1817年, 硒元素首次被瑞典化学家Jöns Jacob Berzelius发现, 并被命名希腊月亮女神[1].作为氧族元素之一, 其在自然界以六种稳定同位素和多种不同性质的放射性核素存在.在生物学方面, 硒元素长期以来被认为是毒药, 甚至是致癌物质.然而, Schwarz和Foltz两人更正了这种观点[2].后来, 他们研究发现, 含硒的物质可以防止大鼠肝坏死, 可以作为细菌、哺乳动物和鸟类的微量营养素.在近十年来, 硒元素的生物学方面的研究得到了迅速发展, 硒元素以其多样的形式被认为是生命系统中必需的微量元素[3].在人体中, 硒的生物功能是通过以25种硒代半胱氨酸为活性中心的硒蛋白作用来实现[4].这些蛋白质与人类和其它哺乳动物健康有关, 如降低癌症发病率、预防心血管疾病、预防阿尔兹海默症、治疗特定的肌肉疾病以及延缓艾滋病毒阳性患者发病的时间等[5-6].科学家们已经证实硒在不同的生理和病理过程中发挥着重要作用, 低水平硒会加剧疾病的致死率、免疫功能低下和认知能力下降的风险, 而高水平的硒则具有抗病毒作用.因此, 硒元素受到化学及生命科学研究工作者的高度关注[7-10].
荧光分析法是检测分析物方法中最简单、廉价和快速的方法之一.荧光传感器由于其具有高灵敏度和高选择性, 特别是可以用于样品的体内原位成像检测, 目前已在许多领域得到广泛应用.近年来, 一些能够监测生理和病理过程的荧光传感器被报道[11-18].本文主要总结了近年来硒化合物荧光传感器的研究进展, 并对该领域的研究进行了总结和展望.
硒代半胱氨酸(Sec)是半胱氨酸(Cys)的类似物, 是基因正常编码的第21个氨基酸[19].在生物体系中, 硒代半胱氨酸也是硒元素的主要存在形态, 在亚硒酸盐代谢中起重要作用.硒代半胱氨酸也是唯一含有准金属元素的氨基酸, 与各种人类疾病密切相关, 在癌症的预防和治疗中起重要作用.此外, 研究Sec的重要生理功能并清晰地阐明硒的抗癌机制, 需要找到具有生物相容性, 同时能够通过可靠且快速地检测Sec的化学传感器来监测活细胞或体内Sec的方法.
2006年, Maeda等[20]首次设计合成了一种硫醇的荧光传感器1, 该荧光传感器可用于胆碱酯酶的荧光分析, 且该传感器的荧光反应是硫醇阴离子通过芳香亲核取代脱保护而发生的.上述作用机制表明, 该传感器作为硫醇传感器对于硫醇的解离程度是起重要作用的.此外, 该传感器还具有探测硫醇或硒醇的能力, 仅通过将培养基的pH值从7.4改为5.8, 就可作为硒醇的传感器(图 1).进一步研究发现, 通过实验可以证实微酸性介质的存在不影响该探针作为硒醇传感器的应用.该结构是第一例报道的能够检测硒醇的荧光传感器.该传感器的相关实验提供了一种可用于鉴定和测量具有独特化学和生物学特性的硒蛋白的工具.
2017年, 袁林等[21]开发了两种用于特异性检测硒醇的荧光传感器2和3(图 2).在生理pH条件下, 传感器2对硒醇表现出高选择性和灵敏性.该传感器无毒且具备超低的背景荧光, 在Sec存在下能显示出380倍的荧光信号增强的现象, 适用于活细胞中的外源性和内源性硒醇的荧光检测和成像研究.除此之外, 该传感器还被成功应用于脂多糖(LPS)诱导的HepG2细胞中硒醇浓度的可视化检测.
2015年, 房建国等[22]基于芳香亲核取代反应报道了一种选择性Sec荧光传感器4(图 3).作者经过初步筛选后, 总结了Sec选择性识别的构效关系.研究发现, 在Sec存在的情况下, 在中性水溶液中其发射强度增加100倍以上, 且没有明显的生物硫醇、胺类和醇类的干扰.该传感器被成功应用于定量硒酶硫氧还蛋白还原酶中的Sec含量和活的HepG2细胞中内源性Sec实时成像.该研究工作是第一例在生理条件下的硒醇探针.该研究工作最大的亮点在于阐明了传感器选择性识别硒醇的构效关系, 为进一步设计新传感器以及更好地理解Sec和硒蛋白在体内的关键作用提供依据.
