基于氟化硼二吡咯熒光探針的研究進(jìn)展

舒婷婷，黃文文，楊智慧，喻艷華

（江漢大學(xué) 交叉學(xué)科研究院，湖北 武漢 430056）

熒光探針作為一種檢測(cè)工具，主要原理是以熒光光譜為手段，受體與待檢測(cè)物之間特異結(jié)合后（絡(luò)合或者反應(yīng)）從而改變熒光基團(tuán)的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其熒光光譜發(fā)生改變，通過(guò)這種前后變化實(shí)現(xiàn)對(duì)待檢測(cè)物種的定性或定量分析。這種分析方法由于其靈敏度高、選擇性好、操作簡(jiǎn)單，在環(huán)境檢測(cè)、化學(xué)、食品分析、醫(yī)藥等各個(gè)方面已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。用于熒光探針的熒光染料種類(lèi)繁多，有羅丹明類(lèi)［1-2］、熒光素類(lèi)［3-5］、香豆素類(lèi)［6-7］、萘類(lèi)［8-9］等，這些熒光染料有的存在熒光量子產(chǎn)率低、光穩(wěn)定性不好、易光漂白等不足。相對(duì)而言，BODIPY類(lèi)［10-11］熒光染料由于具有非常穩(wěn)定的光譜性質(zhì)、較高的熒光量子產(chǎn)率、高摩爾吸光系數(shù)、良好的光穩(wěn)定性、較窄的熒光光譜峰寬、對(duì)pH不敏感等優(yōu)點(diǎn)［10-17］被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)熒光探針。對(duì)BODIPY的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，得到的BODIPY衍生物可以作為熒光探針對(duì)陽(yáng)離子、陰離子、小分子、生物分子等進(jìn)行檢測(cè)，并可應(yīng)用于環(huán)境檢測(cè)、食品分析、生命科學(xué)、醫(yī)藥診斷等領(lǐng)域［18-23］。

1 BODIPY類(lèi)染料的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

TIERBS和KREUZER［24］在1968年首次報(bào)道BODIPY類(lèi)熒光染料，其結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

圖1 BODIPY中心骨架結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of BODIPY core

BODIPY基本上是由2分子吡咯與1分子醛類(lèi)化合物在酸催化下，或者1分子吡咯與1分子酸酐或酰氯化合物縮合后，再與三氟化硼乙醚溶液絡(luò)合后得到其衍生物［25］。KAROLIN等［26］在1994年報(bào)道BODIPY中心骨架結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，其摩爾消光系數(shù)在90 000 mol·L-1·cm左右，最大吸收峰在500 nm左右，熒光量子產(chǎn)率大于80%，并且其熒光壽命不受其他極性溶劑的影響，具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。但是其衍生物依舊有一些不足，包括水溶性差，發(fā)射波長(zhǎng)大多都小于600 nm，因此為了擴(kuò)大應(yīng)用范圍，需要對(duì)其進(jìn)行官能團(tuán)修飾。目前，通過(guò)在改善和修飾BODIPY的結(jié)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出各類(lèi)基于BODIPY的熒光探針。

2 BODIPY類(lèi)熒光探針對(duì)陽(yáng)離子的檢測(cè)

2.1 對(duì)Zn2+的檢測(cè)

鋅離子是人體內(nèi)排在鐵離子之后第二豐富的過(guò)渡金屬離子。Zn2+在人體發(fā)育、免疫、內(nèi)分泌等生理過(guò)程中起著極其重要的作用，對(duì)神經(jīng)信號(hào)傳遞、基因表達(dá)起調(diào)節(jié)作用。缺鋅易引起免疫功能下降、侏儒癥、生殖系統(tǒng)功能受損、缺血癥、毒血癥、肝硬化等。因此，發(fā)展特異性識(shí)別Zn2+的探針十分重要。

2018年，XIA等［27］報(bào)道了一種對(duì)Zn2+有高選擇性識(shí)別的比率型熒光探針1a（圖2）。在V（CH3CN）∶V（0.02 mol∕L HEPES buffer）=1∶1的溶液中探針1a通過(guò)與Zn2+1∶1絡(luò)合，使其最大吸收峰從525 nm紅移至552 nm，溶液由淺黃色變?yōu)樽仙?，同時(shí)熒光發(fā)射光譜的最大吸收峰從540 nm紅移至580 nm。此探針能特異性識(shí)別Zn2+，且最低檢測(cè)限可達(dá)87 nmol∕L。此外，探針1a可應(yīng)用到檢測(cè)活細(xì)胞的胞內(nèi)Zn2+。

