检测锌离子的荧光探针

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1、检测锌离子的荧光探针姓名：徐英学号：51007008专业：应用化学摘要：锌是人体必需的微量元素之一，是维持机体正常生长发育、新陈代谢的重要物质。锌的过量与不足都会导致人体代谢异常，产生疾病，因此，Zn2+含量的测定在临床、医药、食品、环境监测及科研中都有极其重要的意义。本文简要综述了测定细胞内游离锌离子荧光探针物质的化学规律、性质和优缺点。关键词：Zn2+、荧光探针、定量检测1、前言在自然界元素的丰度顺序中，锌排在第25位，在地壳中的平均含量波动于0.004-0.02%之间。锌是位于元素周期表第II副族的过渡金属元素，具有3d104s2的价电子结构，通常只失去s电子而

2、成+2氧化态。Zn2+的原子半径较小，且因其带两个正电荷，所以它对电子的亲和力很高，是一个强的质子受体[1]。1940年Eggleton首先提出人类需要锌[2]。Prasad和Sandstead等研究明确了锌是人类必需的微量元素[3]。Zn2+是人体内第二富集的过渡金属，广泛分布于人体内部。据研究表明，锌在许多生理、生化过程中发挥着极为重要的作用，例如:锌离子是组成三百多种生物酶活性催化中心的重要金属离子之一；它可作为金属蛋白酶的结构因子或转录因子；可以和许多调控酶相互作用，作为第二信使触发或阻断诸如细胞凋亡等重要生理过程；具有调控大量离子通道的能力，参与神经传导的过

3、程；同时，锌离子在中枢神经系统（CNS）中还扮演着非常重要的角色。新近研究还表明，锌离子的浓度大小与多种疾病的发生紧密相关[4]。缺锌对机体有重要影响:一是对生长发育和组织再生的影响；二是对性器官和性功能的影响；三是锌依赖酶(含锌酶)的活性降低；四是缺锌可使胰岛素降解加剧，引起血中胰岛素水平下降及对葡萄糖利用率减少，葡萄糖耐量下降；五是缺锌可引起血液内视黄醇结合蛋白的浓度降低，影响组织对维生素A的利用，使人的暗适应能力下降，还有对皮肤及味觉等的影响[5]。虽然缺锌给人体带来了极大的伤害，但是人体内锌含量的超标也会造成同样大的伤害，如：补锌过量会使人的免疫力下降；可诱发

4、人体的铜缺乏；过量补锌可降低机体内血液、肾和肝内的铁含量，出现小细胞低色素性贫血，红细胞生存期缩短，肝脏及心脏中超氧化物歧化酶等酶活性下降……[6]因此，若能实时跟踪、监测生物体中的锌离子，就有可能使人们在细胞层次或者组织层次上进行锌离子的生理、生化行为的研究。这对揭开生物体系中锌离子与生物体内许多重要生理、生化功能之间的关系之谜具有极其重要的科学价值。自1987年第一个锌离子荧光探针(TsQ)诞生以来，陆续研制开发了几种锌离子荧光探针，如Zinquin，Zinpyr-l，ACF-l，ACF-2，NewportGreen等。人类利用这种方便快捷的方式检测Zn2+，为研

5、究生物体内Zn2+的功能和性质以及它的结合方式，探索锌在生物体中的作用做出了卓越的贡献[7]。但在测定生物活体内的游离Zn2+的浓度方面仍存在一定的困难。2、荧光离子探针识别机理及影响因素在锌离子的荧光检测中，最关键的是荧光选择性配体的设计。目前报道的荧光选择性配体的基本结构可分为:荧光发色团—间质—识别基团三部分(如图1所示)[4]，其设计大多基于光致电荷迁移(PCT)和电子迁移(PET)两种荧光机理。也有将两种机理结合起来设计的荧光配体。但无论基于何种机理，荧光配体中的荧光发色团和识别基团的选择均极为重要。图1荧光选择性配体及其对离子识别的工作原理示意图荧光发色团

6、是构成荧光离子探针的最基本单元，其主要功能是实现识别信息到荧光信号的转换。一般说来，一切具有荧光信号的有机基团都可以作为离子探针的荧光发色团。常用的荧光发色团有以萘，蒽和芘等为主要代表的稠环芳烃类；丹酰基团；以荧光素和罗丹明为代表的呫吨类荧光基团；氟硼二吡咯类；香豆素；1，8-萘酰亚胺等荧光基团(如图2所示)[1]。图2常用的荧光发色团间质的作用是将荧光发色团和识别基团连接起来，使之成为一个完整的体系。它以多种形式存在，在很多类型的探针中，起到调节的作用。但是，我们应该知道并非所有的探针都具有间质，一些基于分子内电荷转移机理的探针就没有间质存在[8]。识别基团主要功能

7、在于识别和结合客体，识别基团是荧光离子探针设计中的重中之重，他选择决定了探针分子的选择性和效率。荧光离子探针的识别性能评价主要受选择性、灵敏性、水溶性、实时性和原位检测性能这五种因素的影响[1]。选择性主要是指探针分子和识别目标的作用区别于其它因素的情况；灵敏度主要是指探针分子对检测产物的最低检测程度，是灵敏性的表现形式；水溶性是探针分子应用价值的重要基础；实时性主要是指探针分子对检测物的响应速度。响应速度越快说明探针分子的实用性越高，越有利于在实际生活和生产之中应用；原位检测性能则取决于探针分子同被检测体系之间的相容性。相容性越好，则原位检测性能越