PH熒光探針是一類能夠通過熒光信號(hào)變化來檢測(cè)環(huán)境pH值的分子工具，能夠通過熒光信號(hào)的變化反映pH的微小改變。廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。其核心優(yōu)勢(shì)在于高靈敏度、實(shí)時(shí)檢測(cè)能力和非侵入性。
1. PH熒光探針的基本原理
熒光響應(yīng)機(jī)制：探針分子中的pH敏感基團(tuán)(如酚羥基、氨基等)在不同pH下發(fā)生質(zhì)子化/去質(zhì)子化，導(dǎo)致熒光強(qiáng)度(如比率型探針)或發(fā)射波長(如雙發(fā)射型探針)變化。
單波長探針：熒光強(qiáng)度隨pH變化，但易受探針濃度、光漂白等因素干擾。
比率型探針：通過兩個(gè)波長的熒光比值計(jì)算pH，減少干擾，提高準(zhǔn)確性。
雙激發(fā)/雙發(fā)射探針：通過不同激發(fā)或發(fā)射波長的信號(hào)比實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的pH測(cè)量。
3.主要應(yīng)用領(lǐng)域
細(xì)胞生物學(xué)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞器(如溶酶體、線粒體)的pH動(dòng)態(tài)，研究細(xì)胞代謝、自噬、凋亡等過程。
醫(yī)學(xué)診斷：用于腫瘤微環(huán)境(酸性)成像、炎癥檢測(cè)或藥物遞送系統(tǒng)的pH響應(yīng)釋放。
環(huán)境監(jiān)測(cè)：檢測(cè)水體、土壤的pH變化，評(píng)估環(huán)境污染或生態(tài)健康。
4.PH熒光探針的核心優(yōu)勢(shì)
高靈敏度與選擇性：可檢測(cè)微小的pH變化(ΔpH≈0.1)，部分探針針對(duì)特定pH范圍(如溶酶體pH 4.5-5.5)設(shè)計(jì)。
實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：無需破壞樣本，適用于活細(xì)胞或活體成像，時(shí)間分辨率達(dá)毫秒級(jí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)pH動(dòng)態(tài)變化。
空間分辨率：可定位到細(xì)胞器特異性pH測(cè)量。
多功能性：可與其它熒光標(biāo)記(如鈣離子探針)聯(lián)用，同步研究多參數(shù)信號(hào)。
生物相容性：部分探針(如SNARF、BCECF)對(duì)細(xì)胞毒性低，適合長期觀測(cè)。
非侵入性：對(duì)細(xì)胞干擾較小
5.常見PH熒光探針類型
BCECF：pH敏感熒光染料(pKa≈6.98)
SNARF：比率型探針，雙發(fā)射波長
HPTS：水溶性好，適用于胞外pH測(cè)量
Protonex Lyso：特異性標(biāo)記溶酶體(pKa≈4.5-5.5)
圖示：
圖1.用 Protonex™ Red 600 染色的HeLa活細(xì)胞圖像。將 HeLa 活細(xì)胞接種于 96 孔板中并培養(yǎng)過夜。去除生長培養(yǎng)基后，用 HBSS沖洗細(xì)胞，隨后在 37°C 下用 0.6 µM Protonex™ Red 600 染色 30 分鐘。染色后，再次用 HBSS 沖洗細(xì)胞，并使用帶有 TRITC 濾光片的熒光顯微鏡進(jìn)行成像。
圖2.使用 PhosphoWorks™ 熒光法磷酸鹽檢測(cè)試劑盒在黑色固體 96 孔板上，通過 Novostar 微孔板讀數(shù)儀(BMG Labtech 公司)測(cè)量磷酸鹽劑量反應(yīng)。
PH熒光探針通過將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為光學(xué)信號(hào)，為研究pH相關(guān)的生命活動(dòng)或環(huán)境變化提供了不可替代的工具。未來發(fā)展方向包括提高探針的穩(wěn)定性、拓展近紅外成像能力(適用于深層組織)，以及開發(fā)智能響應(yīng)型探針(如與納米材料結(jié)合)。