圖2 Zn2+探針1aFig.2 Zn2+probe 1a

2.2 對(duì)Hg2+的檢測(cè)

Hg2+是一種毒性極強(qiáng)的金屬離子，可通過(guò)食物鏈積聚在大腦和腎臟，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害，會(huì)導(dǎo)致一些人類(lèi)疾病，如肢體疼痛癥疾病、水俁病以及Hunter-RusseⅡ綜合征。2018年，MAITY等［28］設(shè)計(jì)合成了基于BODIPY的“off-on”型Hg2+熒光探針2 a（圖3），可高選擇性、高靈敏度地檢測(cè)溶液中的Hg2+。該探針BODIPY 8位置上取代基上的氮和氧原子帶有孤對(duì)電子，在激發(fā)光照射下，發(fā)生光誘導(dǎo)的電轉(zhuǎn)移（photoinduced electron transfer，PET），導(dǎo)致BODIPY的熒光發(fā)生淬滅。當(dāng)加入Hg2+時(shí)，其與氮和氧的上的孤對(duì)電子發(fā)生配位，從而阻斷PET過(guò)程，導(dǎo)致熒光顯著增強(qiáng)，熒光量子產(chǎn)率由0.048升至0.41，探針熒光強(qiáng)度與Hg2+濃度在0～2.5 nmol∕L范圍內(nèi)成正比，檢測(cè)限達(dá)1.81×10-7mol∕L。該探針與Hg2+是1∶1絡(luò)合，且絡(luò)合物的熒光在pH為4.5～8的范圍內(nèi)不受影響，表明其可用于檢測(cè)活體細(xì)胞中的Hg2+，值得注意的是，在探針中加入1倍當(dāng)量Hg2+后，再加入1倍當(dāng)量S-會(huì)使熒光又恢復(fù)到探針原來(lái)的情況。這項(xiàng)工作無(wú)疑為進(jìn)一步設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)用于環(huán)境相關(guān)毒性重金屬離子檢測(cè)的BODIPY熒光傳感器奠定了基礎(chǔ)。

圖3 Hg2+探針2aFig.3 Hg2+probe 2a

2.3 對(duì)Co2+的檢測(cè)

Co2+在一些生物過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，如血液的生成、脂肪的新陳代謝、蛋白質(zhì)的形成等，但是過(guò)量的Co2+會(huì)引發(fā)一系列的健康問(wèn)題，比如心臟中毒、哮喘、肺癌等，以及抑制某些酶的活性。因此，無(wú)論對(duì)環(huán)境還是生物體，對(duì)鈷的痕量檢測(cè)至關(guān)重要。2017年，SENKUYTU等［29］通過(guò)“click”反應(yīng)合成得到一類(lèi)基于環(huán)氧四磷腈的BODIPY類(lèi)熒光探針3a～3c（圖4）。該類(lèi)探針可在四氫呋喃溶液中選擇性的檢測(cè)Co2+，探針3c的最大激發(fā)波長(zhǎng)為640 nm，最大發(fā)射波長(zhǎng)為650 nm。以618 nm激發(fā)，其中只有Co2+對(duì)探針3c有熒光淬滅效果。同時(shí)測(cè)定了Co2+在不同濃度下對(duì)該探針的梯度效果，并且發(fā)現(xiàn)該分子探針與Co2+的絡(luò)合可能是按4∶1的比例進(jìn)行絡(luò)合的。該探針對(duì)Co2+的最低檢測(cè)限達(dá)4.27 μmol∕L。

圖4 Co2+探針3a～3cFig.4 Co2+probe 3a-3c

2.4 對(duì)K+的檢測(cè)