2018年, 冯国强等[23]报道了一种Sec荧光传感器5, 尽管该结构在生物硫醇检测方面已有报道, 但该研究工作表明, 只需稍微改变检测条件, 该传感器就可以在水溶液中快速、高选择性、灵敏地比色和荧光检测Sec(图 4).该传感器的检出限为47 nmol/L左右, 线性范围为0~80 µmol/L.此外, 该传感器具有较低的细胞毒性, 并且能够检测血清和活细胞中的Sec, 可作为一种Sec新型分子检测工具.
2016年, 杨光富等[24]报道了一种能够识别硒醇分子结构的荧光传感器6(图 5).该传感器表现出接近零背景荧光, 与Sec反应具有大的荧光发射增强、低检测限(18 nmol/L)和较大的反应速率常数(2.15 min－1).此外, 该传感器能够用于细胞内和组织中含硒的分子(如Sec和硒蛋白)的高度特异性和灵敏性检测.上述结果表明, 该传感器可以作为活细胞和活体内硒醇感应的检测工具, 从而进行含有内源性硒醇的分子检测.该结构有望用于Sec相关生物学功能研究和Se缺乏或过量相关地区人类疾病的临床诊断和治疗.在该课题组[25]之前的研究工作中发现, 香豆素环7位上的氮原子内部扭曲受阻可以显著提高游离荧光团的量子产率.
2017年, 冯国强等[26]报道了一种比色和近红外检测Sec的荧光传感器7(图 6).该传感器可用于检测生物体内的Sec.该传感器在较为温和的条件以及较宽pH范围的水溶液, 对Sec具有高灵敏性和高选择性.该传感器具有较大的斯托克斯位移(192 nm)和较低的检出限(62 nmol/L).其检测速度快、选择性高且灵敏度好, 并具有显著的近红外荧光发射信号.除此之外, 该传感器还具有较低的细胞毒性, 可以用于检测血清、活细胞和动物体中的Sec.
同年, 该课题组[27]报道了一种Sec比色和近红外的荧光传感器8(图 7).该传感器同样表现出显著的斯托克斯位移(146 nm), 并在检测Sec时显示出快速、高选择性和高灵敏性的特点, 同时还具有明显的颜色变化, 并出现近红外荧光信号.此外, 该传感器的线性范围是0.2~80 μmol/L, 其检测限为62 nmol/L.通过研究进一步证明, 该传感器可用于检测活细胞中的外源性和内源性Sec, 并可用于荧光成像研究.该研究结果为未来Sec荧光传感器设计提供了一种新的设计思路.另外, 该工作最大的特点是能够比色检测Sec.
Liu等[28]以2, 4-二硝基苯磺酸官能团为识别基团, 设计合成了一种以四氢萘-呫吨染料为基础的新型荧光传感器9(图 8).该传感器能够在2 min内快速检测出Sec, 并且在624 nm处有较大的荧光发射增强(增强124倍).其对Sec具有很强的选择性, 灵敏度高, 检出限可以低至17 nmol/L.此外, 该结构还被用于Sec的荧光成像研究, 在活细胞中具有良好的生物相容性.
2017年, 张小玲等[29]为了评估Sec的浓度和分布, 设计合成了基于分子内电荷转移(ICT)效应的比率型荧光传感器10, 并将其应用于选择性区分活细胞基质中的内源性Sec(图 9).该传感器由基于ICT荧光报告的Nap-OH支架和作为Sec-active触发器单元组成.研究发现, 该传感器可在生理条件下对Sec表现出特异选择性反应, 并在1 min内显示出较为明显的比率和红移的荧光信号.此外, 该传感器对Sec快速响应实现比率性检测, 能够实时监控细胞内Sec的生成, 同时可用于对活细胞的外源性和内源性Sec成像研究.后续研究发现, 传感器10在生理条件下, 对Sec选择性的响应能力超过生物硫醇、胺或活性氧物质.
