1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1.1甲醛

甲醛，化学式HCHO，式量30.03，又称蚁醛。无色气体，有特殊的刺激气味，对人眼、鼻等有刺激作用,气体相对密度1.067（空气=1），液体密度0.815g/cmsup3;（-20℃）。熔点-92℃，沸点-19.5℃。易溶于水和乙醇。水溶液的浓度最高可达55%，通常是40%，称做甲醛水，俗称福尔马林（formalin），是有刺激气味的无色液体。

有强还原作用，特别是在碱性溶液中。能燃烧，蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限7%-73%（体积）。着火温度约300℃。

1.1.1甲醛的益处

甲醛是一种高活性羰基类物质，公认作为组织固定剂和防腐剂。甲醛的内源性生产是一个正常生理过程的酶系统如氨基脲敏感型胺氧化酶（SSAO）产生的甲醛和反对分子介导机制除去它。¹在健康人的大脑，甲醛的浓度在0.2#8722;0.4毫米的范围内²，通过酶途径被内源产生和维持。在这水平上，甲醛可促进细胞增殖以及中介记忆的形成，已经提出了通过DNA脱甲基的长期记忆周期3扮演在存储、保存和检索的一个角色。

1.1.2甲醛的危害

甲醛通过吸入或摄入对人体健康构成重大威胁。过多的甲醛会损害中枢神经系统导致记忆和认知能力下降，^4,5引起急性中毒，表现为咽喉烧灼痛、呼吸困难、肺水肿、过敏性紫癜、过敏性皮炎、肝转氨酶升高、黄疸等。长期接触甲醛可引发呼吸功能障碍和肝中毒性病变，表现为肝细胞损伤、肝辐射能异常等。

1.1.3甲醛的检测方法

各种各样的方法包括比色检测的分类⁶，高效液相色谱^7,8，和气相色谱⁹分析化学衍生，辐射检测¹⁰，质谱¹¹分析已发展到测量水平的内源性甲醛。然而，这些技术不仅缺乏敏感性而且需要生物组织的侵入性破坏，对设备要求高，操作繁琐，不适合于一般实验室和家庭的现场快速检测，难以满足市场需求。而以荧光探针检测甲醛可以解决这些问题。

1.2荧光探针

荧光探针是一类能够对特定的物质，如氨基酸﹑有毒气体﹑各种金属离子等；或所处环境的某一变化，如极性﹑黏度﹑pH 等做出荧光响应的化学物质。其特征荧光可以处在整个紫外-可见-红外区。如图1-1 所示，一般荧光探针由三个部分组成:外来物种的识别和接收部分（接收器），信号响应及输出信号部分（荧光团），上述两部分之间的连接部分（传递部分）。

图1-1 荧光探针组成及其检测机理示意图

1.2.1荧光探针的原理

分子产生荧光的原理是当紫外或可见光照射到某些物质上时，这些物质就发射出波长和强度各不相同的光，停止光照射时，光线马上或逐渐消失，这就是荧光。对荧光的产生原理和条件直到19世纪中期才弄清楚。Gorge G Stokes在1852年详细考察了奎宁和叶绿素的荧光后，首先确定和报告了它们的荧光波长总比激发光波长要长。他还研究了荧光强度和荧光物质浓度的关系，发现在高浓度时荧光会被淬灭，他也发现荧光可以被外部物质淬灭，从而建议利用荧光达到检测的目的。

1.2.2 荧光探针的识别原理

1.2.2.1光诱导电子转移

在诸多荧光的检测机理中，光诱导电子转移机理是最常用的检测机理之一。”光诱导电子转移”的热力学基础，由Weller 等在20 世纪60 年代奠定。根据Weller 公式：ΔG = Eox #8211; Ered #8211; ΔE0,0 #8211; C(其中Eox 是电子给体的氧化电位，Ered 是电子受体的还原电位，ΔE0,0 是激发所提供的能量，C 是常数)，电子转移能否发生于电子给体的氧化电位和电子受体的还原电位有关，ΔG lt; 0 时，电子转移过程能够发生。

1.2.2.2分子内电荷转移

典型的”分子内电荷转移”分子荧光探针是一个推-拉电子系统，由”推电子基”和”拉电子基”分别与荧光团连接而成。电子给体与电子受体两部分之间通过共轭π键相连，激发态的情况下，会发生从电子给体到电子受体的电荷转移。一般来讲，荧光分子的受体部分可以单独作为电子给体或电子受体部分，也可以与电子给体或电子受体部分相连接，通过改变推-拉电子的能力改变荧光的响应，如下图化合物4、5 所示^12,13：

图2-1 化合物4、5 的化学结构式

化合物4 与质子结合后，降低了吡啶环上的氮原子的供电子能力，改变了”分子内电荷转移状态”使荧光增强；化合物5 本身具有很强的荧光，结合汞离子后，分子内的电荷转移受到抑制，荧光淬灭。

1.2.2.3 荧光共振能量转移

”荧光共振能量转移”过程是作为能量供体的荧光团和作为能量受体的荧光团通过合适的方式连接在一起。在激发态的条件下，供体发射光的能量发生非辐射能量转移，被受体接收，作为受体的激发波长，引发受体荧光团发光的一种机理。

1.2.2.4聚集诱导发光

传统意义上的荧光分子在聚集的状态下，会导致荧光的淬灭。然而具有聚集

诱导发光性质的荧光分子或其他荧光基团，在分散的状态下荧光会很弱而在聚集

态时会有很强的荧光发射。对于聚集诱导发光类荧光团来讲，如HPS，在溶液中，分子内的芳香环可以自由旋转，由于任何分子内的运动都需要能量，激发态时能量以非辐射的形式衰减；而在固态时，分子内的旋转受到限制，非辐射能量衰减方式受到阻遏，能量以辐射的方式表现出来¹⁴。

1.2.3荧光探针的优点

(1)成像灵敏度高，0.1mm #215;0.1mm #215; 0.1mm检测空间分辨率；(2)响应快，可在5min内快速扫描成像；(3)无组织伤害性；(4)实时在线原位跟踪、精确定位、连续观察、多次重复可在同一体内获得一定时间内的完整数据，减少个体差异，可在分子量级探明疾病产生机制及特征。能将细胞功能、信号传递、基因表达、酶信号传递等复杂的生命过程变成直观可视的图像，操作简化，结果直观可靠，并节省时间和消费。¹⁵

1.3探针设计思路

综上所述,设计合适的荧光探针来检测甲醛是有现实价值和意义的，也符合实际市场需求。因此，我们以荧光素为基础设计了荧光探针以求此探针对甲醛有专一的响应。探针主要包括三个部分，荧光团（图3-1，黑色部分）；识别基团（图3-1，红色部分）；淬光剂（图3-1，蓝色部分）。

图3-1 荧光探针结构式

参考文献

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[15]赵连城.分子荧光探针和光量子光纤器件研究[J].高层论坛.2011(02)

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1.本课题要研究解决的问题

设计一种对甲醛灵敏度高，有专一选择性的荧光探针，并成功合成所设计化合物然后考察其是否能达到设计的效果。

2.本课题拟采用的研究手段