以苯併呋咱 (benzofurazan) 為骨架的螢光團之介紹

由於其靈敏度和選擇性，結合螢光檢測的高效液相層析 (HPLC) 已成為測定 未知物最有效的工具之一。然而大多數分析物均不含螢光，因此需要用各種螢光 衍生化試劑進行分析物衍生化或化學轉換，使檢測方法可以更廣泛的應用在其他 分析物上。⁷⁷為此目的，到目前為止已經發展出許多螢光衍生化試劑，^78,79並可以 將它們分為兩類，一種是由高螢光部分和標記部分組合成的「螢光標記 (fluorescent tagging)」或「標記試劑 (labeling reagent)」，其和分析物上的官能基反應後會形成 螢光標記衍生物；另一種是「螢光試劑 (fluorogenic reagent)」，其本身沒有螢光，

和分析物反應後會產生螢光的衍生物，可避免螢光試劑本身的螢光干擾，故螢光 試劑優於螢光標記。而以苯併呋咱 (benzofurazan) 為骨架的化合物是常見的螢光 試劑，如 NBD、DBD、ABD、SBD 等，其結構如圖 1-22 (a) 所示。

圖 1-22 (a) 常見以 benzofurazan 為骨架的螢光試劑之結構圖。(b) 螢光試劑之胺 類螢光衍生物結構圖。

1.5.1 以 benzofurazan 為骨架的螢光團之螢光特性 (sulfonamide)、磺酸酯基 (sulfonate) 之間會有電荷轉移，導致分子內電荷分離使 偶極矩增加，⁸³而電子激發過程比原子核運動還來得快，⁸⁴在皮秒 (picosecond) 的 象又稱正溶劑化顯色 (positive solvatochromism)。在一些情況下，分子透過自發放 熱 (非輻射) 的方式回到基態的過程 (knr) 會和螢光放射路徑作競爭，而許多 歸類為溶劑變色螢光團 (solvatochromic fluorophore)。

圖 1-23 solvatochromic 效應對螢光影響示意圖。⁸²

1.5.2 以 benzofurazan 為骨架的螢光團之應用

以 benzofurazan 為骨架的螢光團具有以下優點：⁸⁶ (1) 螢光特性受環境極性影 響大。(2)量子產率 (quantum yield，Φ) 高。(3) 激發和放射波長較長，若運用在 生物體內，可避免生物體自體螢光的干擾。雖然此種螢光團為單螢光放射輸出，

其螢光強度容易受種種外在因素所影響，而不像前一章節介紹的 3-hydroxyflavone 有雙螢光放射峰，具有自我校正之功能，但單螢光放射相較雙螢光放射，其放光 機制較為單純，且因其對環境敏感的特性，使得這些螢光團也早已被廣泛的運用 在螢光感測器與探針上。早期常應用於溫度應達型螢光感測高分子，近年來則應 用在配體探針 (ligand-based probe) 上選擇性辨識蛋白質。

2003 年 Uchiyama 教授及其研究團隊在 LCST 高分子中，引入一系列以 benzofurazan 為骨架的螢光團作為螢光輸出訊號的來源，⁸⁷如圖 1-24 所示。在低溫 時高分子溶於水中，螢光團處於較親水的環境，螢光強度弱；當溫度提升後，高 分子間作用力提升，導致螢光團處於較疏水的環境，螢光強度大幅提高，藉由觀 察螢光強度的變化達到溫度感測目的。

圖 1-24 (a) 含聚合雙鍵官能基之苯併呋咱衍生物。(b) 不同溫度應答螢光高分子 最強放射螢光強度對溫度作圖。分別為 PNIPAM 修飾 DBD-AE (●)、NBD-AE2 (▲)、

NBD-AA (+)、ABD-TE (♦)、NBD-AE (x) 以升溫模式測量以及 DBD-AE (○) 以降 溫模式測量。⁸⁷

2013 年陳貴通教授及其研究團隊將以 benzofurazan 為骨架的不同螢光團，修 飾在會和目標蛋白質結合的配體 (ligand) 上，形成一系列偵測特定蛋白質之螢光 探針。⁸⁸其感測機制為配體會與蛋白質中的特定疏水部位的結合，由於環境敏感的 螢光團鄰近疏水環境造成螢光強度大增，而在沒有目標蛋白的情況下，環境較為 親水使得螢光強度很低，藉由螢光的 turn-on 來選擇性辨識目標蛋白，如圖 1-25 所 示。

圖 1-25 (a) 蛋白質螢光探針感測機制示意圖。(b) 一系列偵測特定蛋白質螢光探 針之分子結構。⁸⁸