基于主客体作用的荧光传感器的原理与应用新进1

基于主客体作用的荧光传感器的原理与应用新进展（渤海大学化学化工与食品安全学院物理化学李元丽2011060015）1.引言荧光传感器由于其灵敏度高、使用方便在各领域中的应用都非常的广泛，荧光传感器通常由三部分组成[1]，即:①外来物种的接受体部分,这部分的功能主要是特异性捕获待检测的物种;②发光体部分,用以发出信号指示外来物种已被捕获;③连接体部分,用以连接接受体和发光体两个部分。荧光传感器以荧光为手段,运用受体和外来物种之间的特异结。实现对待检测物种的定性定量,荧光传感器主要应用于分子灯塔技术,可以识别一些生物大分子[2](如核酸碱基对);分子印迹技术,识别一些生物小分子[3](如糖类、氨基酸);药物分析检测(如哌嗪类药物)上的应用[4]。下图是基于主客体作用的荧光传感器的示意图。接受体连接体发光体基于主客体作用的设计、制备各种荧光传感器并研究其应用是化学传感器研究的一个重要方面[1-5]。这类荧光传感器的特点是由具有空腔结构的主体单元作为外来物种的接受体,主体分子和客体分子通过特异性相互作用可以形成主客体配合物,从而表现出对客体分子的高度识别能力。待检测物种(客体)与主体的作用该变了主体分子所连接发光体的微环境,引起其发光行为变化。显然,通过检测发光体发光特性的变化就可以实现对客体分子的选择性识别和测定。本文着重介绍几种基于主客体作用的荧光传感器的原理与应用新进展.并对荧光传感器的发展趋势进行了展望。2.几种新型荧光化学传感器原理及应用2.1膜传感器膜传感器是根据待测组分的不同,选择特定的荧光活性敏感分子通过共价键结合、物理吸附、包埋等方法固定在膜材料(有机高聚物膜和无机材料膜)上所形成的传感器。敏感层分子通常根据荧光传感机理（光诱导电子转移、电子能量转移以及螯合荧光增强等）设计合成。在传感器敏感层的设计中利用光诱导电子转移（PET）机理比较常见。主要用于生物检测，可以检测生物体内氨基酸或脱氧胆酸、乌索脱氧胆酸[6-7]等。2.2生物传感器生物传感器以酶、抗原或抗体微生物等作为分子识别元件，具有优良的选择性和灵敏性。它由生物敏感元件（生物荧光活性分子）和转换器（荧光信号转换成数字信号器件）组成。目前在荧光化学传感器中，修饰的生物敏感层主要涉及酶和抗原（或者抗体）。酶是一类具有催化活性的蛋白质分子，作为生物催化剂具有高选择性和高催化效率，因此荧光化学传感器常常采用酶作为敏感层分子来检测生物分子，其中主要是利用酶的氧化还原特性来设计生物荧光化学传感器。目前主要利用与辅酶I的反应来测定一些生物分子[8]。辅酶I有氧化型和还原型两种形态，通过特定的酶催化反应产生荧光信号来检测分子。生物中抗原与抗体具有一一对应的高选择性，而且本身也具有一定的荧光性质，抗原-抗体结合前后会引起荧光强度或偏振强度的变化。2.3光纤化学传感器光纤化学传感器又称“光极”，是“光学”和“电极”混合形成的概念[9]，使用中与电极相似但机理完全不同。光纤化学传感器利用传感器的敏感层与待测物的相互作用，通过光导纤维传递光吸收、反射、发光等信息而得到被分析物的性质。荧光光纤传感器以光导纤维传输荧光信号，由于光纤具有抗电磁干扰特性，信息传输损耗低、容量大，探头制作简单、易于微型化，可实时在线等特点，广泛应用在PH值检测、气体侧量、金属离子测定、医药测定等领域。2.4其他类型的传感器近年来又发展起来一种检测溶液中某些特定阴离子的传感器。它们的敏感分子设计是基于氢键或者静电作用力原理，分子本身含有诸如硫脲、氨基硫脲、酰胺等特殊基团。Fang[10]等根据电子诱导荧光，从胆酸合成的系列阴离子型传感器如下图所示。3.展望荧光传感器以其灵敏度高、使用方便、对客体的高度选择性识别等特点越来越受到人们的关注。但是荧光化学传感器材料制备存在成本比较高、产率低、重现性不好等问题还不具备实用性。基于主客体作用的荧光传感器的研究意义不仅在于实现对目标分子或离子的检测识别，而且有助于了解分子内电子转移、能量转移机制，探索在分子水平上设计、加工分子器件、分子机器的途径，逐步解决光能储存、光机械能转化的重大科学问题。参考文献[1]BissellR.A.,etal.Signalingwith‘fluor-spacer-receptor’systems:approachestosensingandswitchingdevicesviasuperamolecularp-Hotophymics,Chem.Rev.,1992;21:187-195.[2]Ku.inH.,etal.Frank-Kamenetskii,HybrizationofDNAandPNAmolec-uLarbeaconstosingle-strandedanddouble-strandedDNAtargets.J.Am.Chem.Soc.,2002;124:1097-113.[3]ArimoriS.,etal.Amolecularfluorescenceintramolecularenergytr-Ansfersacccharidesensor.Org.Lett.,2002;4:4249-4251.[4]JeongK.S.,etal.Convergentfunctionalgroups.10.MolecularRecog-nitionofneutralsubstrates.J.Am.Chem.Soc.,1991;113:201-209.[5]GawleyR.E.etal.,Anthracylmethylcrownethersasfluorescencesen-sorsofsaxitoxin.TetrahedronLett.,1999;40:5461-5465.[6]RaduDR,LaiCY,WienchJW,etal.JAmChemSoc.,2005,126:1640.[7]TanabeT,ToumaK,HamasakiK,etal.AnalyticalChem,2001,73:1877.[8]王柯敏.光化学传感器理论与方法.长沙：湖南教育出版社，1995.242.[9]SeitzWR,AnalyticalChem,1984,56:16A.[10]FangL,ChanWH,AlbertWM,etal.EurJOrganicChem,2004,13:2888.