2015年, 唐波等[30]通过将苯并硒唑结构引入到半花菁染料结构中, 合成了一种新型的荧光传感器11(图 10).该传感器首次实现了对Sec的高灵敏性和选择性检测, 其在生理条件下的检测性能超过其它生物物种, 如硫醇、各种基本离子和氨基酸.为了研究Na2SeO3的抗癌机理, 作者第一次将2, 1, 3-苯并硒二唑(BS)部分结合到半花青染料中.该传感器被成功应用于细胞成像和活体内Sec浓度变化的监测.通过细胞周期和线粒体膜电位分析发现, 经过Na2SeO3诱导的HepG2细胞, 其细胞凋亡与硒醇水平密切相关.该研究结果有利于人们理解硒化合物在癌症治疗和预防中机理.该工作是第一例对活细胞和活体内的硒(RSeH)进行成像研究.
2018年, 于法标等[31]设计合成了一种线粒体靶向近红外比率型荧光传感器12, 用于定量评估Sec对二硫化碳(CS2)诱导的细胞和肝损伤的保护效果(图 11). CS2是常见的工业溶剂, 可抑制氧化还原酶和诱导氧化应激.该荧光传感器由以下部分组成:近红外七甲基菁结构作为荧光发光基团, 2, 4-二硝基苯磺酰胺作为待测物响应单元, PPh3+作为线粒体靶向官能团.该传感器可在4 min内快速对Sec响应, 不受其它金属离子和阴离子干扰.此外, 该传感器可用于选择性测定BRL3A、RH-35、HL-7702、HepG2等细胞系中的内源性Sec浓度.该传感器有望应用于监测CS2诱导的线粒体中的Sec浓度变化.该工作最大的亮点是建立了CS2诱导的急慢性肝炎小鼠模型, 以研究CS2和Sec在肝脏中的细胞保护作用.研究发现, Sec的外源性补充可有效防御CS2引起肝脏损害.肝脏中Sec浓度的实时成像被用于评估CS2中毒导致的肝损伤程度.该研究结果有望使该结构成为临床准确诊断和治疗潜在的候选药物. 2020年, 他们[33]在此结构的基础上设计合成了一种比率型近红外荧光探针13, 该探针可以用于分析Sec在细胞和小鼠甲状腺疾病模型中的变化和作用.在2017年, 该课题组[32]还报道了一种以(2-羟乙基)二硫化物为响应单元和d-半乳糖结构为肝脏靶向单元的比率型Sec荧光探针14.
2018年, 杨小峰等[34]设计合成了一种基于半花菁结构的Sec荧光传感器13, 席夫碱结构和半花菁结构的互补效应导致了其独特的OFF-ON荧光转变(图 12).传感器13对Sec的荧光响应是通过Sec选择性地移除强吸电子的2, 4-二硝基苯磺酸基团实现.传感器亚胺氮的pKa值从6.40转变到9.04.因此, 该席夫碱结构在生理pH条件下, 大大增加了半花菁染料的荧光强度.此外, 传感器13对Sec表现出良好的选择性和灵敏性, 已成功应用于活细胞中硒醇的外源性和内源性荧光成像检测.该结构对含二硫醇的蛋白质(VDP)的选择性比生物硫醇和其他蛋白质高, 并且能够对活细胞中的内源性VDP成像.该研究结果是首次报道的通过调节亚胺pKa实现较大位移的靶向蛋白传感体系, 其结果有望用于开发其它新型目标分子荧光传感器.
2015年, 林伟英等[35]设计合成了能够用于特异性检测硒醇的近红外荧光传感器14, 其在生理pH下表现出良好的选择性, 在硒醇存在下其荧光发射强度增强65倍.该传感器具有良好的生物相容性, 能够快速定量检测Sec.生物性能研究发现该结构不仅适用于活细胞, 也适用于活体动物中硒醇荧光成像研究.该结构的缺点在于对硒醇响应的荧光发射增强有限.
最近, 印晓星等[36]开发了一种新的近红外荧光传感器15, 用于测定活细胞和体内的内源性Sec.传感器与Sec反应时, 表现出较大的荧光增强(136倍)和较大的Stokes位移(195 nm).传感器具有灵敏度高(检测限10 nmol/L)、选择性好、细胞毒性低等优点, 同时能够识别活细胞中的外源性和内源性Sec.该传感器还被成功地用于外源性和内源性的小鼠体内Sec的可视化检测.值得注意的是, 反应性近红外传感器首次选择性地检测了移植到裸鼠活体肿瘤中的内生生成的Sec.该研究结果表明, 所报道的新传感器可以作为一种有效的工具, 监测体内内源性Sec和探索硒的抗癌机制.