K+對(duì)自然界和人都非常重要。對(duì)于已報(bào)道的K+探針，存在K+∕Na+選擇性差、成本高的缺點(diǎn)，因此發(fā)展選擇性高，能用于生物體系和自然環(huán)境的新型K+探針很有意義。2017年，YAN等［30］報(bào)道了冠醚對(duì)K+的選擇性絡(luò)合，設(shè)計(jì)合成了基于聚集導(dǎo)致熒光淬滅（aggregation-caused quenching，ACQ）效應(yīng)的熒光探針4a（圖5）。在DMSO溶液中加入K+后，探針在498 nm處的吸光度逐漸降低，同時(shí)510 nm（λex=480 nm）左右熒光發(fā)射光譜被一定程度淬滅。探針在溶液V（DMSO）∶V（H2O）=1∶1中的吸光度和熒光強(qiáng)度都比探針在純DMSO中低許多，表明聚合導(dǎo)致了吸光度下降和熒光淬滅。K+通過(guò)與冠醚前體的氧原子絡(luò)合，縮短兩端BODIPY的距離從而導(dǎo)致聚集熒光淬滅。該探針與K+的絡(luò)合是按1∶1的比例進(jìn)行，絡(luò)合常數(shù)為 4.3×105（mol∕L）-1。該探針對(duì)K+具有很好的選擇性。

圖5 K+探針4aFig.5 K+probe 4a

2.5 對(duì)Ca2+的檢測(cè)

Ca2+在機(jī)體各項(xiàng)生理活動(dòng)中不可或缺，包括骨骼的生長(zhǎng)、凝血過(guò)程、神經(jīng)傳導(dǎo)等。2017年，LIU等［31］設(shè)計(jì)合成了一種基于PET機(jī)制的“off-on”型Ca2+探針5a（圖6），該探針的BDOIPY的8位連接1，2-二氨基苯氧基乙烷-N，N，N’，N’-四乙酸（BAPTA），4個(gè)強(qiáng)電子供體4-甲氧基苯基的連接使得BODIPY的熒光發(fā)生紅移，最大發(fā)射波長(zhǎng)為631 nm，由于氮和氧原子帶有孤對(duì)電子，當(dāng)5a遇到激發(fā)光照射時(shí)，發(fā)生PET效應(yīng)，使得BODIPY的熒光強(qiáng)度減弱，當(dāng)加入Ca2+后，Ca2+與探針5a絡(luò)合，阻斷PET，導(dǎo)致631 nm處探針熒光增至原來(lái)的43倍，體現(xiàn)了探針的高靈敏性，探針在溶液體系為V（MeOH）∶V（MOPS buffer）=1∶1中對(duì)Ca2+的檢測(cè)限為39 μmol∕L。另外，該探針對(duì)環(huán)境pH有較強(qiáng)的惰性，在pH為5.5～8.5之間檢測(cè)效果更佳，因此，該探針對(duì)于Ca2+檢測(cè)和生物成像的應(yīng)用有潛在價(jià)值。

圖6 Ca2+探針5aFig.6 Ca2+probe 5a

2.6 對(duì)Cu2+的檢測(cè)

銅是所有生物系統(tǒng)中不可缺少的微量元素，在鐵和鋅之后，排名第三。它廣泛分布在血液系統(tǒng)中，作為輔酶因子在許多細(xì)胞過(guò)程中扮演著關(guān)鍵的角色。但是，當(dāng)濃度超過(guò)細(xì)胞所需水平時(shí)，會(huì)導(dǎo)致銅中毒，引起老年癡呆、腎衰竭以及門(mén)克斯和威爾遜疾病等。隨著含銅物質(zhì)在工業(yè)和農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，環(huán)境中銅污染已經(jīng)越來(lái)越嚴(yán)重。2014年，ZHANG等［32］報(bào)道了一種“off-on”型Cu2+探針6a（圖7），此探針可在水介質(zhì)中對(duì)Cu2+進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)探針與銅離子1∶1鰲合，阻止分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移，使得探針熒光增強(qiáng)，在這一過(guò)程中，探針在494 nm處吸收峰消失，在499 nm處出現(xiàn)新吸收峰，與此同時(shí)，探針的513 nm處的熒光強(qiáng)度急劇增強(qiáng)。探針Cu2+的檢測(cè)限為2.5×10-8mol∕L，該探針對(duì)Cu2+檢測(cè)，顯示出靈敏度高、選擇性好、簡(jiǎn)單、快速、方便的特點(diǎn)，表明該探針可用于真實(shí)水樣中Cu2+的檢測(cè)。此外，探針6a可以在Hep G2細(xì)胞中對(duì)銅離子進(jìn)行檢測(cè)，表示該探針對(duì)Cu2+的檢測(cè)具有在生物系統(tǒng)中應(yīng)用的潛力。

