Chem Soc Rev|基於Förster共振能量轉移(FRET)的小分子傳感器和顯像劑

2021-01-16 Fluorescence WORLD
在此篇綜述中，作者們介紹了Föster共振能量轉移（FRET）的螢光識別機制，基於此的小分子螢光探針的構建和應用的最新進展。作者提出，基於FRET的螢光探針的優點包括：大的斯託克斯位移，可用於比率傳感和可出現的對雙/多分析物進行響應的系統。在這篇文章中，作者討論了許多的能量供體-受體染料組合，並著重介紹了它們在陽離子，陰離子，中性小分子，生物大分子，細胞微環境和雙/多分析物響應系統的檢測或成像中的應用。作者首先介紹了FRET的歷史以及基於FRET機制的探針的識別原理：
FRET術語是以西奧多·福斯特（Theodor Foster）的名字命名，以紀念他在1948年提出的用來量化從能量供體到受體的電子激發轉移效率的一個方程。FRET是通過供體-受體對之間的長距離偶極-偶極相互作用進行非輻射能量轉移的過程。在光激發時，處於激發態的供體的電子激發能可以轉移至基態的受體上。當供體和受體都是螢光團時，FRET通常被稱為「螢光共振能量轉移」。一般的FRET分子應遵循以下規則：（1）供體-受體對距離不應太遠（通常為10-100Å）（2）供體的發射光譜應與受體的吸收光譜重疊。（3）供體發射矩，受體吸收矩及其分離向量必須處於良好的相互取向。

作者指出，目前FRET螢光探針用於識別的機制主要有以下4種思路（方案2）：

（a）開啟FRET：受體化學結構改變，使從無螢光到出現螢光，而供體螢光消失最初，（比如：非螢光受體的吸收帶和供體的發射帶之間的重疊很少。在受體的非螢光形式與目標分析物相互作用之後，受體的吸收帶發生移動，以使其與供體的發射帶重疊，從而促進了FRET）。

（b）關閉FRET：受體化學結構改變，受體螢光消失，供體從無螢光到出現螢光。

（c）關閉FRET：用化學或酶促裂解打斷供體和受體之間的共價鍵，從而關閉FRET。

（d）關閉FRET：FRET供體和受體的分子間解離，從而關閉FRET。

之後，作者按陽離子（篇幅所限，每個方面這裡只截取原文中的一例），

作者最後總結到：Förster共振能量轉移（FRET）是一種光化學過程，它依賴於從供體到受體的能量轉移。該過程可以通過供體和受體之間的距離以及供體的發射和受體的吸收之間的重疊來調節。FRET的獨特功能使該方法廣泛應用於各種螢光探針的設計中，以檢測特定的分析物。特別是，許多基於FRET的小分子探針均具有使其成為生物學應用的理想選擇的特性，包括細胞快速攝取，非侵入性成像，原位成像等。作者認為，該領域未來一個值得注意的發展領域在設計可檢測多種分析物並提供易於區分的信號輸出的FRET探針。預計此類可遵循邏輯門規則，並且預期相關的複雜性將有助於許多領域的研究，包括旨在實現更快臨床診斷的細胞生物學和實驗室測試。另一個值得注意的發展領域是基於近紅外螢光FRET的探針。因其允許相對較深的組織穿透，能夠更為廣泛地應用於生物方面。那麼尋找具有高光穩定性和好的水溶性的近紅外螢光團就非常必要。

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