基于偶氮苯的光開關分子探針與傳感芯片研究進展欽傳光

魯彩霞等

摘 要 隨著人們對偶氮苯光致異構化反應機制和特性的研究和認識越來越深入透徹， 偶氮苯衍生物無論是在理論上還是在實驗方面都受到了大量的關注。近年來， 偶氮苯衍生物作為光開關響應的功能元件不僅已經用于合成智能聚合物， 液晶材料， 分子開關和分子機器等， 而且正迅速地滲透到化學生物學體系研究和分析的各個方面。因此， 本文將著重就基于偶氮苯衍生物功能化的光開關型分子探針與傳感芯片及其在化學生物學分析研究方面所取得的最新進展進行總結和綜述。引用103篇文獻， 并對未來的發展前景進行了展望。

關鍵詞 偶氮苯衍生物； 分子探針； 傳感芯片； 生物分析； 光開關； 分子識別； 綜述

1 引 言

偶氮苯類化合物的發現可以追溯到19世紀， 迄今已經成為化學化工、食品、醫藥和輕工等諸多行業中一類舉足輕重的顯色劑、中間體、染料或著色劑[1～3]。偶氮苯1存在兩個同分異構體： 反式（Trans）異構1（E）和順式（Cis）異構體1（Z）。不同的空間排列導致不同的物理和化學性質。偶氮苯的光致異構化反應誘發偶極矩的急劇變化（μ反式偶氮苯 = 0.5 D， 而 μ順式偶氮苯 = 3.1 D）， 進而決定了E和Z同分異構體疏水和親水特性。反式偶氮苯1（E）不是平面結構， 其二面夾角NNCC大約是17.5°， 而順式偶氮苯1（Z）中一個苯環所占據的平面與另一苯環的平面呈56°夾角。因此， 偶氮苯的順、反異構體中4和4′位置上的兩個碳原子之間的距離分別是9.0和5.0 。反式偶氮苯1（E）的紫外可見吸收光譜特征由3個主要的帶組成： （1）在228 nm處的帶源于在苯基上定域的ππ*躍遷； （2） 在318 nm處的帶源于在包括兩個氮原子的整個分子上離域的對稱允許ππ*躍遷； （3）在440 nm處的帶源于發生在中央氮原子上對稱禁阻的nπ*躍遷。值得注意的是， 順式偶氮苯1（Z）的紫外可見吸收光譜相當不同于1（E）， 其260 nm的帶源自對稱允許的ππ*躍遷， 而反式異構體的這個帶位于318nm處 [4]（圖1）。

隨著人們對偶氮苯光致異構化反應機制和特性的研究和認識的逐漸深入， 偶氮苯衍生物無論是在理論上還是在實驗方面都受到了大量關注。近年來， 偶氮苯衍生物作為光開關響應的功能元件不僅已經用于合成智能聚合物[5～7]、液晶材料[8，9]、分子開關[10]和分子機器[11]， 而且正迅速地滲透到化學生物學體系研究和分析的各個方面[12，13]。本文將著重就基于偶氮苯衍生物功能化的光開關分子探針與傳感芯片及其在化學生物學研究方面所取得的最新進展進行綜述。

2 偶氮苯衍生物功能化光開關分子探針

小分子偶氮化合物具有光致異構的特性， 最近被運用于生物系統中作為生物分子（如多肽和蛋白質）的“光開關”， 可以實現對多肽和蛋白質分子構象進行可逆的光化學操作過程， 還可以讓多肽和蛋白質等生物分子產生有活性與無活性的轉換調控[14，15]。如圖2所示， RodríguezRedondo等合成了芳香偶氮衍生物2并觀察到其光致順反異構特性， 用波長410 nm 的光照射反式2（E）， 可以轉化為其順式異構體。相反， 若用波長675 nm 的光照射或加熱處理順式2（Z）， 則可以轉化為其反式異構體2（E）[16]。Siewertsen等研究了橋環偶氮苯3的光致順反異構特性， 發現其順式異構體3（Z）（黃色）在385 nm光的照射下可轉變為其反式異構體3（E）（紅色）， 而用520 nm光照或加熱處理反式3（E）時， 可以令其恢復到3（Z）的順式結構[17]。Kawashima研究組采用鄰位碘代偶氮苯衍生物4為原料， 合成了一系列的芳香偶氮橋雜環化合物5和6， 并探討了這些化合的環己烷溶液的熒光激發性質[18]。可見， 芳香偶氮衍生物經功能化后， 可作為光開關， 調控分子和生物熒光成像劑。

