荧光分子探针（Fluorescentprobe）是指利用荧光信号对被分析物进行识别，从而实现对被分析物定性或定量分析的一类分子。荧光分子探针通常包括三部分：荧光基团（Fluorophore）、连接基团（Spacer）、识别基团（Receptor）（图1）。其中，荧光基团是指探针识别基团与被分析物作用后将荧光信号输出的部分。通常好的荧光基团需具备以下几点：较高的荧光量子产率，较大的斯托克斯位移，发射光谱位于长波长区。连接基团是指荧光基团和识别基团之间起到连接作用的部分。值得注意的是，有的探针并没有明显的连接基团。而识别基团是指与被分析物作用的部分，通常会与被分析物结合或进行一定的化学作用，如氢键、配位键、化学反应、静电作用等，这些化学作用是引发荧光基团信号变化的开关。

荧光分子探针的响应机理在文献中主要包括以下五种，下面详细介绍了五种荧光分子探针的特性

一、光诱导电子转移机理（Photo-inducedelectrontransfer，PET）

二、分子内电荷转移机理（Intramolecularchargetransfer，ICT）

三、荧光共振能量转移机理（Fluorescenceresonanceenergytransfer，FRET）

四、激发态-基态缔合物/复合物机理（Excimer/Exciplex，Ex/Ex）

五、聚集诱导荧光机理（AggregationInducedEmission，AIE）

•光诱导电子转移机理（PET）

光诱导电子转移机理是设计荧光分子探针常用的响应机理，它可以分为a-PET型与d-PET型。其中，**的a-PET荧光分子探针是由给电子的受体（Receptor）通过连接基团与荧光团（Fluorophore）连接而成，由于识别基团的HOMO轨道能级位于荧光团HOMO与LUMO之间，当a-PET荧光分子探针的荧光团中较高占用轨道（HOMO）的电子受到激发，跃迁到分子较低未占用分子轨道（LUMO）时，识别基团的HOMO轨道上的电子便能够很轻易的能转移到荧光团的HOMO轨道上，从而导致荧光团LUMO轨道上的电子回不到原来的HOMO轨道上，导致荧光发生了猝灭，这是所谓的a-PET（acceptor-excitedPET）（如图2a）。然而当待检测分析物被加入后，识别基团能够与被分析物发生化学反应，使供电能力下降，其HOMO轨道比荧光团的HOMO轨道低，从而导致PET过程受阻，荧光团的荧光恢复（如图2b）。而d-PET荧光分子探针是指识别基团的LOMO轨道能级处于荧光团的HOMO与LUMO之间，当d-PET荧光分子探针的荧光团中较高占用轨道（HOMO）的电子受到激发，跃迁到分子较低未占用分子轨道（LUMO）时，随后转入识别基团的LUMO轨道，发生非辐射跃迁，导致荧光猝灭，即为d-PET（donor-excitedPET）（如图2c）。然而当加入分析物后，识别基团与被分析物发生化学反应，供电能力下降，其LOMO轨道升高，从而导致PET过程受阻，荧光团的荧光恢复（如图2b）。

图2

•分子内电荷转移机理（ICT）

荧光 ICT 效应

什么是荧光 ICT 效应荧光ICT(Intramolecular Charge Transfer)效应是一种分子内电荷转移现象，指的是当一个分子中存在着两个或多个不同电子亲和力的基团时，通过激发态和基态之间的电荷转移，使得分子在不同环境下呈现出不同的发射颜色。这种效应广泛应用于化学、物理、生物学等领域，并被广泛研究和利用。

光 ICT效应的原理荧光 ICT 效应的原理可以通过以下步骤来解释:在分子的基态中，电子处于低能级轨道上。当分子受到激发后，电子会跃迁1.到高能级轨道上。在高能级轨道上，分子中存在着两个或多个不同电子亲和力的基团。这些基团可以吸引或排斥电子。当电子跃迁到高能级轨道上时，它们会与这些基团相互作用，并发生电荷转移。通过电荷转移过程，分子内部形成了一个带正电荷和带负电荷的极性结构这种极性结构导致了不同的发射颜色。

分子内电荷转移机理（ICI）是另一种用于设计荧光分子探针常用的响应机理（如图3）。与PET机理不同的是，ICT是以荧光团、供电子基团（D）、吸电子基团（A）三者通过共轭连接形成的电子推-拉体系为基础的。当用入射光对探针进行照射时，分子内的电子可以从电子给体向电子受体转移，形成一个电荷分离稳态。而探针的识别基团与被分析物发生作用后，会改变电荷分离的程度，从而形成新的电子推-拉体系，改变荧光信号。通常，羟基、氨基等构成ICT类荧光分子探针的供电子基团，醛基、硝基、苯并噻唑等构成拉电子基团，它们通过共轭π键连接，当供电子基团的供电子能力增强或拉电子基团的拉电子能力增强时，探针的吸收光谱、发射光谱红移，这是因为荧光分子探针的HOMO/LUMO能级差变小导致的。反之，荧光分子探针的HOMO/LUMO能级差变大，导致探针的吸收和发射光谱蓝移。