2019年, 李敏勇等[37]首次合成了一种生物发光传感器16, 其可以作为一种有效的工具来测定活细胞和活体中的Sec(图 15).该传感器具有灵敏度高(检测限为8 nmol/L)、生物发光增强显著(580倍)、选择性可靠、细胞毒性低和信噪比高等优点, 可用于活体细胞和小鼠中的Sec的成像检测.更重要的是, 其对监测Na2SeO3刺激的荷瘤小鼠的Sec具有很高的灵敏度.这些研究结果表明, 该传感器可以作为体内选择性监测Sec的有力工具, 从而为探索硒的生理病理功能和抗癌机制提供了一条有价值的途径.
刺激响应胶束具有稳定、灵敏和制备方便等优势, 常用的刺激源为pH、温度、光照、氧化还原电位、超声波、电荷、气体、生物分子和酶[38-41]. 2015年, 邱仁华等[42]制备了一种2, 4-二硝基苯磺酰基修饰的碳酸盐共聚物胶束生物传感器17, 在生理pH条件下, 用于Sec选择性成像研究.研究发现, 捕获阿霉素(DOX)药物的传感器能够选择性地对Sec产生反应, 而很少受到生物硫醇、胺或醇的干扰(图 16).该课题组成功地将该传感器应用于肿瘤组织和Hela细胞内源性Sec的荧光成像, 同时观察到了阿霉素药物释放过程.此外, 该传感器具有疏水分子传递的控制作用.研究发现, 被捕获的DOX药物能够有效释放.该结果是首次报道的通过胶束实现Sec检测和DOX药物的释放.
2017年, 杨小峰等[43]报道了一种用量子点(carbon dots, CDs)作为荧光基团的硒醇纳米探针18(图 17).该传感器以mAP作为碳源, 可通过简单的溶剂热法制备.通过磺酰胺键将传感器18表面上的2, 4-二硝基苯磺酰基(DNS)基团共价共轭, 使CD-DNS作为硒醇具有很高的敏感性和选择性.该纳米传感器对硒醇的抗药性高于生物硫醇和其他生物物种, 并且已被证明能够对活细胞中的外源和内源硒醇进行成像.这是第一例可以在生理条件下运行的基于CDs的硒醇荧光传感器.
硒化氢(H2Se)具有与H2S相似的结构, 是一种高活性硒物种.通过谷胱甘肽(GSH)和其它生物系统还原亚硒酸盐而产生的膳食硒化合物的一种重要的硒代谢中间产物, 其在生物体内含量与许多重要的生理和病理过程有关[43].因此, 开发一种具有高灵敏度和高选择性的可用于检测H2Se的荧光传感器是非常有必要的.
硒醇是生命体内重要的活性物质, 对维持生命机体正常运行具有重要的生理意义[45].近年来, 随着高选择性荧光有机分子传感器的不断被开发, 能够检测细胞内硒醇分子的传感器被开发, 有望用于诊断与硒缺乏和过量相关的人类疾病[46].硫醇由于和硒醇具有相似的化学性质, 从而成为硒醇荧光传感器设计的主要干扰.迄今为止, 所报道的能够检测硒醇的荧光传感器还比较少.
2016年, 唐波等[47]设计开发了一种用于检测H2Se的荧光传感器19, 其对H2Se表现出较高的敏感度和良好的选择性, 超过Sec, H2S, 活性氧(ROS)和其它含硫元素衍生物(图 18).该传感器被成功应用于活细胞和内源性H2Se荧光成像研究.除此之外, 该传感器也被应用于Na2SeO3诱导的HepG2细胞在细胞凋亡过程中H2Se含量的检测.研究发现, 与有氧条件下相比, 在缺氧条件下观察到H2Se含量增加的同时ROS保持低水平.该研究结果表明, Se元素对缺氧性肿瘤的抗癌机制是通过非氧化应激产生的.该结果为进一步研究H2Se和含Se化合物在各种生理和病理环境中的生物学功能提供依据.该工作的亮点是发现了硒对缺氧性实体瘤的抗癌机制是通过非氧化应激.