在設計合成光控生物分子時， 偶氮化合物開關的光控異構必須考慮以下幾個問題：（1）光致異構開關分子必須以某種方式連在生物分子上， 影響生物分子的活性和功能。這取決于作用位點、偶氮開關與多肽或蛋白質相連方式和偶氮衍生物的使用類型等因素。（2）由于順式和反式異構體的吸收光譜有重疊， 照射產生的光穩定態順式異構體所占比便最多為80%， 而反式所占比例最多可達95%。熱致順反弛豫， 會產生約100%的異構體。（3）為研究體內光控， 異構化的波長必須與細胞和組織相容。較長波長的光可以較容易地穿透細胞和組織， 且不被細胞內的其它生物大分子所吸收（如NADH）。（4）偶氮衍生物引入細胞后必須是穩定的， 不能改變或退化； 同時， 在探測細胞過程中， 它必須經歷多次光開關作用。為探索滿足這些要求的新型偶氮光開關分子， 研究者設計合成了一系列偶氮苯衍生物， 并將它們與模式多肽交聯， 研究其調控生物分子的構象和活性特征， 篩選并優化偶氮光開關分子結構[19～22]。例如， 以合成的橋環偶氮苯衍生物作為光開關， 交聯到α螺旋肽上形成光調控分子7， 研究其光響應特性（圖3）[23]， 發現7的反式異構體可以穩定多肽的α螺旋構象7（E）， 當受到518 nm光照射后， 會異構化而形成順式的7（Z）， 同時， 肽的α螺旋構象遭到破壞而變成無規線狀構象， 顏色也由反式的紅色變為順式的黃綠色。而在407 nm光照射下， 又恢復到α螺旋構象7（E）。另外， 也有人合成了一系列的光開關型環肽， 用于研究光對環肽構象的調控變化情況[24，25]。

在有生物活性的分子（如蛋白質）中引入偶氮苯分子片段， 能夠使各種不同的生物過程通過光照進行時空控制[26～29]。可以通過直接時空調控酶活性[30]， 多肽、蛋白質、核酸[25，31，32]、受體[33～38]、離子通道[39～45]等， 或是通過調節幾種標記分子的濃度實現對生物過程的時空光控。這個策略是非常有吸引力的， 因為它可以控制生物大分子的構象， 在沒有添加任何額外試劑的前提下就能以可逆的方式對生物分子的活性進行調控。由異構化引起的結構效應能夠被主體放大或引發一系列的光物理或光化學的二級響應。偶氮苯在生物學中的應用研究發端于上世紀60年代末期， 首次報道其用于光調節胰凝乳蛋白酶（一種消化酶）的活性[46]。后來， 類似的策略被應用于煙堿型乙酰膽堿受體功能和結構的研究[47]。4，4′三甲基銨甲基取代偶氮苯從反式到順式異構化使乙酰膽堿激動劑的濃度升高， 這是因為兩種異構體與存在于興奮細胞膜上的乙酰膽堿受體具有專一的相互作用。以光致順反異構互變的開關方式在細胞膜上引起生物電脈沖的過程中允許（或禁阻）離子透膜遷移， 就可能實現光控調節細胞膜滲透能力的改變。偶氮化合物的異構化已經作為合成的控件用來控制細胞膜上離子通道的閉合， 這對離子的跨膜運輸而言是很重要的。Trauner等實現了對神經細胞中K+通道的控制就是一個具有說服力的典型例證。偶氮苯衍生物8是一端被固定在細胞膜上的末端季銨鹽（圖4）[48]， 因此， 它處于反式構象8（E）時， 其分子長度讓末端季銨鹽基團距離正好封堵在鉀離子通道上， K+的流動受到阻礙。用波長為380 nm的光照射后， 其轉變為順式異構體8（Z）， 使得芳香苯環的距離拉近， 縮短了它的分子長度， 使得末端季銨鹽基團的距離無法有效地阻塞K+通道， 允許K+通過。光能夠調節離子通道系統的活動， 這在神經生物學中是很重要的。最近， 馬來酰亞胺偶氮苯谷氨酸（MAG）9被用作促離子型谷氨酸受體（iGluR）的光致變色激動劑（圖5） [49，50]， 這個發色團包括一個末端的馬來酰亞胺單元， 與蛋白質通過半胱氨酸殘基將中心偶氮苯和另一端的谷氨酸共價連接在一起。只有順式偶氮苯9（Z）才允許谷氨酸片段靠近促離子型谷氨酸受體（iGluR）， 谷氨酸此時才能與受體蛋白質的活性位點相互作用。當這種作用發生時， 蛋白質就像貝殼一樣折疊起來， 使得離子通道打開。而反式的9（E）則無法拉近谷氨酸與受體蛋白之間的距離， 所以不能有效開啟離子通道。利用這種特點， 就可以實現對離子通道進行光控調節。endprint

