的新型荧光团， 对于荧光分子探针的设计是非常重要的。
荧光分子探针中的识别基团 (也称受体部分)，是体现探针分子识别功能的主要部分，它决定了荧光分子探针和客体结合的灵敏度和选择性，其中识别基团空穴的大小与客体之间的关系是选择性分子识别的首要标准。此外，识别基团中所包含的配位点的数目和客体的配位数，以及配体的种类，包括配体的酸碱性也会影响选择性，识别基团对客体的识别不仅限于对金属阳离子，而且也涉及阴离子和中性分子等，对于不同类别化学物质的识别有其特定的要求。为了能实现高度的专一性识别，在对识别基团的选择和设计时，关键是要 实现识别基团与客体间的高度互补，其中包括形状，尺寸以及作用点分布等的相互匹配。因此，设计合成具有作用点合理排布的三维结构体系，可认为是荧光分子探针 的设计中最高标准所在。
荧光化合物大多数表现为有机芳香族化合物或它们与金属离子形成的配合物，这类化合物在紫外光区和可见光区的吸收光谱和发射光谱，都是由该化合物的电子跃迁引起的。已知大量的有机物中，仅有小部分会发生强烈的荧光，它们的激发光谱，发射光谱和荧光强度都与它们的结构有密切的关系。
通常评价荧光分子探针的性能应主要考虑其灵敏性、选择性、实时性和原位检测性能等四方面因素。其中影响灵敏性的因素有很多，如荧光分子探针与被检测物的结合强度是识别灵敏性的前提，识别信息的荧光信号转换效率，同样影响识别灵敏性、荧光增强的探针，一般比荧光淬灭的探针，灵敏性高等等。而选择性则主要取决于探针与被检测物特异性的结合，还与被结合的客体性质有关，专一选择性是最好的。实时性主要包括识别响应的速度和可逆性两方面， 如果可逆响应的速度快于或与被检测客体的变化速度相匹配，则可称之为实时响应探针；原位检测性能主要取决于分子探针与被检测体系的相溶性，探针能以独立的分子状态分散于被检测体系并发出识别信号。
荧光团是荧光分子探针的最基本组成部分，作用是将分子识别信息表达为荧光信号，荧光分子探针中的荧光团，通过给出荧光强度的增强和减弱，以及荧光峰值波长的位移等信息来反映微观世界的分子识别作用。然而，目前荧光分子探针中所用的荧光团却非常有限，主要为荧光素类衍生物、多环芳烃类化合物及其他可以发荧光的有机化合物和金属配合物等。它们本身或衍生产物具有很高的荧光量子产率，但最大吸收波长和荧光发射波长多小于 600 nm。因此，寻找灵敏度高、选择性好、对光稳定、量子产率高，可用于荧光分子探针 的新型荧光团， 对于荧光分子探针的设计是非常重要的。
荧光分子探针中的识别基团 (也称受体部分)，是体现探针分子识别功能的主要部分，它决定了荧光分子探针和客体结合的灵敏度和选择性，其中识别基团空穴的大小与客体之间的关系是选择性分子识别的首要标准。此外，识别基团中所包含的配位点的数目和客体的配位数，以及配体的种类，包括配体的酸碱性也会影响选择性，识别基团对客体的识别不仅限于对金属阳离子，而且也涉及阴离子和中性分子等，对于不同类别化学物质的识别有其特定的要求。为了能实现高度的专一性识别，在对识别基团的选择和设计时，关键是要 实现识别基团与客体间的高度互补，其中包括形状，尺寸以及作用点分布等的相互匹配。因此，设计合成具有作用点合理排布的三维结构体系，可认为是荧光分子探针 的设计中最高标准所在。
荧光化合物大多数表现为有机芳香族化合物或它们与金属离子形成的配合物，这类化合物在紫外光区和可见光区的吸收光谱和发射光谱，都是由该化合物的电子跃迁引起的。已知大量的有机物中，仅有小部分会发生强烈的荧光，它们的激发光谱，发射光谱和荧光强度都与它们的结构有密切的关系。
通常评价荧光分子探针的性能应主要考虑其灵敏性、选择性、实时性和原位检测性能等四方面因素。其中影响灵敏性的因素有很多，如荧光分子探针与被检测物的结合强度是识别灵敏性的前提，识别信息的荧光信号转换效率，同样影响识别灵敏性、荧光增强的探针，一般比荧光淬灭的探针，灵敏性高等等。而选择性则主要取决于探针与被检测物特异性的结合，还与被结合的客体性质有关，专一选择性是最好的。实时性主要包括识别响应的速度和可逆性两方面， 如果可逆响应的速度快于或与被检测客体的变化速度相匹配，则可称之为实时响应探针；原位检测性能主要取决于分子探针与被检测体系的相溶性，探针能以独立的分子状态分散于被检测体系并发出识别信号。
