有鑒於現代生物與醫學研究發展，光學生物感測器展現了巨大的成長潛力，尤其是螢光型生物感測器，以快速、靈敏、即時動態監控等優點備受關注。各種螢光基團與不同螢光放射機制開發的感測器不斷推陳出新。其中非常引人注目的就是籠閉螢光基團(caged fluorophore)系列，此系列已開發出實際應用的反應型籠閉羅丹明(caged-rhodamine)。但籠閉生物素(caged-biotin)沒有任何外顯訊號顯示來源，使得籠閉生物素的設計應用無法擴展。在本研究中，我們結合SBD環境敏感螢光基團，利用生物素(biotin)與抗生物素蛋白(avidin)專一性結合的特點，成功開發出反應型的籠閉生物素螢光探針模型。我們同時能夠應用此模型偵測硝基還原酶(nitroreductase)、聯氨(hydrazine)與酯解酶(esterase)。
以SBD環境敏感螢光基團，我們亦開發MGMT蛋白質的增益型螢光探針。 MGMT的含量多寡與烷基化藥物的耐藥性有關，是化療過程中的重要指標，但MGMT與辨識端間的反應作用不會影響探針本身構造，我們無法使用傳統或是籠閉生物素模型的探針設計，所以開發MGMT的探針具有一定的挑戰性。結合MGMT假性受質O6-BG，並藉由SBD環境敏感的特點，發展出MGMT螢光增益探針。本論文中，我們利用SBD螢光基團在親水與疏水性環境中螢光訊號增益的效果，成功開發出兩種新穎的偵測模式，並相信未來能夠能再被延伸用於偵測其他重要物質並有所幫助。 

Recently, the development and applications of small molecule-based fluorescent probes for analyte detection have obtained much attention. Typically, a fluorophore is caged with an analyte recognition group to attenuate the fluorescence. In the presence of target molecule, the fluorophore is uncaged to induce a large fluorescence enhancement. In this thesis, we introduce a novel sensing mechanism based on caged biotin for analyte detection. The caged biotin is attached with an environment-sensitive fluorophore SBD and an analyte recognition group. Upon uncaging with the target molecule, the biotin-SBD probe is transferred to the avidin protein to emit stronger fluorescence. We have demonstrated this approach for the detection of nitroreductase, hydrazine and esterase. In addition, we have also used SBD dye to construct a MGMT-activated fluorescence probe. MGMT protein is a very useful prognostic marker to provide a guide for therapeutic decisions. We successfully designed this fluorogenic probe which consists of a specific MGMT suicide pseudosubstrate, O6-benzylguanine and SBD. We believe that these two fluorescence activation design based on SBD can also be extended to detect other important molecules.

1. Clark, L. C.; Lyons, C. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1962, 102, 29.
2. Thevenot, D. R.; Toth K.; Durst, R. A.; Wilson G. S. Biosens. Bioelectron. 2001, 16, 121.
3. 蘇宏基, 化學生物感測器講義, 國立東華大學化學系
4. Grieshaber D.; MacKenzie R.; Voros J.; Reimhult E. Sensors 2008, 8, 1400.
5. Chan J.; Dodani S. C.; Chang C. J. Nat. Chem. 2012, 4, 973.
6. Wen, C.-Y.; Hu, J.; Zhang, Z.-L.; Tian, Z.-Q.; Ou, G.-P.; Liao, Y.-L.; Li, Y.; Xie, M.; Sun, Z.-Y.; Pang, D.-W. Anal.Chem. 2013, 85, 1223.
