王佳昕， 賈冬民， 丁煜賓

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 化學(xué)系, 南京 210095）

糖類化合物在生物體內(nèi)以多種形式存在，包括單糖、二糖、低聚糖、多糖、糖蛋白等，是生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。迄今為止，從單糖到分子量上萬的多糖，都在生命體系中扮演著各種重要的角色。血糖檢測是一項(xiàng)常規(guī)的檢查項(xiàng)目，通過血樣中葡萄糖濃度的測定，可知人體的糖代謝是否處于正常水平，這也是糖尿病人日常健康狀態(tài)監(jiān)測的最重要依據(jù)。此外，一些活性多糖在臨床上也被廣泛使用，例如肝素就是一種手術(shù)和透析中不可或缺的抗凝血?jiǎng)?，其分子結(jié)構(gòu)中最主要的重復(fù)單元是硫酸化的艾杜糖醛酸和氨基葡萄糖連接得到的二糖。針對特定糖類化合物發(fā)展高特異性、高靈敏的分析檢測和示蹤方法，對于相關(guān)疾病的診斷、治療和相關(guān)生命活動機(jī)制的研究具有重要的意義[1]。三明治結(jié)構(gòu)免疫分析法[2]、電化學(xué)法[3]、比色法[4]、分子印跡法[5]、檢測試紙[6]和可穿戴的血糖檢測器[7]等新的檢測方法和檢測材料正在不斷地被開發(fā)出來，血糖檢測技術(shù)也因此不斷地被更新。

熒光分子探針一般是指結(jié)構(gòu)中包含至少1 個(gè)熒光團(tuán)的功能化有機(jī)分子。探針分子通過與待檢測目標(biāo)物質(zhì)發(fā)生特異性作用 (例如配位、氫鍵、共價(jià)鍵斷裂與形成等)，使其化學(xué)結(jié)構(gòu)或者聚集狀態(tài)發(fā)生改變，從而產(chǎn)生光學(xué)信號。分子探針技術(shù)可以將分子界面的相互作用信息以光學(xué)信號的形式直觀地傳遞給觀察者，具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、原位檢測和對樣品無損等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛關(guān)注并用于各種生物分子、離子、核酸、蛋白酶等生物大分子的生物成像和檢測[8-10]。針對糖類化合物的識別，分子探針在設(shè)計(jì)過程中可以通過引入糖捕獲空腔 (模擬凝集素)[11-14]、硼酸作用位點(diǎn)[15]、糖靶向多肽[16]等方法提高探針分子對糖的特異性結(jié)合能力，或者設(shè)計(jì)構(gòu)建熒光傳感陣列[17]實(shí)現(xiàn)對糖的模式識別[18]。此類分子探針?biāo)婕暗臒晒鈧鞲袡C(jī)制包括振動誘導(dǎo)發(fā)光[19]、聚集誘導(dǎo)發(fā)光[20]等，近幾年一些相關(guān)的綜述對其進(jìn)行了詳細(xì)的介紹[21-22]。

