荧光探针和分子传感器幻灯片.ppt
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1、荧光探针和分子传感器荧光探针和分子传感器200507051第1页,共65页,编辑于2022年,星期二郭祥群博士,博士生导师郭祥群博士,博士生导师u全国高校化学教育研究中心第四届学术委员会副主任,全国高校化学教育研究中心第四届学术委员会副主任,教育部高等学校本科教学工作水平评估专家,中国化学教育部高等学校本科教学工作水平评估专家,中国化学会理事会理事u 先后获得国家级奖先后获得国家级奖2项,省部级奖项,省部级奖4项,发表科研与教学研究论项,发表科研与教学研究论文文100100余篇。余篇。u研究兴趣:荧光光谱分析的原理与技术,在研项目涉及研究兴趣:荧光光谱分析的原理与技术,在研项目涉及生物活性自由
2、基的荧光表征,海洋污染生物监测技术研生物活性自由基的荧光表征,海洋污染生物监测技术研究,食品安全等。究,食品安全等。u联系方式联系方式: 0592-2181637(L),2187288(O),2182355(H)200507052第2页,共65页,编辑于2022年,星期二Fluorescent ProbesuIntroductionuFluorescent Sensor 荧光传感荧光传感 uFluorescent Tracer 荧光示踪荧光示踪 uFRET 共振能量转移荧光共振能量转移荧光 uApplication 1.Radical probes 2.Ion probes 3.NIRF Fl
3、uorescence image 4.DNA sequence5.Protein probes6.DNA probes7.Membrane probes8.pH probes200507053第3页,共65页,编辑于2022年,星期二ThankyouThank you 200507054第4页,共65页,编辑于2022年,星期二Fluorescence research uKey word:Fluorescen*uPeriod:Jan/2005-Jun/2005uData base:美国化学会美国化学会 (ACS)(ACS)数据库数据库 3566 3566 篇篇 WPSWPS电子期刊全文数据库
4、电子期刊全文数据库 206 206 篇篇SDOSSDOS全文数据库(上交全文数据库(上交 镜像)镜像)1890 1890 篇篇英国皇家化学会(英国皇家化学会(RSC)RSC)数据库数据库 120 120 篇篇研究与应用领域涉及:生命研究与应用领域涉及:生命 环境环境 材料材料 等等讲座要求了解:讲座要求了解:荧光荧光 探针探针 表征表征 应用应用 研究意义研究意义200507055第5页,共65页,编辑于2022年,星期二Molecular ProbeMolecular reporterMolecular reporterFrom J.FluorescenceFrom J.Fluorescen
5、ce200507056第6页,共65页,编辑于2022年,星期二Molecular probes Molecular probes 200507057第7页,共65页,编辑于2022年,星期二Jablonski diagramJablonski diagramT1h Ah AAbsorption10-15 sVibrationalVibrational relaxrelax,VR,10VR,10-12-12 1010-14-14 s sInternal conversion,IC,10-1110-13 sIntersystem crossing,ISC,10-210-6 sFluorescen
6、cePhosphorescence ICISCS0S1S23 2 1 010-8 s10-3 100 sh Fh PHOMOLUMO200507058第8页,共65页,编辑于2022年,星期二Characteristics of FluorophoreExcitation wavelength 激发波长激发波长 exEmission wavelength 发射波长发射波长 emExtinction(absorption)coefficient 吸光系数吸光系数 Stokes shift Fluorescence lifetime 荧光寿命光寿命 Fluorescence quantum yie
7、ld 荧光量子产率荧光量子产率 Fluorescence Anisotropy 各各项异性异性 r Fluorescence Polarization 荧光偏振光偏振 p200507059第9页,共65页,编辑于2022年,星期二Excitation and emission spectra 1Excitation spectrumEmission spectraF emF ex em ex2005070510第10页,共65页,编辑于2022年,星期二Fluorescence lifetime relaxation(10relaxation(10-12-12 s)s)S S0 0S S1 1
8、S S1 1hvhvA AhvhvF F k knrnrSimplified Jablonski diagram Simplified Jablonski diagram :Emission rate :Emission rate K Knrnr:nonradiative:nonradiative decay ratedecay ratelDefinitionAverage lifetimeAverage lifetime:the average the average time the molecule spends in time the molecule spends in the ex
