碳量子点 (CQDs) , 一类具有显著荧光性能的零维碳纳米材料, 是近年来生物传感应用研究的热点材料。 铅在化妆品、 工业污染等环境的来源众多, 吸入或误食吸附在颗粒物上的铅都会造成铅中毒, 从而引发各种疾病, 因此快速检测Pb2+含量在临床医学应用中极其重要。 基于CQDs的荧光特性, 提出了一种新型蓝、 红双发射比率荧光探针用于快速检测Pb2+含量, 采用透射电子显微镜、 荧光光谱等多种手段对探针的形态结构与性质进行表征、 检测和分析, 对Pb2+响应探针的光学特性以及应用可行性等进行了深入研究。 双发射碳点通过与自身的对比标定, 有效避免外界环境的干扰, 从而提高对被测物浓度的检测效果和灵敏度。 该探针采用水相合成, 步骤简单可重复性高, 且能够在短短几秒内对Pb2+实现快速响应, 检测过程无需借助大型仪器, 仅在紫外灯辅助下便可裸眼观测到比率探针荧光从蓝色到红色的变化, 可用于即时检测。 在符合目前医学应用的Pb2+浓度范围0~0.5 mg·L-1内, 两种荧光基团之间的荧光强度比IBCDs/IRCDs与其浓度具有良好的线性关系, R2=0.987 44, 检出限为0.013 6 mg·L-1。 选取Zn2+、 Fe3+、 K+等十种金属干扰离子对探针的荧光传感性能进行研究, 分析表明该探针对Pb2+具有良好的特异选择性, 并在不同pH环境和孵育时间下测量铅响应, 研究探针的稳定性。

生物体的安全与健康一直备受关注, 金属离子存在于生物体内, 并对生物体的健康与疾病有着重要的影响。 人体内环境复杂, 金属离子在人体内具体的作用机理尚不清楚, 因此寻找一种方法可以实现对人体内金属离子的检测对于探索它们在人体内的作用具有重要意义。 分子荧光探针一般由识别基团、 荧光基团和连接基团三部分组成, 主要是利用探针识别基团与金属离子作用, 改变荧光探针的结构, 从而引起荧光性质的变化来检测金属离子。 这些荧光性质的变化涉及到不同的荧光机理, 比如光诱导电子转移机理, 荧光由于光诱导电子转移机理会出现荧光猝灭现象, 可以根据这个机理设计开-关或者关-开型荧光探针; 分子内电荷转移机理由于探针与检测物反应会引起红移或者蓝移, 适合比率型荧光探针的设计。 荧光成像技术因对检测物具有特异的高灵敏识别能力和能够在生物体内实时监测的优点得到了迅速发展, 已经广泛应用于生物体内活性物质的检测, 大量的金属离子探针也被报道。 本文主要根据检测不同种类的常见金属离子如铜离子、 铁离子、 锌离子、 汞离子等, 对他们在生物体中含量作用等做了研究。 综述了检测铜离子的胆固醇类探针、 新型开启式近红外荧光探针, 基于氧化还原特性及把具有独特的Fe2+脱氧作用的N-氧化物基团连接到荧光团上以特异性识别Fe2+机理设计检测铁离子荧光探针, 基于硫羧醛的脱保护反应构建检测汞离子荧光探针, 基于分子内电荷转移荧光共振能量转移效应的锌离子荧光探针, 检测镁离子的喹啉类荧光探针、 检测镉离子的吩恶嗪类荧光探针以及检测铬离子、 锡离子等各类荧光探针, 综述了近三年检测金属离子的不同种类荧光探针的优缺点、 设计机理、 作用机制、 研究进展及生物应用并对未被检测金属离子的荧光探针做了展望。