卟啉被稱之為“生命色素”，在植物的光合作用和動物的呼吸作用中不可或缺，肩負(fù)能量傳遞和物質(zhì)轉(zhuǎn)移等重任[23]。自然界之所以會選擇卟啉，這取決于卟啉優(yōu)異的光物理和光化學(xué)性質(zhì)。大部分卟啉類化合物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，其四吡咯芳香大環(huán)的核心結(jié)構(gòu)對酸、堿、熱并不敏感，保障其在應(yīng)用中不易分解。此外，卟啉類化合物摩爾消光系數(shù)大，吸收光譜中的Soret 帶和Q 帶波長范圍寬，覆蓋了大部分的可見光光區(qū)至部分近紅外光區(qū)。而且延長共軛體系的卟啉結(jié)構(gòu)甚至可以吸收2 000 nm 以上波長的光波[24]。卟啉類化合物的熒光發(fā)射波長也一般都在600 nm 以上，通過共軛體系的延長或者發(fā)展擴(kuò)展卟啉，該類化合物的熒光很容易達(dá)到近紅外區(qū)域，為其應(yīng)用于生物體系創(chuàng)造了優(yōu)越的條件[25]。結(jié)合作者自身在卟啉和糖識別領(lǐng)域的研究經(jīng)歷[26-29]，綜合考慮文獻(xiàn)中所檢測糖的種類、探針的物質(zhì)構(gòu)成和探針的識別單元3 個(gè)因素，嘗試從基于卟啉的特異性單糖探針 (芳基硼酸識別單元)、基于卟啉的特異性單糖探針 (其他識別單元)、卟啉-無機(jī)納米復(fù)合物用于葡萄糖檢測 (也屬于單糖探針，探針物質(zhì)構(gòu)成為有機(jī)-無機(jī)雜化材料) 和基于卟啉的多糖探針4 個(gè)方面對卟啉類探針在糖識別領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀進(jìn)行簡明扼要的總結(jié)，并在文末對該領(lǐng)域未來可能的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

1 基于卟啉的特異性單糖探針：芳基硼酸識別單元

日本化學(xué)家新海征治(Seiji Shinkai)課題組在發(fā)展糖識別傳感器領(lǐng)域做出了很多杰出的、開創(chuàng)性的研究工作。其分子設(shè)計(jì)主要圍繞卟啉的meso-位修飾芳基硼酸單元，利用芳基硼酸對糖分子中二醇單元的強(qiáng)結(jié)合能力，將其作為糖的識別位點(diǎn)[30]。如通過將含有1 個(gè)芳基硼酸取代基的卟啉化合物1(見圖1)與只含有4 個(gè)醇羥基的單糖包括D/L-海藻糖、D-阿拉伯糖、甲基-α-D-甘露糖苷和D/L-蘇糖醇在二氯甲烷中回流，可以得到對應(yīng)的以1:2 結(jié)合的單糖-卟啉硼配合物[31]。理論計(jì)算表明，該反應(yīng)所得的海藻糖-卟啉、阿拉伯糖-卟啉、甲基-α-D-甘露糖苷-卟啉和蘇糖醇-卟啉配合物中，2 個(gè)卟啉環(huán)平面之間的夾角分別為120°、53°、40°和12°，因此該反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了對2 個(gè)卟啉分子之間距離和角度的有效調(diào)控。并且來源于不同D/L 構(gòu)型糖的卟啉配合物展現(xiàn)出完全不同的光譜，可以用于糖D/L 構(gòu)型的區(qū)分。

圖1 卟啉探針1 的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其與不同單糖的結(jié)合模式[31]Fig. 1 Chemical structure of porphyrin-based sensor 1 and its binding modes with different sugars[31]

事實(shí)上，新海征治課題組在早期的研究中發(fā)現(xiàn)芳基硼酸修飾的卟啉分子 2 (見圖2) 在DMSOH2O (1∶30,V∶V) 體系中對D-果糖具有明顯的紫外-可見吸收光譜和熒光發(fā)射光譜響應(yīng)，且對D-果糖的響應(yīng)信號大于阿拉伯糖、甘露糖和葡萄糖，對D-果糖的檢測限為0.5 mmol/L[32]。可能的光譜響應(yīng)機(jī)制在于2 結(jié)合D-果糖后分子的聚集狀態(tài)發(fā)生了改變?；谙嗤脑恚撜n題組又在2 的基礎(chǔ)上發(fā)展了相應(yīng)的金屬卟啉硼酸探針分子 3M2+(見圖2，M2+= Mg2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+)，其與D-果糖結(jié)合后由幾乎無熒光的聚集狀態(tài)改變?yōu)榉稚⒌膯误w狀態(tài)，從而熒光恢復(fù)，同時(shí)溶液的顏色也發(fā)生了肉眼可見的變化[33]。

