衍生于苯并-12-冠-4的双光子荧光Fe3+探针

合成了双光子荧光探针2,5-二氰基-1,4-二[2′-(4′-苯并-12-冠-4)乙烯基]苯(1),并进行了红外、质谱及元素分析。探针1在单、双光子荧光发射中对金属离子显示了相似的选择性,双光子过程中的选择性略优于单光子过程,并对Fe3+显示出高度选择性识别。探针1对Fe3+的单、双光子荧光强度随Fe3+浓度的升高而急剧降低;单、双光子荧光滴定过程中探针对Fe3+的络合常数分别是:5.70±0.03(logK11)与4.74±0.05(logK12)、5.76±0.04(logK11)与4.81±0.07(logK12)。探针1的双光子吸收截面(δTPA)随溶剂极性增加而减小,在甲苯与乙腈中的δTPA分别是2198,1125GM,探针与Fe3+络合后其双光子吸收截面显著减小。研究结果表明,化合物1可以作为Fe3+探针应用到单光子激发荧光与双光子激发荧光检测;可以用开发单光子荧光探针的策略来设计应用于生物成像的双光子荧光探针。     

吡啶星型分子的双光子上转换荧光特性

用飞秒Ti:sapphire激光测定了一种星型吡啶分子2,5-二{4-{4-[N,N-二(4-吡啶乙烯基)苯基氨基]苯乙烯基}苯基}-1,3,4-噁二唑(PyPASPO)的双光子吸收截面及上转换荧光光谱.采用非线性透过率法测得二氯甲烷和四氢呋喃溶液中的其双光子吸收截面分别为412.5 和288.8 GM. 系统研究了吡啶星形分子PyPASPO的线性吸收和透过、单光子荧光、荧光寿命及激发-发射三维荧光谱和前线轨道能级. 在800 nm和150 fs钛宝石激光器激发下PyPASPO在二氯甲烷和四氢呋喃溶液中的双光子上转换荧光发射波长分别位于571和 525 nm,在二氯甲烷溶液中单光子荧光峰位于532 nm,荧光寿命为1.24 ns. HOMO和LUMO能级分别为-5.21 eV和-2.92 eV.增大分子内电荷转移有效增强了吡啶星形分子的双光子吸收和双光子上转换荧光发射能力     

对位氨基能显著提高D-A-D型化合物的双光子吸收性能

报道了具有典型D-A-D型共轭结构的反式2,5-二氰基-1,4-二(4'-甲氧基苯乙烯基)苯(MOS-CN), 2,5-二氰基-1,4-二(4'-二甲胺基苯乙烯基)苯(MAS-CN)和1,4-二(4'-甲氧基苯乙烯基)苯(MOS)的合成. 用核磁、红外和元素分析进行了表征. 测试了紫外吸收光谱、单光子荧光光谱、双光子荧光光谱、双光子吸收系数及双光子吸收截面. 在800 nm的飞秒脉冲激光激发下, 化合物MOS-CN, MAS-CN和MOS分别发出很强的绿色、黄色和蓝色上转换荧光. 化合物MOS-CN, MAS-CN和MOS的最大吸收波长、单光子发射波长、双光子诱导荧光波长、荧光量子产率、双光子吸收系数、双光子吸收截面及双光子荧光寿命各分别是393, 473, 367 nm; 470, 569, 434 nm; 475, 574, 438 nm; 0.12, 0.72, 0.21; 0.8, 5.3, 0.3 cm/GW; 270, 1790, 101 GM; 140 ps, 1.32 ns, 54 ps. MAS-CN的双光子吸收截面是MOS-CN的6.63倍, MOS-CN的双光子吸收截面是MOS的2.67倍, 表明对位氨基显著地提高了化合物的双光子吸收性能, 氰基也较大地提高了双光子吸收截面.     

双光子荧光探针

双光子吸收是指在强光激发下,介质分子同时吸收两个光子,从基态跃迁到两倍光子能量的激发态的过程。荧光显微成像是研究活体生物的重要工具,而最通常的细胞成像方法则是使用单光子激发荧光团的单光子显微成像。近红外光源激发的双光子荧光探针克服了单光子荧光探针的光漂白与光致毒而更适于生物检测与成像,为生命科学研究提供了更为锐利的工具。双光子荧光探针的作用机理包括分子内电荷迁移(ICT)、荧光共振能量迁移(FRET)、光诱导电子迁移(PET)与基团转换(GC) 4种方式。该文综述了双光子阳离子探针(Mg²⁺, Ca²⁺, Pb²⁺, Hg²⁺, Ag⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Na⁺, Cr³⁺)、双光子阴离子探针(F^-)、pH探针、双光子葡萄糖示踪器、双光子脂筏探针、双光子巯基探针、双光子半胱氨酸探针和双光子生物标记探针,以及双光子荧光探针在生物成像方面的应用,展望了双光子荧光探针的发展趋势与应用前景。     

