荧光染料及其生物医学应用

**章 绪论 001
**节　荧光和磷光的发展概述 002
第二节　荧光和磷光产生的机理 004
一、非辐射跃迁 005
二、辐射跃迁 007
三、常见的描述荧光性质的物理量 008
四、影响荧光和磷光的主要因素 008
参考文献 010

第二章 荧光染料概述 011
**节　常见的荧光染料 012
一、香豆素类衍生物 012
二、荧光素类衍生物 014
三、罗丹明类衍生物 014
四、二酰亚胺类衍生物 016
五、花菁类染料 016
六、卟啉类染料 017
七、氟硼类染料 017
第二节　近红外荧光染料分子设计规则 018
一、D-π-A母核的必要性 019
二、D-π-A结构中的HOMO-LUMO能级差的调控 023
三、D-π-A骨架的刚性化 025
四、D-π-A结构的空间保护 025
第三节　荧光染料技术展望 027
参考文献 028

第三章 细胞器染色荧光染料 033
**节　概述 035
第二节　细胞膜染色荧光染料 036
一、细胞膜的生物医学功能 036
二、细胞膜染色荧光染料及其应用 037
第三节　线粒体染色荧光染料 039
一、线粒体的生物医学功能 039
二、线粒体染色荧光染料及其应用 040
第四节　溶酶体染色荧光染料 043
一、溶酶体的生物医学功能 044
二、溶酶体染色荧光染料及其应用 044
第五节　高尔基体染色荧光染料 047
一、高尔基体的生物医学功能 048
二、高尔基体染色荧光染料及其应用 048
第六节　内质网染色荧光染料 051
一、内质网的生物医学功能 052
二、内质网染色荧光染料及其应用 052
第七节　细胞核染色荧光染料 056
一、细胞核的生物医学功能 056
二、细胞核染色荧光染料及其应用 057
参考文献 058

第四章 细胞环境敏感荧光染料 063
**节　极性敏感荧光染料 064
一、基于萘酰亚胺基团的极性敏感荧光染料 064
二、基于香豆素基团的极性敏感荧光染料 065
三、基于尼罗红类的极性敏感荧光染料 067
四、基于萘类的极性敏感荧光染料 068
第二节　温度敏感荧光染料 069
一、基于有机小分子的温度敏感荧光染料 069
二、基于聚合物大分子的温度敏感荧光染料 071
三、基于纳米材料的温度敏感荧光染料 072
第三节　黏度敏感荧光染料 074
一、基于BODIPY的黏度敏感荧光染料 075
二、基于DCVJ的黏度敏感荧光染料 077
三、基于花菁类的黏度敏感荧光染料 078
第四节　pH敏感荧光染料 080
一、基于氨基可逆质子化的pH敏感荧光染料 080
二、基于N-杂环质子化的pH敏感荧光染料 082
三、基于酚类的pH敏感荧光染料 083
四、基于罗丹明开环的pH敏感荧光染料 084
第五节　环境敏感荧光染料在生物医学应用中的展望 087
参考文献 087

第五章 细胞内离子成像用荧光识别染料 093
**节　碱金属离子及碱土金属离子荧光识别染料 094
一、钙离子荧光识别染料 094
二、镁离子荧光识别染料 095
三、钠离子荧光识别染料 098
四、钾离子荧光识别染料 100
第二节　生物体内主要过渡金属离子荧光识别染料 101
一、锌离子荧光识别染料 102
二、铁离子及亚铁离子荧光识别染料 104
三、铜离子荧光识别染料 106
第三节　阴离子荧光识别染料 108
一、卤素离子荧光识别染料 109
二、（焦）磷酸根离子荧光识别染料 111
第四节　有害重金属离子荧光识别染料 113
一、汞离子荧光识别染料 113
二、镉离子荧光识别染料 115
三、铅离子荧光识别染料 115
四、钯离子荧光识别染料 116
参考文献 118