在單一的硼酸-糖作用基礎(chǔ)上，新海征治課題組又設(shè)計(jì)合成了含芳基硼酸基團(tuán)的鋅卟啉化合物4(見圖2)[34]。通過其硼酸單元與糖分子中的1,2-二醇單元結(jié)合，同時(shí)其大環(huán)中心的鋅離子與磷酸單元配位，化合物4 可以非常好地識別葡萄糖-6-磷酸，而對葡萄糖-1-磷酸響應(yīng)微弱?；谶@種雙位點(diǎn)識別作用，化合物4 還被用于生物活性物質(zhì)多巴 (3,4-二羥基苯丙氨酸，多巴胺的上級原料) 及其衍生物的分析檢測。出于類似的雙識別位點(diǎn)思想，該課題組還曾在芳基硼酸鋅卟啉的軸向通過配位引入第2 個(gè)芳基硼酸單元，設(shè)計(jì)合成了包含位于卟啉邊緣和軸向2 個(gè)位置的雙芳基硼酸糖探針5[35]。而如果將2 個(gè)芳基硼酸單元分別修飾在卟啉的2 個(gè)meso-位，并在苯環(huán)與卟啉環(huán)之間引入1 個(gè)炔基以減小苯環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)受到的卟啉環(huán)位阻，則所獲得的分子如鋅卟啉6 中的2 個(gè)芳基硼酸單元可以通過苯環(huán)的旋轉(zhuǎn)而改變彼此之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)對不同尺寸糖類化合物的識別[36]。基于這種雙芳基硼酸識別位點(diǎn)與糖二醇單元的作用機(jī)制，卟啉探針還被Hargrove 等[37]用于人參皂苷的識別。

除了以上單卟啉結(jié)構(gòu)的糖硼酸探針設(shè)計(jì)，新海征治等還將鐵卟啉7 在pH=10.5 的條件下反應(yīng)獲得了1 個(gè)鐵卟啉二聚體8(如圖3 所示)[38]，該化合物被作者稱之為“糖鑷”。鐵卟啉二聚體8 分子中糖的識別位點(diǎn)仍然為芳基硼酸單元，但比較特別的是該分子中2 個(gè)卟啉環(huán)之間的距離與單糖的分子尺寸比較接近，使得8 對葡萄糖和半乳糖具有非常高的選擇性。實(shí)驗(yàn)表明，雖然8 含有8 個(gè)芳基硼酸單元，但其與葡萄糖或半乳糖結(jié)合僅用到其中的2個(gè)芳基硼酸單元，其與糖結(jié)合的化學(xué)計(jì)量比為1:1。此外，8 與葡萄糖在僅含 0.3% 甲醇的pH=10.5 的碳酸緩沖溶液中的結(jié)合常數(shù)達(dá)到1.51×105(mol·L–1)–1，與半乳糖的結(jié)合常數(shù)為2.43×104(mol·L–1)–1，已經(jīng)接近相應(yīng)糖特異性蛋白酶的結(jié)合能力。從這個(gè)例子中我們可以看到，為了提高探針分子對目標(biāo)單糖的結(jié)合能力，合理地通過調(diào)控不同芳基硼酸單元之間的空間距離來進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對探針分子的高結(jié)合常數(shù)和高選擇性具有至關(guān)重要的影響。

圖3 鐵卟啉二聚體 8 的制備及其糖識別原理[38]Fig. 3 Synthesis of iron porphyrin dimmer 8 and its sugar binding mode[38]

