图1 锌离子在小鼠组织细胞内成像[2]

1.2.1 以喹啉类化合物为母体的锌离子荧光探针

荧光机理：喹啉具有一个强大的共轭体系，与Zn2+结合后，Zn2+与喹啉分子中未成键的n电子进行配位，其最高的占有轨道的基态由n轨道转变为π轨道，其对应的S1态从n、π*能层改变为π、π*能层，即电子受激发时容易产生自旋允许的π-π*跃迁，而不是自旋禁阻的n-π*跃迁，使化合物表现出较强的荧光。不仅如此，喹啉基衍生物的杂环氮原子能进行配位，同时具有识别和荧光功能。

Frederickson等人首次合成的TSQ(6-甲氧基-8-甲苯磺酞胺基喹啉)探针被视为Zn2+荧光探针识别发展史上的转折点。它首先用Zn2+的荧光成像检测，应用于大脑及心脏中。基于喹啉类为母体的化合物在络合Zn2+之后，在吸收波长334nm和发射波长495nm处，表现出强且明显的荧光。此荧光探针经实验人员检测具有高选择性以及对细胞不具有毒害性，但此化合物并不成熟，存在很多局限性，水溶性较低且需紫外光进行激发。如图2所示

图2 以喹啉类为母体的TSQ探针[3]

被广泛用于构造金属离子荧光分子探针最具有代表性的喹啉类衍生物是8-氨基喹啉（8-AQ）。喹啉及其衍生物分子结构上的氨基与N原子之间由于存在分子内氢键作用，在未络合金属离子时就可以产生较弱的荧光。但在络合金属离子之后，分子内的氢键被破坏，分子内电子转移过程被抑制，因此喹啉化合物及其衍生物会发出强烈的黄绿色荧光。而且更加重要的是，只有Zn2+和Ca2+才能破坏喹啉结构中分子内氢键，从而使荧光强度显著增强。因此与8-羟基喹啉相比，8-氨基喹啉更适合构造高选择性的金属荧光探针。

但是8-氨基喹啉中的活泼氢易于生物体中的活性成分发生反应，影响它对金属离子的选择性和荧光在体内的成像检测，所以8-氨基喹啉不能直接进行荧光检测。

在研究中人们发现由于喹啉基酰胺能够准确地识别Zn2+,在中性缓冲溶液（PH=7）中荧光强度显著增强，发射波长发生明显红移，这为合成Zn2+荧光探针提供了丰富的理论基础和实验方向。研究人员以喹啉酰胺为母体，分别引入各种烷基羟基或含氮杂环于酰胺基的α位和β位，改善化合物与Zn2+络合的选择性，提高该化合物的结构的稳定性，并且在这么多取代基中挑选出合适的喹啉酰胺衍生物结构，为构建复杂的Zn2+荧光探针提供分子模块。