在多肽中引入了偶氮苯片段， 用于控制α螺旋肽的構象，進而通過這個偶氮光開關來光控調節在生物分子識別中非常重要的構象間相互作用關系。含有兩個半胱氨酸殘基的多肽可以與分子內含有兩個硫醇反應活性基團的偶氮苯光開關進行交聯， 偶氮苯的異構化可以通過調節這兩個半胱氨酸的空間位置改變多肽的構象。當α螺旋多肽（如DNA識別肽）上交聯的偶氮苯基處于反式時， 可維持α螺旋構象并保持原有功能活性（親和性識別DNA分子）。光照后， 偶氮苯異構化而轉變為順式異構體， 破壞了多肽的螺旋性構象， 就會抑制或使其喪失原有的功能活性（識別DNA的親和力下降或不能識別DNA了）。若再通過光照使偶氮苯基恢復其反式結構， 則多肽的構象及其功能活性也隨之可逆性地恢復。2011年， Woolley研究組在靠近偶氮苯基光開關分子的位置連上熒光染料， 偶氮苯基異構化， 導致熒光變化， 在斑馬魚體內引入被偶氮苯修飾的生物分子， 證明了偶氮苯的光化學在體內與體外是一樣的， 適當的偶氮苯衍生物在體內的穩定性可以保持數天[51， 52]。

偶氮苯衍生物作為分子探針的另外一個重要應用是在熒光共振能量轉移（FRET）體系中承擔熒光淬滅劑的角色。如4（4′二甲氨基苯基偶氮）苯甲酰基（Dabcyl）和4二甲氨基偶氮苯4′磺酰基（Dabsyl）是兩種最常見的非熒光受體（可作為熒光淬滅劑）， 最大吸收波長分別為 458和 466 nm。其它的偶氮苯衍生物淬滅劑系列還包括 黑洞淬滅劑（Black hole quencher， BHQ）和多路淬滅劑（Multipath quencher， MPQ）[53]。這些淬滅劑有較寬的吸收光譜， 這使它們能作為很多種染料的受體。淬滅劑經常被應用于 DNA 分析， 特別是作為受體和有機染料供體共同構建分子信標[54～56]。這一體系的主要優點是只觀測供體分子的信號， 如果光譜范圍區分明顯， 還可以與其它供體淬滅劑體系共同分析。除了基于 DNA 的診斷， 分子信標還用于測量高分子電解質薄膜對 DNA 的通透性[57]， 有催化活性的 DNA 生物傳感器還可以檢測Pb2+[58]。淬滅劑標記的底物類似物和染料標記的蛋白質被共同用于制備基于 FRET的糖類傳感器，可實現對血液檢驗、食品加工以及發酵制品中糖類化合物的分析與監測[59]。

3 偶氮苯衍生物分子識別的傳感芯片

超分子化學是兩個或多個化學物種借分子間的弱相互作用力形成的實體或聚集體的化學， 現已成為發展迅速、極富挑戰性的新領域。主客體化學是超分子化學的重要分支，其主要研究對象是客體分子（底物）和主體分子（受體）之間的特異性結合，并產生某種特定功能的過程，以及這種結合對兩者造成的影響。特異性結合是分子組裝及其功能化中的關鍵過程，也是酶和受體專一選擇性的基礎。偶氮苯的光致變色特性在“主體客體”分子識別方面同樣有應用。例如， 雙偶氮化合物10通過氫鍵間的相互作用作為胍鹽離子很好的受體。當偶氮苯為順式構象10（Z，Z）時， 這種識別是很有效的[60，61]。芳香偶氮衍生物可以作為超分子化學的主體識別并捕獲某些有機小分子， 如圖6所示， 順式偶氮苯衍生物10（Z）和11（Z）可以捕獲小分子而形成超分子復合物， 受可見光（440 nm）照射， 異構為其反式結構10（E）和11（E）后， 將小分子釋放出來[62]。