2 基于卟啉的特異性單糖探針：其他識別單元

除了比較經(jīng)典的芳基硼酸識別位點(diǎn)，膽汁酸[39]、多羧酸/多酰胺[40]、環(huán)狀多肽[41]等結(jié)構(gòu)也常常被用于設(shè)計(jì)糖識別單元。在糖識別單元的設(shè)計(jì)中，如何合理地調(diào)控探針分子與糖之間的氫鍵作用，對于提高探針對目標(biāo)單糖的選擇性具有至關(guān)重要的作用。例如將聯(lián)苯結(jié)構(gòu)凝集素模擬受體分子上的橋連基團(tuán)由間苯二甲酰胺單元替換為2,5-二氨甲基吡咯單元之后，所得新的凝集素模擬受體分子 (見圖4(a)) 對葡萄糖的結(jié)合能力是間苯二甲酰胺單元對應(yīng)受體的2 倍，這是由于2,5-二氨甲基吡咯單元橋連受體分子中間吡咯環(huán)上N—H 鍵的引入改變了受體與糖的氫鍵作用模式[42]。糖識別單元的設(shè)計(jì)除了考慮與糖分子中醇羥基的氫鍵作用之外，還包括探針中的芳環(huán)部分與糖分子中 C—H 鍵之間的 C—H…π 作用[43]。例如將長碳鏈以及 L 型的纈氨酸、蘇氨酸、色氨酸通過碳酰胺基團(tuán)修飾在四苯基卟啉分子的苯環(huán)上，所得4 個(gè)化合物 9a～d (見圖4(b)) 或者其對應(yīng)的鋅卟啉對半乳糖苷、葡萄糖苷、甘露糖苷在二氯甲烷溶液中的結(jié)合常數(shù)可以達(dá)到 104～105(mol·L–1)–1級[44]。此外，疏水作用的引入也可能影響糖探針的識別能力，例如將含有醛基的甾族化合物與吡咯作為原料合成的4 個(gè) meso-位被甾族化合物結(jié)構(gòu)修飾的卟啉分子10 (見圖4(b))[45]。卟啉分子10 中的甾族結(jié)構(gòu)部分作為糖的識別位點(diǎn)，通過氫鍵和疏水作用與糖分子結(jié)合，而卟啉作為信號報(bào)告單元。Job plot 數(shù)據(jù)表明 10 與 D-葡萄糖以 1:2 的化學(xué)計(jì)量比結(jié)合，在水-異丙醇 (1∶1,V∶V) 的混合溶液中的結(jié)合常數(shù)可達(dá) 1.2×109(mol·L–1)–2，作用過程使得卟啉溶液的紫外-可見吸收光譜發(fā)生顯著的變化。但需要指出的是，卟啉類糖探針對糖的光譜響應(yīng)信號有時(shí)候并非來源于卟啉-糖配合物的形成 (化學(xué)變化)，也可能是糖的加入改變了卟啉分子的聚集態(tài) (物理變化)[46]。此外，雖然基于C—H…π 作用、氫鍵作用和疏水作用的卟啉類探針也能夠獲得與基于芳基硼酸識別單元的卟啉探針相當(dāng)?shù)膯翁亲R別性能，但是這類探針與糖分子的作用機(jī)制顯然更為復(fù)雜。

圖4 (a) 基于聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的人工凝集素模擬受體與葡萄糖的結(jié)合模式；(b) 探針 9a～d 和 10 的結(jié)構(gòu)[44-45]Fig. 4 (a) Proposed binding mode between biphenyl-based synthetic lectin and glucose, (b)structures of sensors 9a-d and 10[44-45]

