文 献 综 述

一、引言

铜离子在生物系统中起着重要的作用，通过基因表达增强蛋白质的功能和结构。铜离子广泛分布于生物组织中，大部分以有机复合物存在，很多是金属蛋白，以酶的形式起着功能作用^[1]。每个含铜蛋白的酶都有它清楚的生理生化作用，生物系统中许多涉及氧的电子传递和氧化还原反应都是由含铜酶催化的，这些酶对生命过程都是至关重要的。铜是原氧化剂又是抗氧化剂。铜在机体内的生化功能主要是催化作用，许多含铜金属酶作为氧化酶，参与体内氧化还原过程，尤其是将氧分子还原为水，许多含铜金属酶已在人体中被证实，有着重要的生理功能^[2、3]。然而，在过载条件下，铜可以是有毒的并且可以引起氧化应激和与神经变性相关的疾病，包括Menkes和Wilson疾病，家族性肌萎缩侧索硬化，阿尔茨海默氏病和朊病毒疾病^[4-6]。 因此，寻求一种快速灵敏简便的铜离子检测方法在生物研究和医学诊断中具有重要的意义。荧光探针因其简单和高灵敏度的反应而广泛应用于检测过渡金属离子。尤其是铜离子因其重要的生理作用，用于检测的荧光探针已经受到了很大欢迎。

二、铜离子检测方法

目前常用的铜离子检测方法主要分为直接法和间接法两种。直接法是一种直接利用铜离子自身物理化学性质对其进行分析检测的方法，包括原子吸收光谱^[7]、离子色谱法、电感耦合等离子体-质谱法^[8]、电感耦合等离子体-原子发射光谱法^[9]和循环伏安法^[10]。 但这些检测方法需要昂贵复杂的检测设备， 且检测过程中较为繁琐，不适合大批量检测和实时检测。间接法是一类利用铜离子与指示剂（化学分子探针）之间的特异性化学反应或超分子作用产生的信号变化对铜离子进行分析检测的方法，包括传统的铜离子指示剂和近年来研究较热的铜离子荧光分子探针。荧光分子探针分析法因其所需仪器设备简单、分析迅速、产生的荧光信号用肉眼观测可非常方便实现半定量分析等特点，近年来越来越受到科学家们的广泛关注。

三、荧光分子探针分析法

当用紫外或可见光照射某些物质时，某些特殊物质吸收某种波长的光后会发射出波长和强度与之前各不相同的光，当停止照射后，这种光也随之消失，这种光即被称为荧光^[11]。用更精确的理论定义，荧光是指分子因吸收外来辐射的光子能量而被从基态激发至激发态，再由第一电子激发单重态所发射的辐射跃迁回到基态而伴随的发光现象。在荧光分析中，用于标记待测物分子的一些具有荧光性质的化合物又被人们称为荧光分子探针。严格的定义上，荧光分子探针指的是能和个别组织特异结合而又不干扰其他组织成分自身荧光的那些荧光化合物^[12]。

荧光分子探针一般由两部分组成：1）识别基团，能选择性地与被分析物结合(一般形成络合物的形式)，这使分子探针所处的化学环境发生改变；2）荧光基团，将识别基团与被分析物络合所引起的化学环境变化转变为容易观察到的输出信号(如荧光)。荧光分子探针大多是含有共扼双键体系的有机化合物，激发波长多处于近紫外区或可见光区^[13]，发射波长多处于可见光区^[9]。荧光分子探针的共轭结构越大使的探针越容易吸收激发光，其荧光强度也越强。所以通常使用的荧光基团为芳香族化合物：如稠环芳烃，以萘^[14]、蒽^[15]、芘^[16]为主要代表的稠环芳烃类都具有强而稳定的荧光。常见的荧光物质还有卟啉^[17]、荧光素^[18]、罗丹明^[19]、香豆素^[20]等。

作为荧光分子探针应该具有以下特点：1）探针的荧光必须与生物样品的背景荧光易于区别；2）探针必须不干扰研究的主体；3）探针主要用于生物活体或在天然生物条件下的体外样品的研究，所以荧光分子探针的毒性、使用的pH范围，生物相容性等方面都有严格的要求^[8]。荧光分子探针分析法通常具有如下特征：1)具有较大的有斯托克斯位移，即在荧光光谱中所观察到的荧光波长总是大于激发光的波长；2)荧光发射光谱的形状与激发波长无关；3）灵敏度高、选择性好；5)方法简捷，取样量少，仪器设备简单，且重现性好^[21]。正因为荧光分子探针分析法具有以上这些优点，近些年有越来越多的化学家开始从事荧光分子探针结构设计及改良的工作。

四、铜离子荧光探针的研究进展