2016年, Rao等[48]报道了一种用于检测Cys-SeH的水溶性荧光传感器20(图 19).其结构设计中, 巧妙地引入了三唑连接吡喃官能团的葡萄糖基结构.研究发现传感器20在Cys-SeH的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中反应释放出荧光产物.在20种其它氨基酸存在的情况下, 传感器显示出约210倍的荧光增强.其最小检测限为(1.5±0.2)×10－7 mol/L.为了进一步证明传感器对Cys-SeH的选择性, 他们将该结构扩展到了不同的其它硒化合物中, 对含有2个NO2、5个氟、2个氟、1个氟以及没有氟存在的5个不同的衍生物进行了荧光性能研究, 证实了对硝基苯磺酰基在传感器中对Cys-SeH有选择性识别作用.通过等温滴定量热法研究传感器在PBS缓冲液、牛血清和硅胶表面对Cys-SeH选择性研究发现, 糖基引入到传感器结构中, 大大提高了传感器的生物应用范围.
2017年, 唐波课题组[49]基于花菁结构设计合成了一种具有特异性受体单元1, 2-二噻烷-4, 5-二醇的H2Se荧光传感器21, 其对H2Se的选择性高于RSH, H2S和Sec, 被成功应用于活细胞内H2Se的荧光成像研究(图 20).该研究结果表明在缺氧条件下和用Na2SeO3处理后, HepG2细胞会产生H2Se, 且H2Se在缺氧条件下逐渐被积累.该研究结果表明Se对缺氧实体瘤的抗癌机制是通过非氧化应激发生的.该传感器有望被用于H2Se和Se元素的抗癌机制研究.
宋钦华等[50]设计合成了两种关于硒醇的荧光传感器22和23, 其结构是由两种氟硼二吡咯荧光团和荧光猝灭基团2, 4-二硝基苯氧基组成(图 21).两种传感器通过芳香亲核取代反应对硒醇产生响应, 从而释放荧光团.其检测机理归因于硒醇和硫醇pKa值的不同.在生理pH条件下, 相比较于硫醇, 传感器对硒醇和硒代半胱氨酸具有更高的选择性.传感器23相较于传感器22, 具有更高的灵敏性, 其检测限为9 nmol/L, 而22的检测限为16 nmol/L.细胞成像实验研究表明传感器23能够检测活细胞中外生的Sec和Na2SeO3诱导的Sec.此外, 传感器23可实现活体动物体内的硒醇荧光成像研究.
2019年, 张小玲等[51]提出了一种简明的设计策略, 利用分子内光致电子转移(PET)过程来切换荧光, 从而获得H2Se的可激活荧光传感器24(图 22).该传感器能够选择性地与H2Se反应, 不受细胞内反应物种的干扰, 并已被成功地用于溶酶体中H2Se含量成像检测.此外, 在传感器24的辅助下, 该课题组证明了在低氧条件下, HepG2细胞中可以产生并逐渐积累溶酶体H2Se.这些应用使该结构成为在生物学和病理学中破译H2Se对溶酶体生物学效应的潜在新候选者.
为了研究亚硒酸盐诱导实体瘤细胞凋亡是否可以归因于氧化应激.基于硒醇对Au—S键的快速取代反应, 2016年Tang等[52]设计合成了硒醇纳米探针25(图 23).该探针与QCy7-H2O2分子探针一起, 能够监测活细胞和活体中硒醇及H2O2的浓度.观察到在常氧条件下, 硒醇含量缓慢增加, 并且H2O2水平快速升高.然而, 在低氧条件下, 硒醇浓度急剧增加, H2O2含量几乎没有波动.根据上述结果, 可以预测亚硒酸盐诱导的肿瘤细胞凋亡归因于非氧化应激.该研究成果为研究亚硒酸钠诱导肿瘤细胞凋亡的机制提供了有力的工具.
硒在无机形式时, 有四种化合价态, 包括元素(Se)、硒化物(Se2－)、亚硒酸盐[Se2-3, Se(Ⅳ)]和硒酸盐[Se2-4 Se(Ⅵ)]. Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)均具有典型的毒性.毒理学实验表明, Se(Ⅳ)的毒性比Se(Ⅵ)高. Se2-3[Se(Ⅳ)]荧光探针原理主要涉及配位作用、与二胺基团反应的策略以及与纳米结构的相互作用[45]. Se(Ⅳ)与包含1, 2-二胺基团的物质反应形成吡唑硒醇.