3 卟啉-無機(jī)納米復(fù)合物：葡萄糖檢測

將卟啉與無機(jī)納米材料結(jié)合，利用卟啉特殊的電子和能量傳遞性能可望賦予相應(yīng)的納米復(fù)合材料新的化學(xué)特性[47-50]。在這方面，卟啉可以很方便地以單體的形式直接修飾在無機(jī)納米材料表面，從而實(shí)現(xiàn)對原無機(jī)納米材料的改性。如 Fe3O4納米顆粒本身的類過氧化物酶催化活性較低，將四(4-羧基苯基)卟啉 (H2TCPP) 修飾在 Fe3O4納米顆粒表面后發(fā)現(xiàn)所制備的 H2TCPP-Fe3O4納米復(fù)合物模擬過氧化物酶的催化反應(yīng)活性大大提高，可以高效地催化雙氧水氧化無色的 3,3′,5,5′-四甲基聯(lián)苯胺 (TMB) 底物至藍(lán)色氧化態(tài)，從而通過比色法實(shí)現(xiàn)對雙氧水的檢測[51]。再結(jié)合葡萄糖氧化酶特異性催化氧化葡萄糖至葡萄糖酸并釋放雙氧水這一上級反應(yīng)，H2TCPP-Fe3O4納米復(fù)合物可以通過對所生成雙氧水的檢測間接實(shí)現(xiàn)對葡萄糖的特異性定量分析。該方法對葡萄糖的檢測限為 2.21×10–6mol·L–1，線性響應(yīng)范圍為 5×10–6～ 2.5×10–5mol·L–1。該論文所設(shè)計(jì)的復(fù)合物探針具有易于制備、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。

除了直接以單體形式修飾在無機(jī)納米材料表面，卟啉自身也可以組裝成具有媲美辣根過氧化物酶活性的納米催化材料。Fan 等[52]將四(4-吡啶基)鐵卟啉 (Fe-TpyP) 與1,6-二溴正己烷反應(yīng)，組裝得到了球狀的納米膠囊 Fe-TpyP NCs (Fe-TpyP nanocapsules)。該膠囊殼層的厚度僅約1 nm，并且暴露出多個(gè)催化反應(yīng)位點(diǎn)，能夠很好地模擬過氧化物酶催化雙氧水氧化無色的TMB(3,3′,5,5′ -四甲基聯(lián)苯胺)底物至藍(lán)色的氧化態(tài)(見圖5)。將此納米膠囊模擬酶同樣與葡萄糖氧化酶結(jié)合可以構(gòu)建串聯(lián)反應(yīng)體系用于葡萄糖檢測。該體系首先通過葡萄糖氧化酶氧化葡萄糖為葡萄糖酸并產(chǎn)生雙氧水，隨后Fe-TpyP NCs 再催化雙氧水氧化 TMB為藍(lán)色氧化態(tài)，通過TMB 氧化顯色的傳感機(jī)制，納米膠囊 Fe-TpyP NCs 被成功用于對葡萄糖的選擇性檢測，檢測限為0.098×10–6mol·L–1。

圖5 基于Fe-TpyP NCs 和葡萄糖氧化酶的葡萄糖檢測體系[52]Fig. 5 Glucose sensor achieved by combining GOX and Fe-TPyP NCs[52]

此外，將卟啉合成金屬有機(jī)框架、納米片、納米球等材料之后再與無機(jī)納米材料進(jìn)行復(fù)合也可以獲取新的葡萄糖傳感方法。例如用硼氫化鈉將硝酸銀還原成銀納米顆粒 (AgNPs)，使之吸附在四(4-羧基苯基)卟啉-鋯金屬有機(jī)框架 (PCN-224)表面，得到無熒光的 AgNPs-PCN-224 納米復(fù)合物用于熒光檢測葡萄糖[53]。當(dāng)葡萄糖被葡萄糖氧化酶氧化時(shí)，所產(chǎn)生的雙氧水將銀納米顆粒氧化成銀離子，使之從 PCN-224 表面釋放，從而使 PCN-224 被銀納米顆粒淬滅的熒光得到恢復(fù)。因此，AgNPs-PCN-224 納米復(fù)合物能夠以熒光增強(qiáng)的信號檢測葡萄糖，并被成功用于血樣中的葡萄糖檢測。該體系利用了卟啉金屬有機(jī)框架的熒光性能，可以高選擇性地檢測最低 0.078 ×10–6mol·L–1的葡萄糖。