Pearson等[63]合成了偶氮苯的衍生物12并把它固定在SPR芯片上（圖7，左）， 實驗發現12（E）本身不能與蛋白酶親和識別， 但紫外光照射芯片后， 12（E）異構化轉變為其順式異構體就能親和識別蛋白酶了。偶氮苯衍生物的順式異構體13（Z）通過其兩端的寡聚核苷酸片段序列與DNA分子中的互補序列相互識別，能夠結合成環狀結構。而在可見光照射下，異構化為其反式異構體13（E）后，就只能通過一端的序列與DNA識別，不能形成環狀結構（圖7，右）。另一方面， 偶氮苯及其衍生物又可以是另一些分子如沸石[64，65]、杯芳烴[66～70]、有機無機超分子通道架構[71]和環糊精[72～74]等的超分子識別對象（或客體） （圖8）。特別是芳香偶氮衍生物與環糊精的超分子化學研究開展得相當活躍， 在應用方面也取得了顯著進展。

環糊精作為超分子化學主體可以選擇性地識別反式偶氮苯及其衍生物， 而不能接納其順式異構體。利用這種可逆的超分子識別作用和偶氮化合物的光致異構特性， 人們設計并制備了許多基于偶氮化合物的光敏芯片和智能材料， 用于化學分離、藥物遞送系統以及生物醫學分析。Harada等[75]設計了這樣一種單分子層信號輸入和讀出的超分子系統， β環糊精附于金電極上形成活性界面， 在不同的紫外光照下， 偶氮苯衍生物可與超分子β環糊精進行主客體識別而被包裹或釋放， 這樣就對信號進行了不同的處理。分子印跡材料是用模板分子在基質表面形成分子印跡所制備的材料，已廣泛應用于分離分析和傳感器等方面。表面光響應分子印跡材料由于其生色團的存在可光控的攝取或釋放分子模板， 這種新型表面印跡系統可通過光控手段提高印跡材料的選擇性和分離效率。Wang等[76]設計合成了被偶氮基團功能化的聚醚砜（PES）微纖維， 其中4HA作為分子模板， 它與被偶氮功能化的氨基之間主要的作用是靜電引力和氫鍵作用。在450 nm的光照下， PES結合4HA， 在365 nm的紫外光照下PES釋放4HA。聚二甲基硅氧烷（PDMS）表面的功能化得到的材料由于其無毒、易得、良好的光透明性和透氣性等優勢在生物醫學和生物分子領域有很大的應用。尤其是基于PDMS的微流體器件在生物合成、疾病診斷、DNA測序、蛋白質結晶、細胞的生物分析等方面極具吸引力。若將偶氮苯的分子識別從不可逆變得可逆， 就會使得其在生物芯片應用方面顯示更為獨特的優勢。Zhang等[77]利用表面引發原子轉移自由基聚合（SIATRP）， 通過偶氮苯和環糊精之間的主客體識別相互作用改性PDMS的表面。通過五步反應改性了PDMSPEGCD表面。被羅丹明B標記的偶氮苯和被熒光素FITC標記的偶氮苯與PDMSPEGCD表面在紫外和可見光的照射下進行可逆的組裝和分解。首先被標記的反式偶氮苯與表面的PDMSPEGCD在無光下作用12 h， 之后在365 nm的紫外光照射下兩者再次分離， 如圖9A所示。endprint

在光電傳感器件的設計制備方面， 能夠識別特異性互補的客體分子的智能納米管已廣受關注， 并且在主客體化學研究領域掀起了研究熱潮。Banerjee等[78]研究并探討了偶氮苯修飾的納米管和αCD與金層結合的自組裝單層膜（αCDSAM）之間的主客體相互作用。首先合成偶氮苯納米管：羥基偶氮苯羧酸（HABA）上的羧基和多肽納米管中的氨基之間通過氫鍵作用， 在4 ℃避光反應48 h后即可制得。制備αCDSAM：將硫醇化的αCD自組裝于金層上形成αCDSAM， 反式偶氮苯納米管因被αCDSAM識別而固定在金的表面。在360 nm的紫外光照5 h， 轉變成了順式偶氮苯納米管， 就會從αCDSAM上分離， 即順式偶氮苯結構使得偶氮αCD復合物分解， 納米管從基質表面移去。這是一個可逆過程， 當在無光下照射24 h，偶氮苯納米管通過主客體識別作用與αCDSAM又會重新結合， 使得傳感芯片表現出智能性， 如圖9B所示。

