罗丹明染料作为荧光试剂的应用简介

罗丹明染料作为荧光试剂的应用简介邓武剑学号：20520061151908（厦门大学化学系分析化学厦门361005）摘要：介绍罗丹明染料的结构特征及性质；并综述近年来罗丹明染料在分析化学和生物技术中的应用进展，并对发展前景作了展望。关键词：罗丹明染料化学传感器荧光标记一、概述罗丹明类化合物是以氧杂蕙为母体的碱性咕吨染料，由于特殊的结构及相应的荧光特性，使罗丹明类荧光染料成为化学和生物分析领域中研究较为广泛的课题。与其它常用的荧光染料相比，罗丹明类荧光染料具有光稳定性好、对pH不敏感、较宽的波长范围和较高的荧光量子产率等优点，因此被广泛应用在医学、生物学、环境化学、等方面，是分析化学和生物技术领域中最常用的荧光染料[1]。随着应用范围越来越广泛，罗丹明类荧光染料的研究发展迅速且受到了更多的重视。近几年来科学家们又设计合成了一系列新型罗丹明类荧光染料，本文将介绍罗丹明染料在离子检测和生物传感方面的应用。并对今后的研究趋势作简单的评述。二、罗丹明染料的应用目前，对于特定目标离子的化学传感的需求日益扩大，特别是对一些有毒的重金属离子和具有重要生理作用的金属离子的监测，其现实意义更为重大。由于荧光传感器具有高的灵敏度，近年来研究工作较为广泛。据报道[2]，用于Cu2+和Hg2+的荧光传感已取得较大成功。2．1用于金属离子的传感罗丹明在金属离子的检测当中具有尤为突出的作用，金属离子的检测涉及到环境监测、质量控制和生理过程等多方面的工作。下面将分别介绍Hg2+、Pb2+、Fe3+、Cu2+的应用实例。(1)汞是环境中最为普遍的有毒金属之一，很容易透过生物膜，例如：皮肤、呼吸粘膜和肠胃粘膜。当人体吸入汞之后，会严重破坏中枢神经系统和内分泌系统。长期处于高浓度汞环境下，会导致脑、肾等器官的永久性退化；短期处于高浓度汞环境下，容易产生恶心、呕吐、痢疾等症状。考虑到汞的毒性，激发了人们探索高效的检测生物体中汞离子的分析方法。最近，韩国的InjaeShin课题组发现了用于水溶液中汞离子探针的基于罗丹明的荧光传感器[3]。化合物1（非荧光的）和汞离子进行不可逆的反应生成化合物2（发荧光的），此种化合物对汞离子响应快，具有高的选择性和灵敏度。并且还可以用于测定生物体中积累的汞含量。图一另外，厦门大学的郑洪老师等也对汞离子传感进行了相关研究[4]。利用汞离子对N和S原子的亲和性，和2作用发生开环反应。从而体现出颜色和荧光的双重变化，从而对汞的传感具有极高的选择性和灵敏度。作用机理如下：图二台湾国立大学的研究人员对基于罗丹明吸附在金纳米表面和Hg2+作用前后的荧光变化来实现离子传感[5]。图三最近，韩国的KimJongSeung课题组也对水溶液中汞离子的荧光传感作了研究[6]。基于汞和硫脲的脱硫反应，会产生显著的颜色和荧光变化。此罗丹明对汞离子具有高度的选择性，在水溶液中具有宽的pH适用范围（5-10）图四(2)Pb2+对健康影响巨大，因而是一种很重要的目标检测离子。JuyongKim课题组报道了一种新颖的基于罗丹明B的Pb2+荧光传感器[7]。其检测的信号转换源于可逆的螯合荧光增强（CHEF）作用，这种传感器在乙腈溶液中对于Pb2+具有很好的选择性。如果对传感器的配合位点进行修饰，可得到适于检测不同离子的传感器。传感机理如下：图五(3)虽然Fe3+在生物化学中扮演着重要的角色，但令人奇怪的是关于Fe3+的选择性荧光探针很少见诸报道，而且由于铁离子的顺磁性，它是一种很强的荧光猝灭剂，因此要合成和目标分析物作用后产生强烈荧光增强的传感器具有很大的难度。清华大学的相关课题组对此进行了研究，提出了一种铁离子的传感器[8]。利用铁离子的络合反应导致罗丹明开环，产生荧光。图六（4）铜是一种广泛使用的元素，并且是生物体系中的重要微量元素。对Cu2+的测定引起人们越来越多的关注。但由于Cu2+的水化作用，能用于中性水溶液中的传感器是很少见的。同样，清华大学的课题组利用罗丹明的开环反应，设计合成了对于Cu2+的化学传感器[9]。图七2．2用于生物标记(1)无机磷（Pi）是许多酶反应的产物，并参与细胞的多种生理进程。蛋白磷酸酶也广泛存在，它控制着许多蛋白质的磷酸化状态。因此Pi的检测对于理解有此种蛋白质参与的细胞过程极为重要。MartinR.Webb等人利用罗丹明标记的PBP（PhosphateBindingProtein）作为无机磷的生物传感器，传感器的荧光变化来源于用于标记的2个罗丹明之间的相互作用[10]。机理如下：(2)由于罗丹明染料易溶于水，并且在细胞中具有较大吸收和发射波长（约大于550nm）。对其进行改性后（具有蛋白质的吸附位点官能团），可实现对蛋白进行标记和细胞成像。KevinBurgess等人合成了具有四个羰基的化合物[11]，增加了水溶性，而且只对一个蛋白质进行耦合，而不会和2个蛋白质偶联，也不会对蛋白质的二级结构造成破坏。这样就很好的对蛋白质进行了标记识辨，可以实现细胞成像。图八三、结束语近年来，新近报道的基于罗丹明染料的离子传感器和用于生物标记的荧光试剂都是对利用了其良好的化学性质和光谱性质。随着合成技术的不断进步，研制高量子产率、结构高度刚化、高稳定性和超高灵敏度的复杂杂环罗丹明类荧光染料仍然是今后的重要研究方向，开发多发色团的罗丹明荧光染料。通过不同性质的官能团接入，从中发现规律性，根据这些规律设计合成并筛选出性能优秀的罗丹明衍生物是今后罗丹明研究的工作重点之一。参考文献（1）F,Y,Yan.;L,G,Chen.;E,H,Dan.Pro.Chem.2006,18.2/3.（2）Zhang,G.;Zhang,D.;Yin,S.;Yang,X.;Shuai,Z.;Zhu,D.Chem.Commun.2005,2161-2163.(3)S-K,Ko.;Y-K,Yang.;J-S,Tae.;Injae,Shin.J.Am.Chem.Soc.2006,128.14150-14155.(4)H,Zheng.;Z-H,Qian.;J-G,Xu.etal.Org.Lett.2006,8.859-861.（5）C-C,Huang.;H-Ts,Chang.Anal.Chem.2006,78,8332-8338.(6)J-S,Wu.;In-C,Hwang.;J-S,Kim.etal.Org.Lett.2007,9.907-910..(7)J-Young,Kwon.;W,Nam.;J,Yoon.etal.J.Am.Chem.Soc.2005,127,10107-10111.（8）Y,Xiang.;A-J,Tong.Org.Lett.2006,8,1549-1552.（9）Y,Xiang.;A-J,Tong.etal.Org.Lett.2006,8,2863-2866.（10）MichaelP.O.;MartinR.Webb.etal.Biochemistry.2006,45,14764-14771.（11）RakeshwarBandichhor.;KevinBurgess.etal.BioconjugateChem.2006,17,1219-1225.