再如將金納米顆粒 (AuNPs) 修飾到二維銅-四(4-羧基苯基)鐵卟啉金屬有機(jī)框架 (Cu-TCPP(Fe)) 表面制備 AuNPs-Cu-TCPP(Fe) 復(fù)合納米片用于表面增強(qiáng)拉曼光譜檢測葡萄糖[54]。在AuNPs-Cu-TCPP(Fe) 復(fù)合納米片的設(shè)計(jì)中，Cu-TCPP(Fe) 部分具有過氧化物酶催化活性，而AuNPs 具有類葡萄糖氧化酶催化活性，因此該復(fù)合納米片的設(shè)計(jì)直接完成了類葡萄糖氧化酶與類過氧化物酶催化反應(yīng)的串聯(lián)，避免了對天然葡萄糖氧化酶的依賴。此外，Cu-TCPP(Fe) 表面的AuNPs 在設(shè)計(jì)中還扮演了表面增強(qiáng)拉曼光譜信號基底的角色，起到了信號放大的作用。該體系被成功用于檢測唾液樣品中的葡萄糖含量。

4 基于卟啉的多糖探針

阿卡波糖 (Acarbose) 的化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有4 個(gè)糖單元，屬于低聚糖。該糖是α-葡萄糖苷酶的抑制劑，能夠減緩腸道對葡萄糖的吸收，從而起到降血糖的作用，因此在臨床上被用于治療II 型糖尿病。Fukuhara 等[55]和 Sasaki 等[56]將卟啉通過酯鍵與凝膠多糖糖鏈的6C 位羥基偶聯(lián)，設(shè)計(jì)合成了卟啉-凝膠多糖探針分子 (Por-Cur) 用于阿卡波糖的分析檢測 (見圖6)。卟啉-凝膠多糖探針分子 Por-Cur 在二甲基亞砜中呈隨機(jī)纏繞狀態(tài)，而在含水體系中則形成球狀，使得卟啉分子構(gòu)象較為固定并在生物檢測有效光譜區(qū)域發(fā)出圓二色信號[55-56]。阿卡波糖的出現(xiàn)會使得水溶液中球狀的卟啉-凝膠多糖分子重新形成包含阿卡波糖在內(nèi)的共同聚集體，從而產(chǎn)生圓二色信號。該探針對阿卡波糖的檢測限可以達(dá)到 200×10–6mol·L–1。

圖6 阿卡波糖和卟啉-凝膠多糖探針 Por-Cur 的結(jié)構(gòu)[55-56]Fig. 6 Chemical structures of acarbose and sensor Por-Cur[55-56]

糖胺聚糖又稱粘多糖，在高等動物的結(jié)締組織中廣泛存在，大多具有多樣的生物活性。其中肝素具有顯著的抗凝血活性，被廣泛用于臨床的手術(shù)和透析過程中，也被用于心血管疾病的治療。硫酸軟骨素被用于治療骨關(guān)節(jié)炎和膀胱炎。還有如透明質(zhì)酸在護(hù)膚產(chǎn)品和眼科手術(shù)中常常被使用。這些不同的糖胺聚糖化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其在生物合成的過程中缺乏像核酸引導(dǎo)蛋白質(zhì)合成那樣的“中心法則”，使得每種糖胺聚糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)具有明顯的異質(zhì)性。此外，不同糖胺聚糖主要二糖重復(fù)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)又具有一定相似性。這使得準(zhǔn)確識別不同的糖胺聚糖成為分析化學(xué)領(lǐng)域的難題之一。