2016年，YANG等［33］報(bào)道了一種可視化Cu2+探針7a（圖7）。在V（HEPES）∶V（MeCN）=1∶4，pH=7.2溶液中加入Cu2+后，探針與Cu2+是1∶1反應(yīng)，探針在480 nm處吸收峰紅移至570 nm，550 nm處熒光峰紅移至600 nm，其他常見(jiàn)金屬陽(yáng)離子對(duì)其沒(méi)有明顯干擾，熒光量子產(chǎn)率由0.012增至0.280，探針的檢測(cè)限達(dá)5 μmol∕L。該探針對(duì)Cu2+的檢測(cè)可以應(yīng)用于BHK細(xì)胞的熒光成像研究，說(shuō)明這對(duì)于環(huán)境和生理系統(tǒng)方面都有很好的應(yīng)用前景。

圖7 Cu2+探針6a和7aFig.7 Cu2+probe 6a and 7a

2.7 對(duì)Au3+的檢測(cè)

2016年，WANG等［34］報(bào)道了一種可用于裸視檢測(cè)Au3+的熒光探針8a（圖8），該探針的BODIPY的6位連接單希夫堿，希夫堿是強(qiáng)的受電子體，當(dāng)8a受到特定波長(zhǎng)的激發(fā)光照射時(shí)，探針發(fā)生分子內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移（intramolecular charge transfer，ICT），導(dǎo)致BODIPY的熒光淬滅，當(dāng)加入Au3+后，Au3+通過(guò)與希夫堿的氮原子發(fā)生絡(luò)合，促進(jìn)C==N雙鍵發(fā)生水解反應(yīng)生成含有醛基的BODIPY，從而導(dǎo)致BODIPY的熒光增強(qiáng)。在pH=7.0，V（0.1 M PBS）∶V（EtOH）=7∶3溶液中加入Au3+后，8a吸收峰由536 nm藍(lán)移至497 nm，溶液由紫紅色變?yōu)闇\黃色，此外，熒光量子產(chǎn)率由0.02升至0.72，增長(zhǎng)36倍。相比之前報(bào)道的探針，該探針對(duì)Au3+的檢測(cè)限可達(dá)60 nmol∕L，響應(yīng)時(shí)間更短（90 s），對(duì)其他陽(yáng)離子的抗干擾能力更強(qiáng)；活細(xì)胞成像時(shí)，表現(xiàn)出更低的細(xì)胞毒性，在較高環(huán)境溫度（25～70℃）中也可以保持自己的化學(xué)特性；此化學(xué)探針還是第一次成功的在斑馬魚(yú)上進(jìn)行Au3+熒光成像的應(yīng)用。

圖8 Au3+探針8aFig.8 Au3+probe 8a

2016年，WANG等［35］報(bào)道了一種反應(yīng)型Au3+熒光探針9a（圖9），該探針BODIPY的8位連接苯乙炔基苯胺，由于存在PET效應(yīng)，導(dǎo)致該探針的熒光發(fā)生淬滅，Au3+的加入，使其苯乙炔基苯胺發(fā)生環(huán)化反應(yīng)生成苯基吲哚，有效抑制了PET過(guò)程，使得9a的熒光得到增強(qiáng)，量子產(chǎn)率由0.007 8增至0.180 0。該探針對(duì)Au3+響應(yīng)時(shí)間小于60 min，并且可用于Au3+活細(xì)胞生物熒光成像。

圖9 Au3+探針9aFig.9 Au3+probe 9a

3 BODIPY類(lèi)熒光探針對(duì)陰離子的檢測(cè)

3.1 對(duì)CN-的檢測(cè)