纳米荧光传感器具有响应速度快、选择性好、灵敏度和稳定性及生物相容性好等优点[53-54], 唐波等[55]根据硒能特异性破坏Au—S键并在金纳米颗粒(AuNPs)表面形成更稳定的Au—Se键的原理, 设计开发了一种用于检测硒醇的近红外荧光纳米传感器26(图 24).该传感器可以用于Na2SeO3诱导的HepG2细胞凋亡过程中硒醇含量变化的荧光成像监测.在低氧条件下, Na2SeO3诱导的肿瘤细胞凋亡与硒醇水平密切相关.该结构可以作为监测硒醇的有力工具, 并可以在多种生理和病理条件下探索硒醇的生理功能.该纳米传感器的设计策略为硒化学的相关研究提供了一种新的平台.
Zhao等[56]报道了一种选择性检测硒(Ⅳ)的纳米荧光传感器27(图 25).该纳米传感器可以通过靶向诱导信号原位检测Se(Ⅳ).该传感器由二氧化硅纳米粒子核和含有Se(Ⅳ)诱导的荧光分子3, 3'-二氨基联苯胺(DAB)涂层组成.在没有Se(Ⅳ)存在时, 纳米传感器没有荧光发射信号.但当纳米传感器与Se(Ⅳ)靶向结合时, 纳米传感器被激活, 其机理为Se(Ⅳ)首先在纳米传感器的一个小区域上富集, 然后在420 nm激发波长激发时, 纳米传感器在530 nm发射波长处产生荧光发射信号.其荧光强度与Se(Ⅳ)浓度成正比, 可以通过荧光显微镜观察纳米传感器富集过程.该策略是第一次实现Se(Ⅳ)在纳米传感器上富集.该研究结果为在生物体系中如何设计原位靶向的荧光纳米传感器提供思路.
田熙科等[57]开发了一种比率型荧光纳米传感器28, 该传感器通过将识别分子3, 3'-二氨基联苯胺(DAB)连接到羧基修饰的CdTe@SiO2表面用于精确原位检测Se2-3(图 26).研究发现, DAB和Se2-3之间发生表面螯合反应, 可以选择性、有效地增强DAB在二氧化硅纳米球表面的荧光强度.在Se2-3存在的情况下, 该纳米传感器在单一激发波长下显示出Se-DAB和CdTe量子点的两种特征荧光发射信号.通过对Se2-3的选择性筛选研究发现, F530/F635的线性比率在0~2.5 µmol/L范围内随Se2-3浓度的增加而增加, 其检出限低至6.68 nmol/L (0.53 μg/L).该研究结果所报道的纳米传感器具有在水溶液体系中进行原位监测的能力, 无需任何分离步骤.利用该传感器测定富硒食品中硒的含量, 其检测结果与电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定结果一致.
2016年, 张勇等[58]成功制备了一种简单、快速和灵敏检测亚硒酸盐的室温磷光传感器29(图 27).当检测体系中存在谷胱甘肽时, 金属Mn掺杂的ZnS量子点的室温磷光被淬灭. Mn-ZnS量子点的磷光淬灭归因于亚硒酸盐和谷胱甘肽反应产生的HSe－.在实验条件下, 其线性范围为0.1~5.0 μmol•L－1, 检测限为0.085 μmol• L－1.该传感器被成功应用于亚硒酸钠片、亚硒酸钠及维生素E注射液中亚硒酸盐含量的测定.该研究方法可以测定出从微摩尔甚至更低水平的硒化物浓度.该水平接近于各种细菌和哺乳动物细胞生长所需的最佳硒化物浓度.
硒元素作为哺乳动物成长最为重要的微量元素之一, 目前被认为是一种能够抗病毒的营养素, 可以提高肌体的免疫性能, 预防癌症和心血管疾病等.本文总结了含硒物质如Sec、H2Se和Se(Ⅳ)荧光传感器方面的研究进展.近年来, 尽管在含硒元素物质荧光传感器设计和检测及生物成像方面得到了飞速发展, 但依旧存在一些问题和挑战.由于含硒物质参与的高选择性反应的数量有限, 所以硒化物传感器种类仍然有限.在设计硒化物的生物体系荧光传感器时需要考虑选择性、灵敏性、光稳定性、低细胞毒性、低自氧化性、良好的水溶性、细胞渗透性和生物环境中物质的低干扰等性能.希望本文的总结能够对含硒物质荧光传感器的设计提供帮助.
