茈四羧酸二酰亚胺类荧光探针的研究进展

摘要：苝四羧酸衍生物含有平面大共轭体系结构，具有独特的荧光性能，该文简述了苝四羧酸二酰亚胺类荧光探针在pH检测、离子检测、DNA检测等方面的应用，对未来的发展提出了展望。

关键词：苝四羧酸二酰亚胺 荧光探针 荧光猝灭

苝四羧酸二酰亚胺类化合物是具有平面共轭大π键的稠环大分子，光化学稳定性好，荧光发光性能强，是良好的分子电子学和光学材料，在荧光传感材料、液晶材料、激光材料、有机场效应晶体管、太阳能电池等领域显示出良好的应用前景[1]。近年来其研究主要集中于取代的苝四酸二酰亚胺。该文对近年文献报道的苝四羧酸二酰亚胺类荧光探针做一简要介绍。

1 四羧酸二酰亚胺类pH荧光探针

荧光pH探针是分子探针的一种，广泛应用于分析化学、生物分析、医学（血液中pH的监控）和细胞生物学（细胞内pH检测）等领域[2]。pH的改变，会对π-π共轭体系的电子效应产生影响，并进一步导致其荧光发射光谱和可见吸收光谱发生变化。因此，基于苝四羧酸二酰亚胺具有大的共轭体系，马永山[3]等人以苝四酸酐为起始物，设计并合成了含有4个苝二酰亚胺衍生物，由于其含有亲水性基团羧基，可以溶于水，作为pH荧光探针得到应用。

研究表明，当溶液的酸度逐渐增加时，上述化合物的荧光发射强度逐渐减小，当溶液酸度达到一定值时发生荧光猝灭。产生这些变化的主要是因为在碱性介质中pH较高，羧酸作为质子给予体发生解离产生H+与OH—结合，本身以羧酸根的形式存在，从而使整个化合物的电子云密度增加，加上苝核的大的共轭体系，使得电荷得以分散在整个化合物上，从而阻止了它们的聚集从而产生较高的荧光量子产率。荧光强度较强。但随着溶液酸度的增加，羧酸根作为质子受体结合H+，从而使苝核的电子云密度减小，电子的跃迁概率减小，即荧光强度降低直至发生猝灭。由此可见苝四羧酸二酰亚胺的荧光强度与溶液的pH有很强的依赖关系，溶液pH越大，其产生的荧光强度越大，反之，则会使其荧光强度减弱直至消失。因而此化合物可以用作测定溶液pH的荧光探针。

2 四羧酸二酰亚胺类金属离子荧光探针

铅离子是重金属污染的主要种类之一，铅进入人体后对神经系统、造血系统、肾脏等造成危害。寻找简便高效的铅离子检测方法具有十分重要意义。目前，常规检测Pb有原子吸收法、电化学法、离

子色谱法等，但存在精密度有限、准确度不稳定、干扰因素多、操作步骤繁琐、仪器设备复杂等缺陷。马永山[4]等人研究了苝四羧酸二酰亚胺的荧光光谱与Pb2+浓度的关系，发现Pb2+与苝四羧酸二酰亚胺的荧光发射峰强度之间存在一定的关系。Pb2+会使得苝四羧酸二酰亚胺的荧光发射峰强度减弱，最大发射波长向短波方向移动。随着Pb2+浓度的增加，荧光强度减弱的速度逐渐增大直至荧光猝灭。因此，用苝四羧酸二酰亚胺作为荧光探针可以准确地实现Pb2+的识别。其他离子如Fe3+、Al3+、Cu2+等金属离子与Pb2+一样，对苝四羧酸二酰亚胺的荧光强度有显著的影响，随着浓度的增加荧光发射峰强度逐渐减弱，最大发射波长向长波方向移动。因此，此类化合物可以实现溶液中离子的检测，灵敏度高、选择性好、使用方便。

3 四羧酸二酰亚胺类DNA荧光探针

脱氧核糖核酸（DNA）是一类带有遗传信息的生物大分子，控制生物个体的性状表现，其通过指导蛋白质的合成来表达自己所携带的遗传信息。若生物体的正常的生理机能受到破坏，如产生癌变则会导致体内DNA的理化性质及含量的变化。因此实现对DNA的检测，对早期疾病的检测以及后代可能的疾病预测具有重大的作用。DNA的检测可以由DNA探针来实现。DNA探针是以病原微生物DNA或RNA的特异性片段为模板，人工合成的带有放射性或生物素标记的单链DNA片段。苝四羧酸二酰亚胺具有大共轭π键骨架，由于在骨架两端具有强的电子受体－受体（A－π－A）（四个羧基）的有机分

子，表现出很强的电荷转移能力，是优秀的有机电致发光材料[5]。因而可以将其作为荧光染料标记DNA，用于DNA的检测。

4 四羧酸二酰亚胺类蛋白质分子荧光探针

蛋白质的定量分析和特异识别，在生命机理研究中意义重大。蛋白质的荧光分析法具有高灵敏度、好选择性、宽动态响应范围以及测定条件相似生理环境等优点，在蛋白质分析中得到广泛的应用[6]。按荧光波长可将蛋白质分子荧光探针分为紫外可见区的荧光探针和近红外荧光探针。紫外可见区的荧光探针具有较高的量子产率而常被用于制备荧光底物，如香豆素、荧光素、罗丹明类分子等。苝四羧酸二酰亚胺类的吸收波长在紫外可见区，属于紫外可见荧光探针，同时在蛋白质等电点左右与蛋白质带有相反电荷，通过静电吸引作用易于蛋白质结合，可望在蛋白质检测方面得到广泛应用。

5 四羧酸二酰亚胺类荧光材料的其他应用与展望

四羧酸二酰亚胺所具有的强荧光性能和光稳定性，作为光电转化材料大有可为。目前，已在液晶材料、电子照像用材料、太阳能转化材料等领域得到应用[6]。另外，苝四羧酸二酰亚胺化合物的吸收范围在可见光区，可用于可见光的静电复印技术，同时亦可能应用于激光打印机。因此，其不仅在荧光探针方面展现出优秀的应用前景，而且在信息材料领域也越来越受到瞩目，是本领域的重要发展方向。相信随着研究的深入，苝四羧酸二酰亚胺类化合物将会在这些领域凸显

出越来越重要的实际利用价值。

参考文献 [1] [2]

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