氰化物是劇毒物。2016年，WU等［36］報(bào)道了一種親核加成反應(yīng)型CN-探針10a（圖10），經(jīng)過(guò)機(jī)制研究證明，CN-與BODIPY的一個(gè)吡咯環(huán)發(fā)生親和加成反應(yīng)，破壞分子的共軛體系導(dǎo)致其吸收光譜和熒光發(fā)射光譜發(fā)生變化明顯。在THF中，加入10倍當(dāng)量的CN-后，探針10a在650 nm處近紅外吸收消失，溶液顏色由深藍(lán)變成淺棕色，680 nm處熒光（λex=590 nm）被完全淬滅。該探針對(duì)CN-響應(yīng)迅速（常溫小于5 min）。

圖10 CN-探針10aFig.10 CN-probe 10a

2018年，本課題組設(shè)計(jì)合成了一種基于BODIPY檢測(cè)CN-的熒光探針11a（圖11），BODIPY的8位的醛基與半花菁發(fā)生縮合反應(yīng)得到探針11a，當(dāng)特定波長(zhǎng)的激發(fā)光照射時(shí)，由于存在ICT效應(yīng)，導(dǎo)致11a的熒光強(qiáng)度非常弱，當(dāng)探針11a與CN-發(fā)生親核加成反應(yīng)后，破壞了ICT效應(yīng)，導(dǎo)致探針?lè)肿拥臒晒庠鰪?qiáng)，量子產(chǎn)率由0.015增強(qiáng)至0.330。該探針可在水相中檢測(cè)CN-，最低檢測(cè)限可達(dá)59 nmol∕L，響應(yīng)時(shí)間非常快速（3 s），對(duì)CN-的選擇性好［37］。

圖11 CN-探針11aFig.11 CN-probe 11a

3.2 對(duì)F-的檢測(cè)

F-在環(huán)境與生物中至關(guān)重要。2015年，F(xiàn)U等［38］報(bào)道了一系列的F-探針，其中F-探針12a（圖12）對(duì)F-有很好的選擇性，在V（MeCN）∶V（H2O）=95∶5溶液中，加入50倍當(dāng)量F-后，F(xiàn)-與探針發(fā)生脫保護(hù)反應(yīng)，得到末端為炔基的化合物，使其吸收峰從670 nm藍(lán)移至490 nm，熒光發(fā)射峰從687 nm藍(lán)移至570 nm處，熒光增強(qiáng)至原來(lái)40倍，檢測(cè)限達(dá)92.7 nmol∕L；對(duì)于F-探針12b（圖12），探針熒光量子產(chǎn)率為0.44，檢測(cè)F-時(shí)，探針吸收峰從630 nm藍(lán)移至464 nm，熒光發(fā)射峰從624 nm藍(lán)移至542 nm，熒光強(qiáng)度增至原來(lái)的7倍，檢測(cè)限達(dá)22.9 nmol∕L，在365 nm紫外燈下溶液熒光顏色由紅色變成黃色，響應(yīng)時(shí)間小于20 min。

圖12 F-探針12a和12bFig.12 F-probe 12a and 12b

3.3 ClO-的檢測(cè)

2017年，LI等［39］報(bào)道了一種反應(yīng)型ClO-熒光探針13a（圖13），該探針BODIPY的6位連接2，4-二硝基苯肼，C==N 鍵的形成導(dǎo)致BODIPY熒光的淬滅，在pH=7.4，V（0.01 M PBS）∶V（DMF）=1∶1溶液中加入ClO-，使其發(fā)生親核加成反應(yīng)，促使C==N鍵水解得到6-醛基BODIPY，從而導(dǎo)致探針13a的吸收峰由543 nm藍(lán)移至505 nm，溶液顏色由粉色變?yōu)闇\棕色，因此對(duì)ClO-的定性檢測(cè)可直接通過(guò)肉眼觀察；在515 nm處出現(xiàn)熒光峰，熒光量子產(chǎn)率由0.059增至0.560。該探針對(duì)ClO-響應(yīng)迅速（響應(yīng)時(shí)間小于7 min），且其他陰離子無(wú)干擾，該探針可應(yīng)用于生活用水和活細(xì)胞（比如Hep G2細(xì)胞）中檢測(cè)ClO-。

圖13 ClO-探針13aFig.13 ClO-probe 13a

3.4 對(duì)HSO4-的檢測(cè)

