在过去的几十年中,超分子化学领域通过合成分子受体的研究,试图模仿自然界中的主客体相互作用。这种努力导致了许多能够形成独特超分子集合的主客体相互作用的发现和鉴定。这些研究成果为设计基于超分子的分子传感器奠定了基础,这些传感器被称为指示剂位移测定(IDA)。IDA的早期例子由Inouye、Shinkai和Anslyn小组引入,他们使用合成宿主与其相应的指标具有互补结合。由于先前确定的每种靶物种对其受体的高亲和力,在目标分析物存在的情况下,指示剂被移位,导致光学性质发生变化,从而促进分析物的检测。
最初的IDA实例激发了全球研究人员开发大量新的IDA指标。这些扩展导致了对映选择性指示剂置换测定(eIDA)、荧光指示剂置换测定(FIDA)、基于反应的指示剂置换测定(RIA)、二聚体染料拆卸测定(DDA)、分子内指示剂置换测定(IIDA)、变构指示剂位移测定(AIDA)、机械控制指示剂位移测定(MC-IDA)和淬灭剂置换测定(QDA)。合成受体支架的持续发展和染料的商业化使这些IDA的变体得以实现,并进一步推动了这一领域的进步。
IDA不仅在单一分析物的检测中表现出色,还容易用于创建传感阵列。传感阵列利用多个指示剂与多个受体配对,实现了对单个分析物和复杂混合物的基于模式的识别。这种方法提供了能够识别和区分未知样品混合物的传感平台。Anslyn及其同事的工作突出了这一策略,通过肽-金属-指示剂集合实现了对用于陈酿巴西饮料Cachaça的木材类型进行指纹识别,并对未知的木材提取物进行分类。这克服了基于反应的分子传感器(不可逆)和化学传感器(可逆)的“锁和钥匙”方法的局限性。Minami及其同事进一步证明了这种传感阵列的优势,即仅使用市售试剂来检测和区分单糖。这些研究成果凸显了IDA的简单性和成本效益,因为通常不需要复杂的合成工作。
IDA提供了一种传统分子传感器无法实现的传感策略。Nau及其同事的工作展示了这一优势,其中FIDA被用于对活的V79和CHO细胞中药用相关阳离子胺的细胞摄取进行成像。通过这种方法,研究人员能够实时观察药物在细胞中的动态分布,这对于药物开发和细胞生物学研究具有重要意义。总之,对基于IDA系统的探索已经显示出与传统分子传感器相比的诸多优势,包括:
尽管IDA表现出了巨大的潜力,但仍存在一些限制,需克服这些限制才能充分发挥其优势。例如,eIDA仅限于测定样品的对映体过量(ee),而确定样品的差分(de)仍然是一个重大挑战。为此,研究者们提出了动态共价自组装方法来确定ee和de。未来,IDA的发展方向可能包括开发基于可逆指标的动态共价方法,以实现ee和de的高通量测定,从而补充与制药行业相关的高通量合成。
Anzenbacher及其同事通过开发和实施分子内指示剂位移测定(IIDA)解决了IDA低信噪比和灵敏度的问题。尽管这些进展令人鼓舞,但IIDA的应用仍然有限。此外,一些研究人员指出,在设计基于IDA的生物应用平台方面存在困难。然而,最近的发展,包括DimerDye拆卸测定(DDA),已经显示出克服这些限制的潜力。