图3

•荧光共振能量转移机理（FRET）

荧光共振能量转移机理（Fluorescenceresonanceenergytransfer，FRET）是构建比率型荧光探针一种常用的形式[11]。能量供体（Donor）和能量受体（Acceptor）两个不同的荧光基团构成荧光分子探针。随着被分析物的加入，探针发生两个不同发射光谱荧光强度的相对变化。通常，能量供体发射光谱和能量受体吸收光谱之间存在一定程度重叠，且两者需要满足一定距离时（一般小于10nm），FRET机理才能发生。用激光照射能量供体时，荧光能量从能量供体向受体转移发生非辐射过程，产生受体荧光。影响荧光共振能量转移的效率包括：能量供体的发射光谱与能量受体的吸收光谱重叠程度（一般大于30%）、能量供体与能量受体之间的距离（在1-10nm之间）、两者跃迁偶极的相对取向。

图4

•激发态-基态缔合物/复合物机理（Excimer/Exciplex）

激发态-基态缔合物/复合物是指两个相同荧光基团的聚集体或不同荧光基团的聚集体。当两个相同的荧光基团的距离相对接近时，其中一个荧光基团受到光的激发，从基态到激发态，与另外一个基态的荧光基团相互作用，激发态荧光基团发出荧光，形成激基缔合物（Excimer）。单个荧光基团的发射光谱被激基缔合物的荧光发射光谱取代，形成一个新的荧光发射峰，具有强而宽，长波长，无结构的特点。当两个荧光基团不同时，则称为激基复合物（exciplex）。激发态-基态缔合物/复合物的形成需要具备一定的条件，**，距离是形成激基缔合物/复合物的关键，两个荧光基团的距离一般应该在3.5Å以内。其次，荧光基团的电子云之间具有一定的重叠。荧光探针与被分析物作用后，导致荧光信号的变化（这是由于两个荧光基团之间的距离发生变化）从而实现对分析物的检测

图5

•聚集诱导荧光机理（AIE）

2001年，发现硅杂环戊二烯（silole）衍生物在溶液状态时几乎不发光，而在形成固体或聚集态时荧光反而大大增强的现象，将此现象定义为聚集诱导发光效应（AggregationInducedEmission，AIE）

聚集诱导发光效应由于分子处于聚集态时排列整齐，分子间的规整度以及相互作用均增加，导致非辐射的能量转移降低，导致聚集诱导发光效应现象的产生。AIE型荧光分子探针的检测过程是通过与被分析物反应，导致探针分子的聚集或解离，从而产生荧光信号改变而实现的[6]。具有AIE性质的化合物从根本上克服了聚集导致荧光猝灭的难题，引起了研究学者的研究兴趣，到目前为止，已经开发出了从蓝光到红光覆盖整个可见波长范围的AIE体系

图6

西安齐岳生物科技有限公司提供多种生物荧光探针以及荧光检测试剂盒用于成像检测和追踪，其实包括有离子探针、酶荧光底物，细胞膜染料，生物发光，以及荧光试剂盒等不同产品。

谷胱甘肽荧光探针

半胱氨酸荧光探针

二氧化硫荧光探针（激发波长330 nm,发射波长570 nm）

二氧化硫荧光探针（激发波长415 nm,发射波长486 nm）

二氧化硫荧光探针（激发波长653 nm,发射波长836 nm）

近红外硫化氢探针

氰根离子荧光探针

次氯酸（HClO）荧光探针

cas168027-16-5 |次氯酸（HClO）荧光探针

粘度荧光探针

cas855751-82-5|一氧化碳（CO）荧光探针

BCECF AM (pH荧光探针, 5mM)

BHQ2 NH2猝灭剂

钙离子荧光探针 Rhod-2 AMCAS:129787-64-0

Fluo-4, Pentapotassium Salt|钙离子荧光探针Fluo-4, 五钾盐

Fluo-4 AM|CAS 273221-67-3|钙离子荧光探针Fluo-4, 五乙酰氧基甲酯

Fluo-3, pentasodium salt|钙离子荧光探针Fluo-3, 五钠盐

Fluo-3, pentaammonium salt|钙离子荧光探针Fluo-3, 五铵盐

Fluo-3, pentapotassium salt|钙离子荧光探针Fluo-3, 五钾盐

Fluo-3, AM/UltraPure grade/CAS121714-22-5/钙离子荧光探针Fluo-3, 五乙酰氧基甲酯

Fluo-2, potassium salt|钙离子荧光探针Fluo-2, 钾盐

Fluo-2, AM|CAS108964-32-5|钙离子荧光探针

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