2016年，WANG等［40］報(bào)道了一種“off-on”型HSO4-探針14a（圖14），該探針BODIPY的6位連接希夫堿，在特定激發(fā)光的照射下，14a由于存在ICT效應(yīng)，導(dǎo)致熒光強(qiáng)度非常弱，在V（THF）∶V（H2O）=8∶1溶液中，加入HSO4-后，HSO4-由于在水中可電離出氫離子，酸性條件下促進(jìn)C==N鍵發(fā)生水解反應(yīng)，生成6-醛基BODIPY，從而導(dǎo)致探針?lè)肿?4a的吸收峰從523 nm藍(lán)移至497 nm，其A497nm∕A526nm的比值增長(zhǎng)150倍，溶液顏色由粉色變?yōu)辄S色，并且探針從533 nm處幾乎沒(méi)有熒光增強(qiáng)至原來(lái)114倍，探針檢測(cè)HSO4-是探針與其1∶1進(jìn)行的反應(yīng)，對(duì)HSO4-的檢測(cè)可以達(dá)到6.45×10-8mol∕L。此外，細(xì)胞成像實(shí)驗(yàn)表明，探針可以應(yīng)用在Hela細(xì)胞中，對(duì)HSO4-進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

圖14 HSO4-探針14aFig.14 HSO4-probe 14a

4 BODIPY類(lèi)熒光探針對(duì)小分子的檢測(cè)

BODIPY探針可以用于檢測(cè)小分子，比如NO、H2O2、硫醇等。以硫醇為例，其分子量低，苯硫酚（PhSH）和脂肪族硫醇在化學(xué)化工和生物系統(tǒng)中的地位很重要。對(duì)人而言，細(xì)胞內(nèi)硫醇濃度的改變會(huì)引起各種疾病，如肝損傷、阿爾茲海默癥、心血管疾病等。另一方面，苯硫酚在有機(jī)合成中發(fā)揮重要作用，廣泛應(yīng)用于制備化學(xué)品、藥品、工業(yè)產(chǎn)品等。然而，苯硫酚及其衍生物有劇毒，長(zhǎng)期接觸苯硫酚可能?chē)?yán)重?fù)p害中樞神經(jīng)等，也可導(dǎo)致呼吸增加、肌肉無(wú)力、后肢癱瘓、昏迷、甚至死亡。因此，有選擇性地將有毒的苯硫酚從生物學(xué)上重要的脂肪族硫醇中區(qū)分出來(lái)，在生物科學(xué)領(lǐng)域有相當(dāng)大的意義。

2017年，LIU等［41］報(bào)道了一種反應(yīng)型苯硫酚熒光探針15a（圖15），該探針為單氯代BODIPY，在BODIPY的3位引入甲酰胺，控制15a的反應(yīng)活性，使其5位的氯可選擇性地與苯硫酚發(fā)取代反應(yīng)，在pH=7.4，V（乙腈）∶V（HEPES buffer）=1∶3溶液中檢測(cè)PhSH時(shí)，518 nm吸收峰紅移至558 nm，可通過(guò)肉眼觀察到溶液由橙色變?yōu)榉凵瑹晒獍l(fā)射峰從540 nm紅移至581 nm，其F581nm∕F540nm的比值從0.21增至135.18，增長(zhǎng)650倍，檢測(cè)限達(dá)36.9 nmol∕L，在365 nm紫外燈下溶液顏色由綠色變?yōu)辄S色熒光。探針對(duì)PhSH的響應(yīng)迅速，可以實(shí)現(xiàn)在水溶液中對(duì)PhSH的檢測(cè)，該探針還可應(yīng)用于細(xì)胞熒光成像。

圖15 PhSH探針15aFig.15 PhSH probe 15a

5 BODIPY類(lèi)熒光探針在生物檢測(cè)方面的應(yīng)用

近年來(lái)，熒光標(biāo)記多肽被廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)的檢測(cè)。2017年，RAMON等［42］報(bào)道了一種標(biāo)記細(xì)胞凋亡小體中的磷脂酰絲氨酸（phosphatidylserine，PS）的熒光Trp-BODIPY環(huán)狀肽16a（圖16），16a與PS具有很強(qiáng)的親和力，當(dāng)它與PS絡(luò)合后，熒光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。不同于膜聯(lián)蛋白，Trp-BODIPY環(huán)肽可在不依賴(lài)Ca2+時(shí)對(duì)PS有很強(qiáng)的親和力，其可適用于很多生理?xiàng)l件下的標(biāo)記試驗(yàn)。在體外磷脂單分子層試驗(yàn)中，16a可跟蹤顯示脂質(zhì)-水分成分的變化。流式細(xì)胞實(shí)驗(yàn)通過(guò)16a從BL2人體淋巴瘤細(xì)胞中確認(rèn)對(duì)凋亡小體的標(biāo)記，這對(duì)在多種生物環(huán)境下去監(jiān)測(cè)、描述亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)新機(jī)會(huì)。