9、cited state prior to return the excited state prior to return to the ground state.to the ground state.l lExpressionExpression2005070511第11页,共65页,编辑于2022年,星期二Fluorescence Quantum YieldlDefinition The fluorescence quantum yield is the ratio of the The fluorescence quantum yield is the ratio of the num
10、ber of photons emitted to the number number of photons emitted to the number absorbed absorbed lExpression 2005070512第12页,共65页,编辑于2022年,星期二Sensor (1)+S RTS S S S 信号单元,信号单元,信号单元,信号单元,R R R R 识别单元,识别单元,识别单元,识别单元,T T T T 靶分子靶分子靶分子靶分子hvhvhv自由基传感自由基传感Z.-Y.Bian,X.-Q.Guo*,Analytical Science,21 553-559,2005
11、2005070513第13页,共65页,编辑于2022年,星期二Sensor(2)DDhue-hvhvhvPET Photoinduced Electron TransferhvHg2+E.M.Nolan,et al.,J.Am.Chem.Soc.,2003,125:14270-14271 SRT2005070514第14页,共65页,编辑于2022年,星期二Sensor(3)RShvhv FRET F D,ex D,em A,ex A,em F D,ex D,em A,ex A,emT+hvhvFluorescence Resonance Energy Transfer 2005070515
12、第15页,共65页,编辑于2022年,星期二Probing DNAMolecular beacons Molecular beacons 分子信标分子信标分子信标分子信标 ADQFTarget DNAssDNA binding proteinDenaturing reagent QFFQ2005070516第16页,共65页,编辑于2022年,星期二Sensor(4)+S-RThvhvAl3+hv2005070517第17页,共65页,编辑于2022年,星期二Sensor(5)+S-RT+竞争型竞争型+S-RT催化剂中间体催化剂中间体+hvhv催化型催化型2005070518第18页,共65页
13、,编辑于2022年,星期二The Fusion of Integal Membrane Protein荧光素标记鼠蛋白质罗丹明标记人蛋白质鼠细胞人细胞37C15C融合融合异核体异核体From Instant notes,Biochemistry,E2TracerTracer膜膜内内蛋蛋白白侧侧向向运运动动2005070519第19页,共65页,编辑于2022年,星期二Cell tracerA 30 mthick section of a zebrafish embryo stained with CellTracker CM-DiI(C7000,C7001)prior to immunohis
14、tochemical analysis.A one-day-old zebrafish embryo was immobilized and impaled in the hindbrain with a microelectrode filled with 1 mg/mL CellTracker CM-DiI in 95%ethanol.One day later,the brain was fixed,embedded,frozen in liquid nitrogen and sectioned on a cryostat.After blocking with 0.1%Triton X
15、-100 in PBS containing 2%BSA and 2%normal goat serum,the 30 mthick section was incubated with primary anti-glial antibody in conjunction with fluorescein goat antimouse IgG antibody.This section was then viewed sequentially through optical filter sets appropriate for rhodamine and fluorescein,and th
16、e resulting images were superimposed.The image was contributed by William Trevarrow,Beckman Institute,California Institute of Technology.C7000C7000C C6868HH105105ClCl2 2NN3 3O O 荧光染色的斑马鱼胚胎荧光染色的斑马鱼胚胎2005070520第20页,共65页,编辑于2022年,星期二Tracer Tracer AgAgF-AgF-AgAb Ab 抗体抗体抗体抗体在在免免疫疫反反应应前前后后荧荧光光探探针针自自身身的的荧荧