炭疽杆菌是高致病性病原微生物, 引起的炭疽病在我国属于乙类传染病, 因此建立操作简便、 灵敏准确的炭疽杆菌检测方法对预防和控制炭疽传播, 维护公共卫生安全至关重要。 该研究创新性地提出以绿色材料大豆蛋白为保护剂和还原剂, 采用微波加热法合成了一种具有强烈红色荧光发射的大豆蛋白金纳米簇(SPI-AuNCs)。 采用TEM、 UV-Vis、 FL、 XPS、 FTIR等方法表征了SPI-AuNCs的成功合成和部分特殊性能。 结果表明SPI-AuNCs呈球形, 粒径大小在1.8~3.2 nm范围内, 平均粒径为2.65 nm, 在500～550 nm范围内未出现表面等离子体共振峰; SPI-AuNCs的最大激发波长为370 nm, 最大发射波长为680 nm。 SPI-AuNCs的表面官能团主要有—NH、 —COOH、 —OH、 —SH等官能团, 元素的组成主要包括C、 N、 O、 S、 Au元素。 根据Cu2+与SPI-AuNCs表面基团通过配位作用形成非荧光复合物, 使荧光猝灭; 而2,6-吡啶二羧酸(DPA)与Cu2+具有更高的亲和力, 可将Cu2+从SPI-AuNCs表面竞争下来, 使荧光恢复, 据此建立了一种荧光“关-开”策略检测DPA的新方法。 在最佳实验条件下, 荧光恢复率(ΔF/F1)与DPA的浓度在1.15～70.0 μmol·L-1范围内呈良好的线性关系, 线性方程为ΔF/F1=0.011c+0.131, 相关系数r=0.991, 方法检出限为0.34 μmol·L-1。 同时, 通过加标回收实验研究了湖水和牛奶样品中DPA, 得到加标回收率在97.3%～103.6%, 表明了该方法在环境和食品样本DPA的检测中具有很大的应用潜力, 可以为环境监测和食品安全提供方法学支持。

具有长波长荧光发射特性的碳点(CDs)材料由于其在生物领域的广阔应用而受到越来越多的关注。 长波长发射荧光碳点的合成主要基于高温高压的方法, 室温合成的方法和研究还比较少。 采用碱催化的方式, 将氢氧化钠溶液与果糖溶液混合后透析, 无需加热和其他额外的能量输入即可制备出一种蓝绿色发光可调的碳点, 并通过透射电子显微镜、 紫外-可见分光光度计、 稳态荧光光谱仪等光谱技术对合成碳点进行了表征。 进一步采用圆二色分光光度计和皮秒时间相关单光子计数等测量系统对碳点与牛血红蛋白(BHb)之间的相互作用进行了探究。 虽然已有较多应用碳点检测BHb的研究, 但这些研究更注重分析BHb检测的效果, 而对BHb猝灭碳点荧光的机理还缺少较为详细的系统性证明。 测量得到了二者在不同温度下相互作用的Stern-Volmer图像, 以及碳点在BHb加入前后的荧光寿命, 结果表明BHb对碳点荧光的猝灭是一个静态的过程。 并且在该过程中, BHb的α-螺旋含量下降了约3%, 证明了碳点会使蛋白的结构发生改变。 BHb与碳点混合后形成了复合物, 导致碳点的荧光下降。 通过分析干扰样品以及反应时间对检测BHb的影响, 证实了碳点检测BHb具有良好的选择性和稳定性。 另外, 碳点荧光强度下降, 下降比例与BHb浓度成线性关系, 因此可以设计基于碳点荧光猝灭的血红蛋白生物传感器, 用于微量BHb的特异性检测, 所检测的线性范围为0～5 μmol·L-1, 检测限为243 nmol·L-1(S/N=3)。 所合成的碳点还可以实现双波长激发检测, 实验证实在370和425 nm激发下, 碳点的荧光猝灭程度和BHb的浓度之间表现出良好的线性关系, 这为该荧光探针检测BHb提供了更多的应用价值。 由于该碳点的合成手段简便, 操作技术难度低且合成原料容易获得, 该荧光探针对BHb的微量检测在生命科学研究和刑侦领域都具有十分重要的意义。

与可见光区（400~700 nm）和近红外一区（NIR-I，700~900 nm）荧光成像（FL）相比，近红外二区（NIR-II，1000~1700 nm）荧光成像具有更深的穿透深度、更高的信噪比。开发亮度高、吸收/发射波长长、生物相容性好的NIR-II荧光探针一直是NIR-II荧光成像领域的一个重要研究方向。有机NIR-II荧光探针以其优异的生物相容性和良好的药代动力学特性而备受关注。本文从红移吸收/发射波长、提高荧光量子产率/摩尔吸光系数、改善生物相容性等角度系统总结了近年来花菁类染料、D-A-D小分子、聚合物点等有机NIR-II荧光探针的研究进展，重点介绍了具有代表性的荧光探针在活体NIR-II荧光成像中的应用，最后讨论了有机NIR-II荧光探针迈向临床应用面临的潜在挑战。