近几十年来，荧光染料及其衍生物在材料、生物、医学、太阳能利用等方面取得了很多突破性进展，引起了科学界的持续关注。有机小分子荧光染料作为应用最广泛的荧光染料之一，被应用于细胞成像、分子探针和药物输送系统等领域。

从今年开始，先丰纳米在以往荧光纳米材料（量子点、金银铜纳米簇、近红外二区荧光染料等）的基础上，扩充了有机荧光染料系列产品，为生物医学研究提供更有力支撑。

本期小丰整理了荧光染料的相关信息以及上新的产品类型，一起看下吧~

一、荧光染料发光原理

荧光染料是指在可见光范围内能强烈吸收，并辐射出荧光的染料。它是一种光致发光现象，当紫外光或某种光照射到荧光物质上时，该物质就会吸收与其特征频率相一致的能量，从基态跃迁到能量较高的激发态，随后通过辐射跃迁释放能量（荧光），且发射光波长大于吸收光波长（斯托克斯位移）。

二、荧光染料分类

荧光染料根据其发光-构效关系可以分为“电子离域型”和“电荷转移型”两类。

常见的“电子离域型”染料包括罗丹明、荧光素、菁染料和Bodipy等，“电荷转移型”染料包括1,8-萘酰亚胺、香豆素、NBD和𫫇嗪类染料等。

这些染料在结构和光学性质上存在明显差异。例如，“电子离域型”染料具有窄的吸收和发射峰、小的斯托克斯位移、高的摩尔消光系数和量子产率，且对溶剂极性不敏感；而“电荷转移型”染料则展示出与“电子离域型”染料不同的特性。

正是这些性质的差异，使得各种染料能够适用于不同的荧光成像研究目的，并在各自的应用领域内发挥其特有的优势。

三、常用的有机荧光染料

目前常用有机荧光染料主要包括花菁染料、荧光素、罗丹明荧光染料、香豆素类等。

花菁类

花菁类染料(Cyanine，简写Cy)是一类常见的荧光染料。花菁染料可以与特定的蛋白质/抗体结合，生成靶向重组荧光探针，在不同的动物模型中结合并追踪蛋白质/细胞，此外，它们也常用于生物筛选、蛋白免疫印迹、生物医学显影、小动物体内成像等。

花菁染料存在一个强的共振结构，电荷位于发色团的尾端，改变两个氮原子之间共轭链的长度可以显著改变花菁的吸收和光射光谱。研究发现，桥链长度和两端的发色团直接控制着染料的吸收峰和发射峰值，从而让Cy系列染料可以覆盖从紫外到远红外的几乎所有常用荧光谱带。

目前最为常用的花菁染料是吲哚菁绿 (ICG)，该染料具有近红外吸收和发射的性质。此外花菁类染料也包括Cy3、Cy3.5、Cy5、Cy5.5、Cy7和Cy7.5，这些染料大多具有低水溶性。它们在进行生物分子标记时，通常先溶解在有机溶剂中，然后再加入含有生物分子的溶液中。

荧光素

荧光素类（Fluorescein）是人类合成的第一批荧光染料，研究得非常充分，1871年Adolf von Baeyer就化学合成制备出了荧光素。

荧光素具有极强的荧光和鲜艳的颜色，在分析领域，荧光素是一种重要的荧光试剂。荧光素虽然易溶于水，但是与细胞膜脂也有很好的亲和性，易于渗透到细胞中，用于生物成像。

荧光素在荧光探针领域有着广泛的应用。当荧光素作为荧光探针连接到蛋白质上时，蛋白质构象的变化将引起荧光素所处微环境的变化，从而使得其光谱性质发生变化，因此可利用荧光素光谱位置、强度和荧光寿命的变化来检测蛋白质的构型变化。

常见的荧光素衍生物包括异硫氰酸荧光素（FITC）、羧基荧光素、5/6-羧基荧光素琥珀酰亚胺酯、脒基荧光素（FAM）和二乙酸荧光素。 

罗丹明

荧光素和罗丹明都属于氧杂蒽染料，自首次合成以来在各个领域得到了广泛应用。

相对于荧光素染料，罗丹明的荧光具有更好的pH稳定性，并且胺化染料更容易结构多样化，从而得到更多不同激发/发射波长的荧光染料，因此罗丹明类染料有更多的选择，很多染料有比荧光素波长更长的荧光，是荧光素类染料的有力补充。

和荧光素类似，罗丹明在水溶液中具有较高的荧光量子产率，结构易于修饰，可制备合成多种类型的荧光探针，用于检测离子、生物小分子和酶等。罗丹明的吸收和发射波长均在530nm以上，通过分子修饰可将吸收和发射光谱进一步红移至近红外区，并且水溶性和生物兼容性较好，广泛应用于生物成像。

罗丹明6G、110、123以及罗丹明B是使用最广泛的罗丹明染料的类型，近几年也发展出各种新型的罗丹明衍生材料，均得到了广泛的研究。

随着科学技术的快速发展，荧光染料在生命科学研究中具有越来越广泛的应用前景，医学界“荧光调色盘”中的色彩也逐渐丰富了起来。

迄今为止，研究者已经开发了许多种类的荧光材料，包括有机染料、荧光蛋白、半导体量子点、金属络合物、纳米荧光材料（碳纳米荧光材料，金纳米荧光材料，硅纳米荧光材料等）、荧光聚合物（荧光超分子聚合物材料）等。

先丰纳米将根据客户需求不断研发各类荧光材料，深耕细作，开拓创新，为生物医学领域点亮“璀璨星光”。

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