這些智能納米管能夠有效阻止蛋白質不可逆地粘附在其表面的材料， 在生物傳感、生物醫學移植、體外診斷以及靶向藥物遞送的載體等方面都有廣泛應用。在多種抗蛋白質粘附的材料中， 基于PEG的材料幾十年來都被用于阻抗非特異性蛋白質的吸附或細胞粘附。然而， 要想設計出具有反應活性的可固定的生物界面， 使得其能夠對外界刺激產生響應， 并可逆地阻止蛋白質吸附， 這依然是一個挑戰性的問題。Wan等[79]致力于將該過程進行可逆化控制， 他們利用含偶氮苯的自組裝單體（Azo SAM）和pH值響應的嵌段共聚物之間的主客體相互作用， 設計合成了pH值響應的反應活性生物界面。其中pH值響應的嵌段共聚物（PEGPAAgCD）是通過在PEG丙烯酸嵌段共聚物上接枝β環糊精制備的， 再通過材料表面固定的偶氮苯與含環糊精的PEGPAAgCD之間主客體識別相互作用進行自組裝， 即形成了PEGPAAgCD的PH響應生物界面。隨著pH值變化， 該界面能在延展態和弛豫態之間進行轉換， 前者處于pH=7的負電狀態， 結合細胞色素c， 后者處于pH=4的電中性， 能阻止界面對細胞色素的吸附， 該過程實現了可逆化， 如圖9C所示。

在組織工程研究中， 細胞粘附和遷移是最基本的細胞行為， 其調控過程是可以通過細胞膜上的整合蛋白與結合在聚合物支架上一些特異性生物分子之間的非共價相互作用實現的， 這些特異性生物分子是指諸如層粘連蛋白、纖維連接蛋白和含精氨酸甘氨酸天冬氨酸（RGD）序列的多肽。為了改善聚合物支架對特定細胞的識別性粘附， 人們嘗試了各種方法開發仿生生物界面， 其中自組裝單層膜（SAMs）技術可以有效地在材料表面引入細胞粘附因子。Gong等[80]利用偶氮苯的光致異構特性在材料表面構筑了基于自組裝單層膜（SAM）的“智能芯片”。“智能芯片”是由末端連接鏈狀烷基硅烷的αCD與偶氮苯甘氨酸精氨酸天冬氨酸絲氨酸（azoGRGDS）通過偶氮苯和環糊精的主客體識別進行自組裝形成的， 由于存在RGD序列， 這種智能表面可粘附細胞。在加熱或可見光照射下， 偶氮苯會處于反式構象， 粘附有細胞的偶氮苯GRGDS就與芯片表面上的αCD發生自組裝， 這樣就能把細胞固定在芯片表面了。而在紫外光的照射下， 則轉變為順式偶氮苯GRGDS細胞的部分就會脫離芯片表面上的αCDSAMs， 而且這個過程可實現可逆化， 如圖9D所示。

最近， Frasconi等[81]利用偶氮苯的光致互變異構效應及其順反異構體對環糊精選擇性主客體識別作用， 在金納米粒表面構建了固定二茂鐵的分子微陣列傳感芯片， 通過電化學氧化還原控制組裝和邏輯門操控， 實現了對溶液中環糊精接枝聚合物捕獲與釋放的可逆控制， 用于分離和純化溶液中的偶氮苯衍生物， 這在水的凈化處理和靶向遞藥方面有潛在的應用價值。此外， 利用偶氮苯環糊精主客體識別體系， 人們還開發出了其它光控智能材料[82]。

4 結論與展望

偶氮苯在上世紀就已為人所知， 研究者對其性能進行了深入的研究。20世紀70年代它已經被應用于生物領域， 但直到最近人們才注意到偶氮苯光控開關有對生物體進行光控的潛力。目前為止主要的挑戰依然是以下兩個方面：（1）如何使長波開關體現出較大構象變化， 同時維持其獨特的開關性能（2）如何轉化偶氮苯的光致異構化過程， 使生物分子具有較大的結構和功能轉變。雖然， 對偶氮苯衍生物的理化性質和生物學特性進行了較為廣泛的研究， 但其分子過程依然不為人們所熟知。偶氮苯光開關的使用為化學生物學的分析方法提供了新思路， 分析并解釋了一些生物與生理學問題， 但在化學生物學領域的分析和檢測方面， 其應用潛力還有待于深入研究和開發。

