荧光探针技术机理和应用

荧光探针Z常用于荧光免疫法中标记抗原或抗体，亦可用于微环境，如表面活性剂胶束、双分子膜、蛋白质活性位点等处微观特性的探测。通常要求荧光探针的摩尔吸光系数大，荧光量子产率高；荧光发射波长处于长波且有较大的斯托克斯位移；用于免疫分析时，与抗原或抗体的结合不应影响它们的活性。

也可用于标记待定的核苷酸片断，用与特异性地、定量地检测核酸的量。

荧光探针分类

荧光素类探针、荧光量子点、无机离子荧光探针、分子信标等是常用的荧光探针类型。荧光探针除应用于核酸和蛋白质的定量分析外，在核酸染色、DNA电泳、核酸分子杂交、定量PCR技术以及DNA测序上都有着广泛的应用。

目前，检测荧光探针的方法主要有单点测定和电荷耦合装置（CCD）荧光成像（包括用于微区分析的激光共聚焦荧光显微镜成像）。由于光电倍增管点扫描时间较长，激光照射强度高，很难抓住荧光早期变化。而CCD荧光成像的面阵大，成像视野广，成像时间可以调节，因而检测效果比较好。近年来荧光蛋白，荧光探针家族不断扩大，在深度成像，活体成像等方面发挥了越来越重要的作用。

荧光探针应用——检测二氧化硫

二氧化硫（SO2）是大气主要污染物之一，过量SO2的排放不仅会造成酸雨等严重的环境污染，还会威胁人体的健康，引起呼吸系统和神经系统等疾病。因此，探索快速GX检测SO2的荧光探针具有重要的研究价值和意义。

北京化工大学的曹达鹏教授团队在荧光Turn-On检测SO2方面取得了重要进展。他们通过对MOF-5材料进行氨基官能化得到MOF-5-NH2，制备出一种可以快速传感检测SO2及其衍生物的荧光探针，并将其组装成MOF荧光检测试纸，实现了SO2及其衍生物的实时响应和便携式检测。

SO2在溶液中一般以SO32-和HSO32-的形式存在。因此，他们使用MOFs材料检测溶液中的阴离子，如图1所示，MOF-5-NH2能够通过荧光Turn-On效应高选择性地检测出SO32-，而MOF-5则不能，说明氨基在MOFs材料荧光传感检测中发挥着重要的作用。此外，他们组装的荧光检测试纸可以实时检测SO2气体，SO2气体能使MOF-5-NH2荧光试纸发生Turn-On效应，而其他气体则不能。

荧光探针应用--分辨真假酒

德国和荷兰两国仪器研发了一种荧光探针，它能根据原产国（爱尔兰，美国或苏格兰）、品牌、调配方式（调和或单一麦芽）、酿造时间和味道区分出33种不同威士忌。这种化学舌头”是由聚对亚芳基亚乙烯（PAEs）以及绿色荧光蛋白（GFP）构成，它们对不同的检测物呈现出不同的荧光状态，Z终通过数据分析得出威士忌的所属类别。

利用PAE“化学舌头”可以轻松区分33种威士忌，同时在此次鉴定得到的数据基础上，两种新型威士忌被正确分类，识别为单一麦芽苏格兰威士忌，也就是说要想鉴定一个新样本，必须建立在已有的样本库之上。研究人员根据这一特点可以鉴定威士忌真假（图2C 红色球体）。毕竟高端威士忌，每瓶10,000~135,000欧不等，对于真假，买家购入前都会有疑虑。

这种方法可以简便地区分出不同威士忌，无需制备样本，只需要将待分析物加入到荧光染料的溶液中即可，随后根据发出的荧光进行数据分析。除了威士忌，这种方法同样适用于饮料，以及生物样本，因为它们都是一些复杂的混合物。

荧光探针应用之——超分辨成像

由于超分辨荧光成像的在生物学研究中的迅速发展，针对超分辨成像荧光探针的研究与开发也受到了广泛的关注。这里，主要介绍以下几类荧光探针在超分辨成像中的应用。

光激活探针是一类荧光染料从无荧光发射转换到荧光发射状态后，不能再回到初始状态的分子。

香港科技大学的唐本忠院士课题组报导了一种光激活的荧光探针，o-TPE-ON+，可针对细胞线粒体进行特异性成像。o-TPE-ON+本身由于分子量很强的ICT作用不发光，在光照下发生周环反应，转换成很亮的c-TPE-ON+。此探针实现了对活细胞线粒体的STORM成像，分辨率达到了纳米级别。

荧光超分辨成像技术为人类探索微观领域提供了有效地途径和方法。随着科技的发展，相信越来越多性能更优越的荧光材料会被开发出来，届时，微观领域的研究成果会更加炫目。