圖16 Trp-BODIPY環(huán)狀肽16aFig.16 Trp-BODIPY cyclic peptide 16a

2017年，LI等［43］報(bào)道了一類(lèi)基于BODIPY-三苯胺型檢測(cè)牛血清白蛋白（BSA）的新型探針17a～17c（圖17），它們的光學(xué)物理性質(zhì)見(jiàn)表1。探針17a～17c可以在水含量達(dá)到80%的溶液中檢測(cè)BSA，檢測(cè)BSA是熒光增敏現(xiàn)象，17c對(duì)BSA良好的檢測(cè)是由于強(qiáng)烈的共價(jià)鍵分子之間的相互作用，其中17a已經(jīng)成功應(yīng)用于SK-BR-3細(xì)胞成像。

圖17 BSA探針17a～17cFig.17 BSA probe 17a-17c

2018年，GONG等［44］報(bào)道了GSH（谷胱甘肽）比率型熒光探針18a（圖18），GSH是生命系統(tǒng)中重要成分，主要起抗氧化、抗衰老作用。GSH異常下降，會(huì)引起小孩智力遲鈍、肝損傷、阿爾茲海默癥、癌癥、糖尿病、心血管疾病等。因此，發(fā)展新的檢測(cè)GSH的方法對(duì)評(píng)估和診斷疾病很重要。探針18a對(duì)GSH的檢測(cè)是對(duì)氯的兩步親核取代反應(yīng)。第一階段，在GSH在0～1倍當(dāng)量時(shí)，溶液體系為DMSO∕H2O（PBS buffer，V∕V=1∶9，pH=7.4）進(jìn)行的，誘導(dǎo)熒光顏色由綠色（λem=530 nm）變?yōu)辄S色（λem=562 nm）（I562nm∕I530nm，單取代），加入過(guò)量GSH引起第二階段熒光顏色變化，從黃色（λem=562 nm）變?yōu)榧t色（λem=597 nm）（I597nm∕I562nm，雙取代），探針GSH的反應(yīng)靈敏，也成功的應(yīng)用于指導(dǎo)GSH的細(xì)胞成像，對(duì)細(xì)胞內(nèi)不同濃度的谷胱甘肽有很好的響應(yīng)。

表1 探針17a～17c的光學(xué)物理性質(zhì)Tab.1 Photophysical properties of probe 17a-17c

圖18 GSH探針18aFig.18 GSH probe 18a

6 結(jié)論與展望

綜上所述，BODIPY作為一類(lèi)新型的熒光染料，有著優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì)，并且易于官能化衍生出具有不同功能的熒光探針，可以特異性識(shí)別各類(lèi)陰陽(yáng)離子，小分子以及蛋白質(zhì)等，很大程度上滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。隨著研究的深入，BODIPY類(lèi)染料顯示出良好的前景，但是依舊存在一些問(wèn)題需要進(jìn)一步對(duì)BODIPY進(jìn)行改進(jìn)。一方面是在已報(bào)道的BODIPY探針中很少有近紅外熒光發(fā)射波長(zhǎng)的探針，而且部分探針的選擇性和靈敏度有待提高。比率型熒光探針由于可以消除環(huán)境、儀器和操作誤差使其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于熒光淬滅或增強(qiáng)型熒光探針，但是在已報(bào)道的熒光探針中，比率型探針相對(duì)較少。另一方面，在生物應(yīng)用中，BODIPY的生物相容性也是一個(gè)待解決的問(wèn)題。因此，發(fā)展基于BODIPY的比率型近紅外熒光探針和生物環(huán)境相容性好的熒光探針是今后的研究熱點(diǎn)。