近红外探针的料.doc

近红外荧光－Near-Infrared Fluorescence 荧光技术由于灵敏度高，操作简便，信息量多，而被应用于许多领域。毫无疑问，选用合适的荧光探针对荧光技术的发展起着很重要的作用。近些年来，荧光技术被广泛应用于生命领域的研究，比如DNA测序，蛋白质分析，临床诊断，生物成像等。由于传统的荧光分子探针的发光大都集中在可见光的范围（400-750nm）,而许多生物体及其组织在紫外/可见光的激发下自身会发射荧光,因而严重干扰生物样品的荧光检测和成像。在这样的背景下，近红外荧光（NIR）材料的合成和应用就逐渐引起了研究者越来越多的重视。下面就我个人的掌握和理解，简单总结如下，就当抛砖引玉吧。（1）近红外荧光的特点近红外荧光材料的最大吸收波长和发射波长为650～1000 nm范围内。在NIR区，生物体及其组织的吸收和发射都非常弱，因而被称为“Biological Window”，该区域内的低背景荧光亦能增加荧光技术的灵敏度。由于生物体对近红外荧光的光散射也非常弱，还使得近红外光能在生物体内能穿透的更深，据文献报道可达2-5cm。这些特点也使得NIR荧光技术在生物成像领域的应用非常诱人。（2）近红外荧光材料 第一类是传统的有机NIR染料，包括常见的菁染料（如多次甲菁Cy3-7系列，方酸菁，克酮酸菁等），含四吡咯类的染料（如如卟啉、酞菁等），噻嗪/噁嗪类染料（如耐尔蓝、耐尔红、亚甲基蓝等）等。这类染料由于发展的较早，所以易获得，成本低，物理/化学性质研究的比较透彻，所以是目前这一领域应用的最为广泛的一类NIR荧光材料。但该类探针也存在许多明显的缺点，比如光稳定性很差，Stokes位移很小，水溶性不好等，这些都直接影响着它们在生物研究中的应用。因此，近些年来，有机化学家一直致力于合成出一些光化学/光物理性质更为优异的荧光探针，以克服这些缺点。（这类材料的应用前景较好，但发展主要得依赖于合成了，站内有不少搞有机合成的，可以考虑一下，呵呵）第二类是近些年来伴随着纳米科技发展而出现的NIR荧光的纳米材料，主要包括半导体量子点和单壁碳纳米管两类。已报道的具有NIR荧光性质的半导体量子点（QD）有CdTe,PbS，PbSe/Te, CdHgTe合金等，它们的主要特点是量子产率高，激发谱宽（可以实现多色激发），Stokes位移大。缺点也很明显，那就是重金属离子的潜在毒性，这一点也极大地限制了该类材料在生物体系的应用。而且，QD的荧光还存在“blinking”现象，即在光照时，会出现发光的闪烁，通俗地说，就是发光忽明忽暗，这显然对它们在成像领域的应用也是不利的。单壁碳纳米管（SWNT）是另一类新近发现的具有NIR荧光的纳米材料，伊利诺斯州大学的Strano M.S.小组在这方面做了不少工作。身为碳材料的SWNT的生物相容性相对较好，还具有较好的光稳定性，而且荧光寿命较短（小于2 ns,适合于成像应用）,但缺点是荧光量子产率低，且易聚集（聚集后荧光即被淬灭），SWNT的分散性也同样是一个问题。（虽然这类材料目前研究的较热，但个人不怎么看好，发发paper，做做其他材料的补充研究倒还是不错的，呵呵）第三类是稀土配合物类的NIR材料，主要是Eu3+和Tb3+的配合物荧光探针,其Stocks 位移大,且荧光寿命可达到毫秒级,因此可以应用于生物技术及时间分辨荧光检测技术上。最近较热的一个方向是up-conversion类的稀土发光材料。我对这类材料了解不多，欢迎大家补充。（3）近红外荧光的应用和发展前景目前NIR荧光材料的应用主要集中在生物检测和成像两方面。由于NIR荧光的特点，使得活体检测，现场实时监控都变得更容易，更灵敏。该领域的发展涉及到化学领域的至少三个子学科：有机化学（材料的合成，一切之本），生物化学（面向实际应用，机理/效用的考察），分析化学（沟通前述二者的桥梁，对材料本身/分析方法进行评估）。个人认为，该领域今后的发展有两个方向值得关注：（1）低毒性。随着人们对生命安全的注重，使用的荧光材料应保证本身对生物体的低毒性，这也意味着对目前有必要对已应用的NIR探针的细胞毒性的评估，这样才能“用的放心”。（2）高效率。具有靶向性的NIR荧光材料可以提高检测的选择性，减弱乃至避免可能引起的毒副作用，还能节约成本。 Selected References：1. Functional Near-Infrared Fluorescent Probes, Chem. Asian J. 2008, 3, 506–515.2. Near-Infrared Fluorescent Materials for Sensing of Biological Targets, Sensors 2008, 8, 3082-3105. （Re