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图 1 荧光传感器1的化学结构和区分硒代半胱氨酸和硒蛋白示意图
Figure 1 The chemical structure fluorescent sensors 1 and the scheme of discrimination between selenocysteine and selenoprotein
图 2 荧光传感器2和3的化学结构和设计原理示意图
Figure 2 Chemical structures and design principle of fluorescent sensors 2 and 3
图 3 荧光传感器4的化学结构和在中性水溶液中对Sec反应示意图
Figure 3 Chemical structure of fluorescent sensor 4 and its reaction to Sec in neutral aqueous solution
图 4 荧光探针5的化学结构和检测Sec的机理示意图
Figure 4 Chemical structure of fluorescent sensor 5 and the mechanism of detecting Sec
图 5 传感器6的化学结构和检测Sec的机理示意图
Figure 5 Chemical structure of sensor 6 and the mechanism of Sec detection
图 6 荧光传感器7的化学结构和其可见区对Sec的荧光响应示意图
Figure 6 Chemical structure of fluorescent sensor 7 and the fluorescence response of its visible region to Sec
图 7 荧光传感器8的化学结构以及对硒半胱氨酸的比色和近红外荧光检测示意图
Figure 7 Chemical structure of fluorescent sensor 8 and the scheme of colorimetric and near-infrared fluorescence detection of selenium cysteine
图 8 传感器9的化学结构以及与Sec反应的较大荧光增强示意图
Figure 8 Chemical structure of sensor 9 and larger fluorescence enhancement of Sec reaction
图 9 比率荧光传感器10的化学结构以及在生物条件下对Sec的特异选择性反应示意图
Figure 9 Chemical structure of the ratio fluorescent sensor 10 and the scheme of specific selective reaction to Sec under biological condition
图 10 荧光传感器11的化学结构和设计策略
Figure 10 Chemical structure and the design strategy of fluorescent sensor 11
图 12 荧光传感器13的化学结构和导致探针亚胺氮pKa值转变过程
Figure 12 Chemical structure of fluorescent sensor 13 and the pKa value transition process of probe imine nitrogen
图 13 近红外(NIR)荧光传感器14的化学结构和对硒醇的选择性反应示意图
Figure 13 Chemical structure of near-infrared (NIR) fluorescent sensor 14 and the scheme of selective reaction to selenium alcohol
图 16 生物传感器17的结构和检测Sec的机理示意图
Figure 16 Structure of biosensor 17 and the mechanism of detecting Sec
图 17 传感器18对Sec的识别机理图
Figure 17 Schematic illustration of the sensing mechanism of 18 for Sec
图 18 荧光传感器19的化学结构和对H2Se选择性反应机理
Figure 18 Chemical structure of fluorescent sensor 19 and the mechanism of selective reaction to H2Se
图 19 传感器20的化学结构和对硝基苯磺酰基在结构中对Cys-SeH的选择性识别示意图
Figure 19 Chemical structure of sensor 20 and the scheme of selective recognition of Cys-SeH by p-nitrobenzenesulfonyl in structure
图 20 荧光传感器21的化学结构和活细胞内成像示意图
Figure 20 Chemical structure of fluorescent sensors 21 and the scheme of intracellular imaging
图 22 荧光传感器24被H2Se激活的机理过程
Figure 22 Proposed mechanism for H2Se activation of chemsensor 24
图 23 传感器25的设计策略及对硒醇的荧光成像
Figure 23 Design strategy and fluorescence imaging for selenol of chemsensoor 25
图 24 纳米传感器26检测Na2SeO3诱导的癌细胞中硒醇的原理图
Figure 24 Schematic illustration of the nanosensor 26 for the detection of selenol in cancer cells induced by Na2SeO3
图 25 纳米荧光传感器27的化学结构和Se(Ⅳ)存在时纳米传感器开启荧光信号的示意图
Figure 25 Chemical structure of nanosensor 27 and schematic of the nanosensors turning on fluorescence signal in the presence of Se(Ⅳ)
图 26 比率型荧光纳米传感器28的制备原理和SeO32-的传感示意图
Figure 26 Preparation principle of ratio fluorescence nanosensor 28 and the schematic diagram of sensing principle of SeO32-
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