Page 57 - 《精细化工》2022年第9期

第 9 期 李 苗，等: 荧光传导机理构建 β-半乳糖苷酶探针的研究进展 ·1775·

羟基取代反应生成产物 CN，香豆素荧光通过 FRET β-Gal 催化罗丹明（能量受体）开环生成反应产物
效应进一步激活萘酰亚胺（能量受体）的黄色荧光。 Np-Rhod 后，萘环荧光通过 FRET 效应激活罗丹明，
探针 CG 是结合 ICT 和 FRET 机理构建的二维检测 释放强烈的受体荧光（λ em, 2 = 540 nm）。测试体系中
体系，其比例荧光强度能够灵敏响应 β-Gal 活性 β-Gal 活性从 0 增加到 25 U/L 时，探针 FTR-βGal
−2
（<20 s，DL=8.1×10 U/mL），通过计算 OVCAR-3 荧光强度比（I 540 /I 450 ）能灵敏响应 β-Gal 活性变化
卵巢癌细胞中探针比例荧光强度的大小，能够对细 （0.15~5.90，增强约 40 倍）。探针 FTR-βGal 的双
胞 β-Gal 的活性进行实时检测。 光子激发特性使其具有极强的组织穿透能力。研究
2020 年，WEI 等 [48] 设计了一例双光子 FRET 荧 人员通过监测探针分子能量给体（绿色通道）和能
光探针 FTR-βGal（图 10c）。β-Gal 催化反应前，探 量受体（红色通道）荧光强度比的大小，能够对深
针 FTR-βGal 发射萘环荧光（λ em, 1 =450 nm），同时萘 层组织（30~150 μm）中 lacZ 转染细胞 β-Gal 的表
环作为能量供体，赋予了探针双光子激活特性。当 达水平进行监控。

图 10 探针 CMF-βGal（a） [46] 、CG（b） [47] 和 FTR-βGal（c） [48] 分子结构及其响应 β-Gal 催化的传感机理
Fig. 10 Molecular structures and β-Gal sensing mechanisms of CMF-βGal (a) [46] , CG (b) [47] and FTR-βGal (c) [48]

FRET 荧光探针响应 β-Gal 催化前后，能量受体 CERÓN 等 [51] 设计了一例 AIE 荧光探针 TPE-Gal，
和供体荧光团之间能量传递产生“开-关”（或“关- 用于 β-Gal 的检测（图 11a）。β-Gal 催化探针 TPE-Gal
开”）切换，产生双荧光发射峰。FRET 探针荧光强 释放 β-D-半乳糖生成的化合物 1 能够产生自消除反
度比不受背景荧光和仪器参数等因素影响，能够对 应，其吡啶环上的氮原子去季铵盐化生成化合物 2。
β-Gal 活性进行准确检测。然而，比例荧光探针往往 与探针 TPE-Gal 相比，化合物 2 水溶性低促进了四苯
激发或荧光发射波长较短，难以对深层组织进行成 乙烯基团聚集发射荧光。TPE-Gal（DL=0.33 U/mL）
像检测，增加了探针设计和应用的局限性。 能够对内源性 β-Gal 活性进行实时监控，在卵巢癌
诊断及治疗效果评估方面具有很大的应用潜力。
3 基于 AIE 机理构建的 β-Gal 荧光探针
3.2 检测 β-Gal 喹啉-丙二腈 AIE 荧光探针
传统荧光团浓度过高时会发生聚集引起荧光的 不同于苯并吡喃腈具有 ACQ 特性，氮原子被烷
猝灭（ACQ）。与 ACQ 荧光团不同，AIE 分子聚集 基链取代的喹啉-丙二腈（QM）常被用作 AIE 探针
程度越大，荧光发射越强，在生命检测领域具有广 发色团。GU 等 [52] 报道了一例 AIE 荧光探针 QM-βGal，
阔的应用前景 [49-50] 。当 AIE 荧光团处于分散状态时， 实现了对 β-Gal 活性的灵敏检测（图 11b）。QM-βGal
分子通过非辐射跃迁途径（振动或旋转）猝灭分子 被 β-Gal 催化释放亲水 β-D-半乳糖基团，生成化合
激发态；而当 AIE 荧光团产生聚集时，分子振动或 物 QM-OH。与探针 QM-βGal 相比，QM-OH 的疏水
旋转受到分子间距缩短的限制，同时 AIE 分子结构 性有利于喹啉-丙二腈基团聚集，抑制氮原子上乙基
扭曲不产生充分的 π-π 堆积，激子从非辐射跃迁转 旋转（非辐射跃迁），促进喹啉-丙二腈发射荧光。
化为辐射跃迁，释放荧光。 探针荧光强度能灵敏地响应 β-Gal 活性变化（0~6 U），
3.1 检测 β-Gal 四苯乙烯 AIE 荧光探针 并在短时间内达到稳定。探针 QM-βGal 可被应用于
四苯乙烯是 AIE 荧光探针常用的发色团。 SKOV-3 等卵巢癌细胞内 β-Gal 活性的表征。