7. Patel, P. N.; Mishra, V.; Mandloi, A. S. JERS. 2010, 1, 15.
8. Long, F.; Zhu, A.; Shi, H. Sensors 2013, 13, 13928.
9. Deal, K. S.; Easley, C. J. Anal.Chem. 2012, 84, 1510.
10. Jindal, R.; Cramer, S. M. J. Chromatogr. A 2004, 1044, 277.
11. Tan, H.-Y.; Loke, W.-K.; Tan, Y.-T.; Nguyen, N.-T. Lab Chip 2008, 8, 885.
12. Nguyen, H. H.; Park, J.; Kang, S.; Kim, M. Sensors 2015, 15, 10481.
13. Sipova, H.; Homola, J. Anal. Chim. Acta 2013, 773, 9.
14. Liedberg, B.; Nylander, C.; Lundstorm, I. Sens. Actuators, A 1983, 4, 299.
15. Liedberg, B.; Nylander, C.; Lundstorm, I. Biosens. Bioelectron.1995, 10, i.
16. Brennan, J. D. (2006) Encyclopedia of Analytical Chemistry. John Wiley & Sons, Ltd.
17. Nagano, T. Proc. Jpn. Acad. Ser. B Phys. Biol. Sci. 2010, 86, 837.
18. Yoshii, T.; Mizusawa, K.; Takaoka, Y.; Hamachi, I. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16635.
19. Ogawa, M.; Kosaka, N.; Choyke, P. L.; Kobayashi, H. ACS Chem. Biol. 2009, 4, 535.
20. Hong, Y.; Lam, J. W. Y.; Tang, B. Z. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 5361.
21. Wang, X.; Hu, J.; Liu, T.; Zhang, G.; Liu, S. J. Mater. Chem. 2012, 22, 8622.
22. Rotkiewicz, K.; Grellmann, K. H.; Grabowski, Z. R. Chem. Phys. Lett. 1973, 19, 315.
23. Mustafic, A.; Huang, H.-M.; Theodorakis, E. A.; Haidekker, M. A. J. Fluoresc. 2010, 20, 1087.
24. Drummen, G. P. C. Molecules 2012, 17, 14067.
25. Wu, Y.-Y.; Yu, W.-T.; Hou, T.-C.; Liu, T.-K.; Huang, C.-L.; Chen, I.-C.; Tan, K.-T. Chem. Commun. 2014, 50, 11507.
26. Loving, G. S.; Sainlos, M.; Imperiali, B. Trends Biotechnol. 2010, 28, 73.
27. Moreno, F.; Cortijo, M.; Gonzalez-Jimenez, J. J. Photochem. Photobiol. 1999, 69, 8.
28. 莊鈺德,可選擇性的進行蛋白質與磺胺類藥物檢測之對環境敏感螢光探針,
國立清華大學碩士論文, 2013.
29. Chen, R. F. Arch. Biochem. Biophys. 1967, 120, 609.
30. Liu, T.-K.; Hsieh, P.-Y.; Zhuang, Y.-D.; Hsia, C.-Y.; Huang, C.-L.; Lai, S.-P.; Lin, H.-S.; Chen, I.-C.; Hsu, H.-Y.; Tan, K.-T. ACS Chem. Biol. 2014, 9, 2359.
31. Belov, V. N.; Wurm, C. A.; Boyarskiy, V. P.; Jakobs, S.; Hell, S. W. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 3520.
32. Krafft, G. A.; Sutton, W. R.; Cummings, R. T. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 301.
33. Politz, J. C. Trends Cell Biol. 1999, 9, 284.
34. Kobayashi, T.; Urano, Y.; Kamiya, M.; Ueno. T.; Kojima, H.; Nagano, T. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 6696.
35. Gee, K. R.; Weinberg, E. S.; Kozlowski, D.J. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2001, 11, 2181.
36. Johnson, I.; Spence M. T. Z. (2010) Molecular Probes Handbook, A Guide to Fluorescent Probes and Labeling Technologies, 11th Edition.
37. Dujols, V.; Ford, F.; Czarnik, A. W. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7386.
38. Lim, S.-Y.; Yoon, D.-H.; Ha, D. Y.; Ahn, J. M.; Kim, D. I.; Kown, H.; Ha, H.-J.; Kim, H.-J. Sens. Actuators, B 2013, 188,111.