目前， 大多數偶氮苯光控開關分子探針和傳感芯片的應用還很少涉及對體內生物分子功能的光控。為了進行生物學功能的體內光控實驗， 人們既要用光開關修飾特定的生物分子， 引入生物體內（如使用顯微注射技術或是膜穿透肽序列）[91～94]， 又要有選擇性的靶分子。Trauner等使用后面的方法定向研究細胞膜胞外域上的離子通道[95，96]， 認為這種離子通道的選擇性是由特定的配體/蛋白間相互作用而提供的。使用偶氮苯光開關對細胞內特定靶分子進行修飾時，要求細胞膜必須對這種開頭分子具有通透性， 如果對靶分子進行共價修飾， 還需要它能夠進行生物正交反應[97，98]。

當然， 為在體內發揮作用， 偶氮苯光開關在還原性的細胞內環境中必須有相當的化學穩定性。細胞內的氧化還原電位由谷胱甘肽（三肽）維持， 其濃度為1～10 mmol/L[99]。該還原機制還涉及到偶氮雙鍵上谷胱甘肽巰基的進攻所形成的甲硫基酰肼的加合物。此類物質能與第二個谷胱甘肽分子反應氧化谷胱甘肽形成非光開關性的肼類化合物。該反應的速率取決于谷胱甘肽的濃度， 修飾后的生物分子濃度以及偶氮苯還原電位。

偶氮苯光開關的其它現象表明， 減少以上條件可以使其在細胞內部更為穩定。Woolley等在體外模擬生理條件下， 在一些氨基偶氮苯中加入較高濃度的谷胱甘肽， 孵育一夜， 并沒有使其含量減少[100]。在大腸桿菌代謝活性蛋白中加入苯基偶氮苯丙氨酸可以光控抑制反義密碼子的形成。修飾蛋白的成功制備說明了在體內表達過程中含有苯基偶氮苯丙氨酸的多肽（PAP）是較為穩定的。Zhang等[101]研究了光開關性環孢素A的翻譯過程， 它含有二氨基偶氮苯基開關， 對谷胱甘肽的還原具有耐受性， 將其溶解在人體血液中可以進行光致異構過程。當然， 除了谷胱甘肽介導的還原可以導致偶氮苯光控開關的減少外， 還有其它路徑。酶介導的還原和其它修飾均有多種偶氮染料參與[102，103]。酶介導還原不僅取決于偶氮苯衍生物的氧化還原能力， 還與苯環上的取代基有關。許多證據表明， 偶氮苯光開關性在體內是可以持續的， 因為在某種情況下偶氮苯光開關可以改變細胞的功能。endprint

Woolley等[102]將熒光信號直接加入偶氮苯光開關中以便在體內直接讀出偶氮苯光開關。他們制備了一種熒光指示體系， 他們將二氨基偶氮苯光開關交聯到一個N末端含有熒光的α螺旋肽。UV照射引起反式順式異構體轉變可以導致熒光強度隨時間而減少。藍光照射引起順式反式異構體轉變可以導致熒光強度隨時間而增加。將這種結構注射到斑馬魚的胚胎中， 觀察整個生物體（即在各種不同類型的細胞中）， 其光開關可以持續至少2天。使用與體外相同的方法測量開關速率、量子產率和光穩定性。以上結果表明， 選擇適當的偶氮苯衍生物可探測體內生理過程。例如， 光開關性多肽和蛋白能夠探測斑馬魚早期發育的生理模式。這些研究工作為采用偶氮苯光控開關分子探針和傳感芯片直接監測或實時調控生物體內的生物學過程奠定了基礎并開拓了方向， 必將促進分析化學與生物分析方法學的創新與發展。

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Abstract Azobenzene derivatives have received considerable experimental and theoretical attention， along with more and more the investigation and the knowledge on the characteristics of their photoinduced isomerization. Except for their traditionally wellknown uses as dyes or colorants in many industries， in recent years， azobenzene derivatives have been widely used as photoresponsive functional devices utilized not only as smart polymers， liquid crystals， molecular switches， and machines， which have been reviewed in several reports. Simultaneously， they also have been rapidly permeated and applied to the field of chemical and biological analysis as photoswitchable molecular probes and sensory chips， playing an increasingly significant role. So， it is worth emphasizing to review and summarize the last developments in the later topics as title of this paper. More than 100 relevant literatures are cited here and the prospects are pointed out.

Keywords Azobenzene derivative； Molecular probe； Sensory chip； Bioanalysis and imaging； Photoswitching agent； Molecular recognition； Review

（Received 8 October 2014； accepted 22 December 2014）

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China （Nos. 20672086， 20802057） and the Natural Science Basic Research Plan in Shaanxi Province of China （No. 2012JZ2002）endprint