17、光光量量子子产产率率不不发发生生变变化化的的情情况况测反应剩余的标记抗原,荧光正比抗原量测反应剩余的标记抗原,荧光正比抗原量测固相荧光,荧光反比抗原量测固相荧光,荧光反比抗原量测固相洗脱,荧光反比抗原量测固相洗脱,荧光反比抗原量F标记抗原标记抗原待测抗原待测抗原FF荧光分子荧光分子FFF2005070521第21页,共65页,编辑于2022年,星期二FRET Fluorescence Resonance Energy Transfer 2005070522第22页,共65页,编辑于2022年,星期二Principle of FRETRate of energy transfer D quant
18、um yield of D D lifetime of Dr r distance between A and Ddistance between A and Dn refrcative indexN Avogadros numberk k orientation factororientation factorJ J overlap integraloverlap integral F D,ex D,em A,ex A,em2005070523第23页,共65页,编辑于2022年,星期二Orientation factork=2/3randomize by rotational diffus
19、ion prior to energy transfer2005070524第24页,共65页,编辑于2022年,星期二FRET sensor design based on donor and FRET sensor design based on donor and acceptor distance changes acceptor distance changes K.Kikuchi,et al.,TrAC,2004,23(6),407-4132005070525第25页,共65页,编辑于2022年,星期二FRET probing cAMP K.Kikuchi,et al.,TrAC,
20、2004,23(6),407-413 K.Kikuchi,et al.,TrAC,2004,23(6),407-413cAMP cyclic adenosine monophosphate cAMP cyclic adenosine monophosphate 环腺苷酸环腺苷酸环腺苷酸环腺苷酸环腺苷酸依赖蛋白激环腺苷酸依赖蛋白激酶支架结构四聚体酶支架结构四聚体表征表征cAMP2005070526第26页,共65页,编辑于2022年,星期二FRET probing PDE 磷酸二酯酶磷酸二酯酶Before hydrolysisAfter hydrolysis K.Kikuchi,et al.,T
21、rAC,2004,23(6),407-413BeforeAfter 香豆素phosphodiesterasehvhvhv2005070527第27页,共65页,编辑于2022年,星期二Emission spectraPDE2005070528第28页,共65页,编辑于2022年,星期二FRET sensor design based on modulation of spectral overlap F D,ex D,em A,ex A,em F D,ex D,em A,ex A,em有利于能量转移有利于能量转移有利于能量转移有利于能量转移不利于能量转移不利于能量转移不利于能量转移不利于能量转
22、移2005070529第29页,共65页,编辑于2022年,星期二Probing phosphatase 磷酸酶磷酸酶LF absQF absDonor EmiLF(内酯)QF(醌型)K.Kikuchi,et al.,TrAC,2004,23(6),407-413PTP 蛋白质酪氨酸磷酸酶香豆素香豆素香豆素香豆素荧光素荧光素荧光素荧光素2005070530第30页,共65页,编辑于2022年,星期二生物活性自由基研究的重要性生物活性自由基研究的重要性OH OOH O2 2-RO ROO RO ROO NO NO 活性氧自由基活性氧自由基活性氧自由基活性氧自由基其他其他 R GS 为维持生命所必
23、须为维持生命所必须过量产生会导致生物大分子损伤过量产生会导致生物大分子损伤过量产生会导致生物大分子损伤过量产生会导致生物大分子损伤 生命过程中所产生的自由基,是行使生理功能及介导其生生命过程中所产生的自由基,是行使生理功能及介导其生生命过程中所产生的自由基,是行使生理功能及介导其生生命过程中所产生的自由基,是行使生理功能及介导其生化反应所必需的。如在线粒体呼吸链上电子传递过程中产化反应所必需的。如在线粒体呼吸链上电子传递过程中产化反应所必需的。如在线粒体呼吸链上电子传递过程中产化反应所必需的。如在线粒体呼吸链上电子传递过程中产生的自由基在线粒体能量代谢中起着重要的作用。生的自由基在线粒体能量代
24、谢中起着重要的作用。生的自由基在线粒体能量代谢中起着重要的作用。生的自由基在线粒体能量代谢中起着重要的作用。2005070531第31页,共65页,编辑于2022年,星期二OH抽氢导致抽氢导致DNA断裂断裂2005070532第32页,共65页,编辑于2022年,星期二硫中心自由基引起细胞损伤硫中心自由基引起细胞损伤 2005070533第33页,共65页,编辑于2022年,星期二顺磁标记荧光探针顺磁标记荧光探针-Probing free radical-Probing free radicalParamagnetic(Low fluorescence)Diamagnetic(High flu
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- 荧光 探针 分子 传感器 幻灯片
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