39. Sakabe, M.; Terai, T.; Nagano, T.; Urano, Y.; J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 409.
40. Shao, Q.; Jiang, T.; Ren, G.; Cheng, Z.; Xing, B. Chem. Commun. 2009, 4028.
41. Li, J.; Chen, L.; Du, L.; Li, M. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 662
42. Bittner, G. C. V.; Dubikovskaya, E. A.; Bertozzi, C. R.; Chang, C. J. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2010, 107, 21316.
43. Terai, T.; Maki, E.; Sugiyama, S.; Takahashi, Y.; Matsumura, H.; Mori, Y.; Nagano, T. Chem. Biol. 2011, 18, 1261.
44. Hama, Y.; Urano, Y.; Koyama, Y.; Kamiya, M.; Bernardo, M.; Paik, R. S.; Shin, I. S.; Paik, C. H.; Choyke, P. L.; Kobayashi, H. Cancer Res. 2007, 67, 2791.
45. Bhuniya, S.; Maiti, S.; Kim, E.-J.; Lee, H.; Sessler, J. L.; Hong, K. S.; Kim, J. S. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 4469.
46. Chen, Y.; Hong, P.; Xu, B.; He, Z.; Zhou, B. Spectrochim. Acta. A Mol. Biomol. Spectrosc. 2014, 122, 441.
47. Uchiyama, S.; Kimura, K.; Gota, C.; Okabe, K.; Kawamoto, K.; Inada, N.; Yoshihara, T.; Tobita, S. Chemistry 2012, 18, 9552.
48. Li, Y.; Sun. Y.; Li, J.; Su, Q.; Yuan, W.; Dai, Y.; Han, C.; Wang, Q.; Feng, W.; Li, F. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 6407.