為了解決糖胺聚糖結(jié)構(gòu)異質(zhì)性所帶來的缺乏特異性識別位點(diǎn)的問題，模式識別提供了全新的解決方案[57-60]。與特異性識別方法不同，模式識別通過模擬人體嗅覺和味覺系統(tǒng)的工作原理，通過綜合多個(gè)交叉響應(yīng)性傳感器的檢測信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得到對每個(gè)相似分析物的特定模式，從而完成檢測。這方面，本課題組近期設(shè)計(jì)合成了5 種帶有不同數(shù)量和位置甲基化吡啶單元的卟啉，并將它們組裝到氧化石墨烯的表面得到對應(yīng)的無熒光納米復(fù)合材料，構(gòu)建了卟啉-氧化石墨烯傳感陣列PPGO (見圖7)[61]。該陣列通過卟啉被不同糖胺聚糖競爭性取代而表現(xiàn)出熒光增強(qiáng)，得到糖胺聚糖的特異性指紋圖譜。線性判別分析顯示該傳感陣列能夠在 PBS 和 10% 血清中高準(zhǔn)確性地檢測肝素，并可以檢測肝素中微量的常見糖胺聚糖雜質(zhì)。

圖7 PP-GO 陣列傳感器的工作原理[61]Fig. 7 Working principle of the PP-GO sensor array[61]

最近，本課題組又分別以帶負(fù)電的1-芘丁酸(Py) 為能量給體，3 種帶正電的甲基化吡啶取代卟啉為能量受體，構(gòu)建了3 個(gè)超分子配合物 Py-PP1,Py-PP2 和 Py-PP4[62]。研究表明，由于3 種配合物中的卟啉單元修飾有不同數(shù)量和位置的甲基化吡啶取代基，Py-PP1, Py-PP2 和 Py-PP4 對不同糖胺聚糖表現(xiàn)出差異性的比率熒光響應(yīng)(見圖8)。以Py-PP1, Py-PP2 和 Py-PP4 為傳感單元構(gòu)建的比率型熒光陣列傳感器可以在 10% 的血樣中準(zhǔn)確鑒別肝素、硫酸軟骨素、透明質(zhì)酸和硫酸葡聚糖，并可以檢測肝素樣品中微量(0.1%) 的糖胺聚糖雜質(zhì)。值得指出的是，該比率型熒光陣列傳感器對4種常見糖胺聚糖的鑒別甚至可以通過肉眼直接判斷(如圖8 所示)。

圖8 Py-PP 陣列傳感器對糖胺聚糖的可視化模式識別[62]Fig. 8 Fluorescence pattern recognition of different GAGs using the Py-PP sensor array[62]

5 結(jié) 語

從基于芳基硼酸識別單元的卟啉類單糖探針、基于其他識別單元的卟啉類單糖探針、用于葡萄糖檢測的卟啉-無機(jī)納米復(fù)合物和基于卟啉的多糖探針4 個(gè)方面介紹了卟啉這一特殊熒光團(tuán)在設(shè)計(jì)糖識別探針領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀?？梢钥闯?，目前國內(nèi)外關(guān)于卟啉類糖識別探針的研究尚十分有限。事實(shí)上，即使是目前研究最廣泛、深入的葡萄糖檢測技術(shù)，很大程度上仍然依賴葡萄糖氧化酶或者其模擬酶的參與。鑒于不同糖類化合物化學(xué)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和相似性，如何從分子層面上理性設(shè)計(jì)高效的糖識別探針具有較大難度。卟啉化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、光物理性能優(yōu)異，相信發(fā)展基于卟啉的糖識別探針仍然大有可為。這方面，卟啉的大π 體系可以通過C—H…π 作用識別單糖，而其吡咯NH 也可以與糖羥基形成氫鍵。此外，卟啉的4 個(gè)meso-位還可以修飾相應(yīng)識別單元，為進(jìn)一步調(diào)控探針與糖分子之間的結(jié)合能力提供了可能。如果再將卟啉結(jié)合其他小芳香環(huán)設(shè)計(jì)合成空間大小合適的空腔來模擬凝集素，或可以綜合以上多種作用來識別糖分子，獲得性能優(yōu)異的新一代糖識別探針。