[发明专利]新指示剂平台

说明书

发明领域

本发明公开了一类新的响应外部刺激如生化环境、温度或光辐射的生色和荧光的指示剂。所述新指示剂提供了广泛的可能应用范围，涉及例如生物体系或光学数据存储的应用。

发明背景

指示剂为响应于外部刺激(也表示为″eS″)生成可检测信号(也表示为″dS″)的物质。该刺激一般包括温度、光(光不稳定或光致变色的指示剂)、电场(电致变色的指示剂)、压力(压电指示剂)、离子浓度(例如，pH指示剂)和生物化学反应性(例如，酶指示剂)。

将刺激翻译为可检测信号的机制解释在方案I中，并且通常涉及在所述刺激介导的过程中指示剂的不稳定基团(也表示为″LG″)的化学除去或改性。

方案I：指示剂体系的一般概念和术语

不稳定基团的除去或改性最经常获得活化的信号原(signalogen)(也表示为″aS″)，其通常经历进一步的转化(常常涉及与辅助试剂(也表示为″aR″)的相互作用)以生成信号团(signalophore)(也表示为″SP″)，该信号团的形成通常与所述可检测信号的发生同时。因此，指示剂表示被掩蔽的活化的信号原，即通过不稳定基团使其失活。指示剂体系(也表示为″IS″)包含活化的信号原、不稳定基团、辅助试剂(任选的)、可检测信号的要素，以及询问(interrogation)可检测信号的合适手段(means)。可检测信号的出现为经历外部刺激的结果，并且因此通过合适的设备或人眼的询问实现了外部刺激的方便的检测和/或定量。

可检测信号的实例包括光密度的改变、吸收(absorption)或发射(emission)(如生色、荧光和发光的指示剂)或者电流或电场的改变(生电指示剂)。

可检测信号在性质上可以为短暂的或持久的：例如，荧光酶指示剂在经历一定的酶活性时可以释放出荧光实体。在该情况中，可检测信号在性质上是持久的。相反，生物发光指示剂可以响应于ATP的存在而发光。代表可检测信号的光的发射在性质上是短暂的。

可检测信号可以与暂时或永久性外部刺激相关：例如，pH指示剂响应于表示永久性外部刺激的质子浓度变化而连续改变颜色。在该情况中，相应的指示剂经历相反的改变，并且称为可逆指示剂体系。相反，光不稳定的(photo-labile)指示剂响应于短激光脉冲可以经历持久的颜色变化。在这种情况中，相应的指示剂在单个外部刺激时经历不可逆的变化，并称为不可逆指示剂体系。

此处存在大量的重要应用，包括与不可逆指示剂相关的生物、诊断、化学和光学数据存储。

在生物中使用的指示剂常常响应于酶活性。酶指示剂用于许多形式的测定中。这些测定可以在需求可溶性指示剂体系的溶液相中实施。

其他测定需求酶活性的物理位置。在此，合适的指示剂将会对与酶活性相关的具体位点进行染色。为此目的，响应于局部的酶刺激指示剂必须形成不可溶沉淀。这些类型的指示剂称为不可溶或沉淀指示剂体系。沉淀指示剂体系在性质上是不可逆的。

检测酶活性在诊断和测试应用以及生物化学、分子生物学和组织学研究中是重要的。在诊断中，酶活性与微生物病原体的存在相关，以及与代谢不良或基因疾病相关。

免疫方法基于抗体与抗原的相互作用。为了检测这种相互作用，抗体必须携带标记。通常使用酶标记第二抗体。因此，检测酶活性对于免疫测定是基础。免疫测定广泛适用于临床诊断、食品和环境测试以及生物化学实验方案如蛋白质印迹法(Western blotting)。

在分子生物学中，需要在报道基因实验方案中检测酶活性。报道基因的基因表达产生了可以被检测的酶活性。以这种方式，研究者获得了遗传转化的信息。

1H-Indox-3-基指示剂体系

1H-Indox-3-基(也表示为″Indox″)指示剂是在微生物学、免疫学、生物化学和遗传学中广泛用于使酶活性形象化的生色指示剂(chromogenic indicator)。

Indox指示剂体系衍生自1H-吲哚-3-酚(1H-indol-3-ol)(3-羟基吲哚，其相应的互变异构体形式二氢吲哚-3-酮或3-氧代二氢吲哚，称为Indoxol)结构，其中3-羟基的氢原子被不稳定基团所取代。不稳定基团的失去生成Indoxol作为活化的信号原，其与大气氧(常见辅助试剂)以复杂自由基链反应形式相互作用从而生成胶体靛蓝染色剂作为信号团。与靛蓝染料相关的样品在光传输方面的剧烈变化表示指示剂体系的可检测信号。

尽管它们具有广泛的用途和在商业上的重要性，Indox指示剂体系的应用承受一些重要的限制：