49. Cui, L.; Zhong, Y.; Zhu, W.; Xu, Y.; Du, Q.; Wang, X.; Qian, X.; Xiao, Y. Org. Lett. 2011, 13, 928.
50. Kim, S.-W.; Cho, I.-H.; Park, J.-N.; Seo, S.-M.; Paek, S.-H. Sensors 2016, 16, 669.
51. Zhou, J.; Shi, W.; Li, L.-H.; Gong, Q.-Y.; Wu, X.-F.; Li, X.-H.; Ma, H.-M. Chem. Asian J. 2016, ASAP.
52. Li, Z.; Li, X.; Gao, X.; Zhang, Y.; Shi, W.; Ma, H. Anal. Chem. 2013, 85, 3926.
53. Zhang, J.; Liu, H.-W.; Hu, X.-X.; Li, J.; Liang, L.-H.; Zhang, X.-B.; Tan, W. Anal. Chem. 2015, 87, 11832.
54. Choi, M. G.; Moon, J. O.; Bae, J.; Lee, J. W.; Chang, S.-K. Org. Biomol. Chem. 2013, 11, 2961.
55. Li, K.; Xu, H.-R.; Yu, K.-K.; Hou, J.-T.; Yu, X.-Q. Anal. Methods 2013, 5, 2653.
56. Wang, F.; Zhou, L.; Zhao, C.; Wang, R.; Fei, Q.; Luo, S.; Guo, Z.; Tian, H.; Zhu, W.-H. Chem. Sci. 2015. 6. 2584.
57. Yang, X.; Guo, Y.; Strongin, R. M. Org. Biomol. Chem. 2012, 10, 2739.
58. Liu, Y.; Yu, D.; Ding, S.; Xiao, Q.; Guo, J.; Feng, G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 17543
59. Gorska, K.; Manicardi, A.; Barluenga, S.; Winssinger, N. Chem. Commun. 2011, 47, 4364.
60. Gomes, P.; Vale, N.; Moreira, R. Molecules 2007, 12, 2484.
61. Milstein, S.; Cohen, L. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 1970, 67, 1143.
62. Levine, M. N.; Raines, R. T. Chem. Sci. 2012, 3, 2412.
63. Liu, R.; Aw, J.; Teo, W.; Padmanabhan, P.; Xing, B. New J. Chem. 2010, 34, 594.
64. Mishina, Y.; Duguid, E. M.; He, C. Chem. Rev. 2006, 106, 215.
65. Gerson, S. L. Nat. Rev. Cancer 2004, 4, 296.
66. Pegg, A. E. Mutat. Res. 2000, 462, 83.
67. Schold, S. C., Jr.; Brent, T. P.; von Hofe, E.; Friedman, H. S.; Mitra, S.; Bigner, D. D.; Swenberg, J. A.; Kleihues, P. J. Neurosurg. 1989, 70, 573.
68. Middlemas, D. S.; Stewart, C. F.; Kirstein, M. N.; Poquette,C.; Friedman, H. S.; Houghton, P. J.; Brent, T. P. Clin. Cancer Res. 2000, 6, 998.
69. Brent, T. P.; Houghton, P. J.; Houghton, J. A. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1985, 82, 2985.
70. Becker, K.; Dosch, J.; Gregel, C. M.; Martin, B. A.; Kaina, B. Cancer Res. 1996, 56, 3244.
71. Ragg, S.; Xu-Welliver, M.; Bailey, J.; D'Souza, M.; Cooper, R.; Chandra, S.; Seshadri, R.; Pegg, A. E.; Williams, D. A. Cancer Res. 2000, 60, 5187.
72. Hegi, M. E.; Diserens, A.-C.; Gorlia, T.; Hamou, M.-F.; de Tribolet, N.;
Weller, M.; Kros, J. M.; Hainfellner, J. A.; Mason, W.; Mariani, L.; Bromberg, J. E. ; Hau, P.; Mirimanoff, R. O.; Cairncross, J. G.; Janzer, R. C.; Stupp, R. N. Engl. J. Med. 2005, 352, 997.
73. Hegi, M. E.; Liu, L.; Herman, J. G.; Stupp, R.; Wick, W.; Weller, M.; Mehta, M. P.; Gilbert, M. R. J. Clin. Oncol. 2008, 26, 4189.
74. Weller, M.; Stupp, R.; Reifenberger, G.; Brandes, A. A.; van den Bent, M. J.; Wick, W.; Hegi, M. E. Nat. Rev. Neurol. 2010, 6, 39.
75. Madhusudan, S.; Middleton, M. R. Cancer Treat. Rev. 2005, 31, 603.
76. Christmann, M.; Verbeek, B.; Roos, W. P.; Kaina, B. Biochim. Biophys. Acta 2011, 1816, 179.
77. Esteller, M.; Hamilton, S. R.; Burger, P. C.; Baylin, S. B.; Herman, J. G. Cancer Res. 1999, 59, 793.
78. Herman, J. G.; Graff, J. R.; Myohanen, S.; Nelkin, B. D.; Baylin, S. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 9821.
79. Zhang, Y. ; Bailey, V.; Puleo, C. M.; Easwaran, H.; Griffiths, E.; Herman, J. G.; Baylin, S. B.; Wang, T.-H. Lab Chip 2009, 9, 1059.
80. Hegi, M. E.; Diserens, A.-C.; Gorlia, T.; Hamou, M.-F.; de Tribolet, N.;
Weller, M.; Kros, J. M.; Hainfellner, J. A.; Mason, W.; Mariani, L.; Bromberg, J. E. ; Hau, P.; Mirimanoff, R. O.; Cairncross, J. G.; Janzer, R. C.; Stupp, R. N. Engl. J. Med. 2005, 352, 997.
81. Preusser, M.; Janzer, R. C.; Felsberg, J.; Reifenberger, G.; Hamou, M.-F.; Diserens, A.-C.; Stupp, R.; Gorlia, T.; Marosi, C.; Heinzl, H.; Hainfellner, J. A.; Hegi, M. Brain Pathol. 2008, 18, 520.
