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基于罗丹明B的阳离子荧光探针的研究.doc

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基于罗丹明B的阳离子荧光探针的研究 .1分子荧光产生的原理 当用紫外或可见光照射某些物质时，这些物质吸收某种波长的光后会发射出波长和 强度各不相同的光线，当停止照射后，这种红光也随之消失，这种光被称为荧光汇1.2〕。对 荧光产生原理和条件直到十世纪中期才弄清楚。GorgeGStokes在1852年详细考察了奎 宁和叶绿素的荧光后，首先确定和报告了他们的荧光波长总比激发波长要长。他还研究 了荧光强度和荧光物质浓度的关系，发现在高浓度时荧光会淬灭，他也发现荧光可以被 外部物质淬灭，从而建议利用荧光达到检测的目的。由AlexanderJabfonski在1935年提 出的荧光产生的过程图，常被称为Jabfonski图131(见图1.1)。通常情况下，荧光试剂 分子处于基态，吸收光后，试剂分子的电子被激发而处于激发态，基态和激发态都有单 重态和三重态两种类型。S为电子自旋量子数的代数和，其数值为O或1。S为O时， Fig.1.1JalllonskidiagramforaPhotolu刀。刃。eseentsystem 分子内轨道中的所有电子自旋配对，自旋方向相反，此时分子处于单线态，大多数有机 物分子的基态是处于单线态。分子吸收光能后，电子越迁到高能级，电子自旋方向不变， 此时分子处于激发单重态。S。，51，52，.…，表示分子的基态和第一，第二，…，激发 单重态，能量由低到高。如果处于基态单重态的有机物分子的电子在跃迁过程中伴随有 电子自旋方向的变化，在激发态分子轨道中就有两个自旋不配对的电子，此时S=l，表 明分子处于激发态的三重态，用T表示，Tl，T:分别表示三重态的第一第二激发态，分 子中的电子从基态S0跃迁到激发态51，52，比较容易发生，进行很快(10飞)，而从基 态单重态到激发三重态不易发生。高能量的单重态激发态分子(如S:)可以与其它同类分子或溶剂分子碰撞通过内转换回到激发态的最低能级51，这一过程为10一，25，处于激发态最低能级的分子寿命一般为10礴一10一ss，它们会放出光子返回基态，这时产生的光就是 荧光。从51到Tl能量转化是系间跨越。从Tl到S。有两种过程:一个事物能量释放; 另一个是放出光子，即磷光，在104一105间完成。 1.2荧光分子探针的定义 荧光探针定义为能和个别组织特异结合而又不干扰其他组织成分自身荧光的那些 荧光化合物，为了和细胞中的自发荧光物质相区别，人们也曾称荧光染料为次级荧光体， 相应地把这种染色过程称为次级染色，把像叶琳这样的自然荧光物质称为初级荧光体。 而现在把所有的荧光探针，不管其染色性能和对天然荧光的影响如何，都统称为荧光探 针〔‘〕。 荧光探针大多是含有共扼双键体系的有机化合物，共辆双键使其容易吸收激发光， 其激发波长多处于近紫外区或可见光区，发射波长多处于可见光区。 作为荧光探针应该具有以下特点〔4]:第一，荧光探针的荧光必须与生物样品的背景 荧光易于区别;第二，荧光探针必须不干扰研究的主体;第三，荧光探针主要用于生物 活体或在天然生物条件下的体外样品的研究，所以荧光探针的毒性、使用的pH范围， 生物相容性等方面都有严格的要求。 目前使用的荧光探针主要有荧光素类、罗丹明类，香豆素类等化合物，它们被称为 “在化学反应中与无荧光的化合物之间形成化学键的物质”〔5〕。 .3荧光分子探针的结构 1切.时.成晚 \‘丫 ‘‘一 \、了 尸/\一产 叮/ 梦 夕盆;.护，. .。吃.纽如，.加妙 图1.2荧光探针的结构模型 Fig.1.2AstrUetura】modeloffluoreseentProbe 荧光分子探针一般由两部分组成(图1.2):(l)识别基团，能选择性地与被分析物结 合(一般形成络合物的形式)，这使分子探针所处的化学环境发生改变;(2)荧光基团，将 大连理工大学硕士学位论文 识别基团与被分析物络合所引起的化学环境变化转变为容易观察到的输出信号(如荧 光)。 .4荧光探针与分子结构的关系 荧光探针的荧光特性首先取决于其自身的分子结构，其次是环境因素的影响。大量 研究结果表明，荧光探针的性能与探针的共辘体系大小、共辘二键体系的共平面性和刚 性程度、分子母体上取代基的种类及取代基位置和几何构型等因素相关〔6〕。 共扼体系越大，离域二电子越易激发，越易产生荧光，荧光强度往往越强。但是芳 香环或共扼体系增加到一定程度时，只是荧光发射波长向长波方向红移，这与共扼二键 体系的共平面性和刚性有关。同一体系的芳香族化合物，线性结构的荧光波长比非线性 的长〔，，。 强的荧光试剂除了具备大的共扼二键体系还必须具备平面性和一定程度的刚性。含 有给电子取代基的荧光化合物，其荧光强度一般都会增强。这类基团如:一NHZ，一NHR， 一RZ，一oH，一OR和一CN。含有吸电子取代基的荧光化合物，其荧