第六章 生物活性小分子荧光识别染料 125
**节　活性氧物种荧光识别染料 126
一、单线态氧荧光识别染料 127
二、过氧化氢荧光识别染料 129
三、超氧阴离子荧光识别染料 132
四、羟基自由基荧光识别染料 134
五、次氯酸荧光识别染料 137
六、过氧亚硝酸盐荧光识别染料 139
第二节　生物硫醇类化合物荧光识别染料 140
一、半胱氨酸和高半胱氨酸荧光识别染料 141
二、谷胱甘肽荧光识别染料 146
第三节　生物气体荧光识别染料 151
一、一氧化氮荧光识别染料 152
二、硫化氢荧光识别染料 157
三、一氧化碳荧光识别染料 162
参考文献 164

第七章 生物酶荧光识别染料 173
**节　概述 174
第二节　氧化还原酶荧光识别染料 175
一、环氧化酶荧光识别染料 175
二、酪氨酸酶荧光识别染料 179
三、硝基还原酶荧光识别染料 183
四、单胺氧化酶荧光识别染料 187
五、过氧化物酶荧光识别染料 192
第三节　转移酶荧光识别染料 195
一、谷氨酰转移酶荧光识别染料 195
二、硫酸基转移酶荧光识别染料 198
三、甲基转移酶荧光识别染料 199
第四节　水解酶荧光识别染料 202
一、蛋白水解酶荧光识别染料 202
二、羧酸酯水解酶荧光识别染料 207
三、磷酸酯酶荧光识别染料 209
四、糖苷水解酶荧光识别染料 211
参考文献 213

第八章 核酸荧光识别染料 219
**节　核酸的基本特征 220
第二节　染色基本原理及类别 220
一、静电作用 221
二、沟槽结合模式作用 221
三、嵌入式作用 222
第三节　DNA荧光染料 222
一、碱性DNA染料 222
二、阳离子型染料 223
三、其他类型染料 229
第四节　RNA荧光染料 230
第五节　G四联体荧光染料 233
一、DNA G四联体荧光染料 233
二、RNA G四联体荧光染料 240
第六节　基于核酸染色的多功能荧光探针 242
一、细胞核超分辨探针 242
二、细胞核微环境探针 247
参考文献 249

第九章 蛋白的荧光识别和标记技术 253
**节　蛋白特异性标记技术概述 254
第二节　小分子配体标记 255
一、标记细胞骨架的荧光探针 255
二、磺酰脲类标记钾离子ATP通道蛋白探针 257
第三节　多肽标签标记 258
一、双砷染料-四半胱氨酸多肽设计以及类似工作 259
二、随机筛选特异性结合染料的多肽标签 262
第四节　自修饰酶标签标记 263
一、SNAP Tag 263
二、Halo Tag 267
第五节　核酸适配体标记 269
第六节　总结与展望 270
参考文献 271

第十章 热激活延迟荧光染料 273
**节　热激活延迟荧光染料的结构与光谱性质 274
一、热激活延迟荧光的概念及发光过程机理 274
二、延迟荧光染料的基本物理参数 276
三、延迟荧光染料分子结构和设计原则 278
第二节　生物荧光成像用热激活延迟荧光染料 284
一、可直接应用于生物体系的荧光素类TADF分子 286
二、不能直接应用于生物体系的TADF分子 288
三、可直接应用于生物体系的其他类TADF分子 291
第三节　诊疗一体化用热激活延迟荧光染料 293
第四节　热激活延迟荧光染料生物医学应用的展望 295
参考文献 296

第十一章 超分辨成像荧光染料 301
**节　概述 302
第二节　超分辨成像技术 303
第三节　超分辨成像荧光染料 304
一、STED超分辨成像荧光染料 306
二、SMLM超分辨成像荧光染料 313
第四节　总结和展望 321
参考文献 322

第十二章 荧光分子前药 325
**节　概述 326
第二节　还原性硫醇激活前药体系 327
第三节　过氧化氢激活前药体系 330
第四节　酶激活前药体系 332
第五节　酸性pH激活前药体系 335
第六节　光激活前药体系 337
参考文献 339

第十三章 光触发治疗用光敏染料 343
**节　概述 344
第二节　光动力治疗用光敏染料 344
一、Ⅱ型机理光敏剂 346
二、Ⅰ型机理光敏剂 365
三、临床光敏药物 369
第三节　光热治疗用光敏染料 371
一、卟啉类 372
二、七甲川菁类 375
三、酞菁类 378
四、吡咯并吡咯二酮类 380
五、克酮酸类 382
六、BODIPY类 385
参考文献 387

索引 395