82. Nicholson, W. L.; Comer, J. A.; Summer, J. W.; Gingrich-Baker, C.; Coughlin, R. T.; Magnarelli, L. A.; Olson, J. G.; Childs, J. E. J. Clin. Microbiol. 1997, 35, 1510.
83. Silva, Ados. S.; Vasconcelos, G. A.; Kappel, L. A.; Pinto, M. A.; Paula, V. S. Mem. Inst. Oswaldo Cruz 2012, 107, 960.
84. Holgate, C. S.; Jackson, P.; Cowen, P. N.; Bird, C. C. J. Histochem. Cytochem. 1983, 31, 938.
85. Goldsmith, S. J. Semin. Nuci. Med. 1975, 5, 125.
86. Kabiraj, A.; Gupta, J.; Khaitan, T.; Bhattacharya, P. T. Int. J. Biol. Med. Res. 2015, 6, 5204.
87. Iwadate, Y.; Matsutani, T.; Hasegawa, Y.; Shinozaki, N.; Oide, T.; Tanizawa, T.; Nakatani, Y.; Saeki, N.; Fujimoto, S. Exp. Ther. Med. 2010, 1, 53.
88. Ishiguro, K.; Shyam, K.; Penketh, P. G.; Sartorelli, A. C. Anal. Biochem. 2008, 383, 44.
89. Li, X.; Qian, S.; Zheng, L.; Yang, B.; He, Q.; Hu, Y. Org. Biomol. Chem. 2012, 10, 3189.
90. Yu, W.-T.; Wu, T.-W.; Huang, C.-L.; Chen, I.-C.; Tan, K.-T. Chem. Sci. 2016, 7, 301.
91. Lai, W.-Y.; Tan, K.-T. J. Chin. Chem. Soc. 2016, 63, ASAP.
92. Keppler, A.; Gendreizig, S.; Gronemeyer, T.; Pick, H.; Vogel, H.; Johnsson, K. Nat. Biotechnol. 2003, 21, 86.
93. Pegg, A. E.; Boosalis, M.; Samson, L.; Moschel, R. C.; Byers, T. L.; Swenn, K.; Dolan, M. E. Biochemistry 1993, 32, 11998.
94. Kanugula, S.; Goodtzova, K.; Pegg, A. E. Biochem. J. 1998, 329, 545.
95. Mollwitz, B.; Brunk, E.; Schmitt, S.; Pojer, F.; Bannwarth, M.; Schiltz, M.; Rothlisberger, U.; Johnsson, K. Biochemistry 2012, 51, 986.
96. Damoiseaux, R.; Keppler, A.; Johnsson, K. ChemBioChem 2001, 2, 285.
97. Kaina, B.; Fritz, G.; Mitra, S.; Coquerelle, T. Carcinogenesis 1991, 12, 1857.
98. Ishibashi, T.; Nakabeppu, Y.; Kawate, H.; Sakumi, K.; Hayakawa, H.; Sekiguchi, M. Mutat. Res. 1994, 315, 199.
99. Yuan, L.; Lin, W.; Zheng, K.; He, L.; Huang, W. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 622.
100. Kobayashi, H.; Ogawa, M.; Alford, R.; Choyke, P. L.; Urano, Y. Chem. Rev. 2010, 110, 2620.
101. 劉淘愷,開發環境敏感螢光增益探針應用於蛋白質辨認與活體細胞蛋白質標記, 國立清華大學碩士論文, 2014.
102. Meyer, Y.; Richard, J.-A.; Delest, B.; Noack, P.; Renard, P.-Y.; Romieu, A. Org.
Biomol. Chem. 2010, 8, 1777.
103. 游椀婷,開發以分子轉子為基底的螢光增益探針應用於MGMT偵測與活體細胞影像,國立清華大學碩士論文, 2015.