含吩噻嗪锌、镉配合物的双光子激发荧光光谱

报道了两种新型配体(10-乙基-3-甲酰吩噻嗪缩肼基二硫代甲酸甲酯(HL¹)及10-乙基-3-甲酰吩噻嗪缩肼基二硫代甲酸苄酯(HL²))及其锌、镉配合物的双光子(激发)荧光性质. 入射激光强度与荧光强度关系的实验测定证明了发射光为双光子激发荧光. 比较了它们在800和400 nm激发波长下的双光子激发光谱和单光子激发光谱特性. 在800 nm的脉冲激光的激发下, 它们均显示出较强的峰值位于550 ~ 595 nm的双光子激发荧光. 用开孔Z-扫描装置测得它们在1064 nm处均具有较大的双光子吸收截面.     

用于细胞成像的双氰基二苯代乙烯衍生物双光子荧光银离子探针

双光子荧光显微成像兼具诸如近红外激发、暗场成像、避免荧光漂白和光致毒、定靶激发、高横向分辨率与纵向分辨率、降低生物组织吸光系数及降低组织自发荧光干扰等特点,显著地优于单光子荧光显微成像,为生命科学研究提供了更为便利的工具.因此双光子荧光探针适合于生物检测与成像.制备了衍生于二苯代乙烯的双光子荧光银离子探针,此探针以拥有异常大的双光子吸收截面(6TPA)的4-甲基-2,5-二氰基-4'-氨基二苯乙烯(DCS)作为双光子荧光母体,以6-芳基-3,9-二硫-6-氮杂癸烷(TAU)为Ag+配体.探针显示了大的δTPA(在MeCN中,950 GM)、对银离子有高的灵敏性与选择性、强的双光子荧光(790 nm激光激发时).探针的络合常数为IgK=5.76±0.05.探针能选择性地检测和成像活细胞中的游离Ag+,可用于细胞中微量Ag+的分析检测与成像.此探针为开发理想的双光子荧光探针提供了可供借鉴的平台.     

双氰基二苯代乙烯型双光子荧光铅离子探针

以4-甲基-2,5-二氰基-4'-氨基二苯代乙烯(DCS)和双[2-(2-氨基苯基硫基)乙基]胺(BSA)分别作为双光子荧光团和铅离子配体,构建了1个新型的双光子荧光Pb2+探针(DPb),并对其结构和性能进行了表征.结果表明,该探针具有分子尺寸小、双光子吸收截面大(δ_(TPA),1020 GM)、长波长发射(λmax=609 nm)、斯托克斯位移大(209 nm)、光稳定性好、水溶性适宜、细胞渗透性优良、无细胞毒性及在生理环境下对p H不依赖等优点.该探针能选择性地检测细胞与组织中的Pb2+,猝灭常数K~(TP)_(sv)=7.58×10~5L/mol.     

三苯胺-噁二唑超支化共轭聚合物的多光子泵浦绿色荧光

采用钯催化Heck反应制备了一种新型三苯胺-噁二唑超支化荧光聚合物PI. 用飞秒Ti:sapphire激光研究了PI的三光子和双光子上转换荧光光谱, 激发波长位于近红外区(800~1350 nm). 在1280 nm和80 fs激光激发下, PI的三光子上转换荧光发射波长分别为525 nm(THF), 534 nm(CH2Cl2)和578 nm(DMF). 在800 nm和150 fs激光激发下, PI的双光子上转换荧光发射波长分别为527 nm(THF), 532 nm(CH2Cl2)和573 nm(DMF). 采用非线性透过率法测定荧光聚合物PI的三光子和双光子吸收系数. 系统研究了PI的线性吸收和透过、单光子荧光、荧光寿命、前线轨道能级及热稳定性. 实验结果表明, 三苯胺-噁二唑超支化共轭聚合物的多光子吸收和上转换荧光发射性能比树型分子或线型聚合物更为优异.     

基于三苯胺的双氰基二苯代乙烯型双光子荧光溶剂生色探针

以双氰基二苯代乙烯为双光子荧光母体,借助电子供体-π-电子受体(D-π-A)构-效关系,以二苯氨基作电子供体,氰基作电子受体,开发了一个新型的双光子荧光溶剂生色探针(SP1),并对其结构进行了表征.性能测试结果表明,SP1在环己烷和二甲亚砜(DMSO)中的最大发射波长分别为452和604 nm,显示出很宽的溶剂生色范围(152 nm),可用于溶剂极性与黏度的检测,亦能根据最大发射波长识别溶剂种类.SP1拥有较大的双光子吸收截面,在环己烷和DMSO中的最大双光子吸收截面分别为6670和2040 GM,并具有较大的斯托克斯位移(194 nm),其光稳定性、水溶性和细胞渗透性均比较优良.该探针可用于细胞中黏度的检测与成像.     

多支结构的吡嗪衍生物的合成及其双光子吸收性质

合成了一系列含有双支、三支和四支的吡嗪衍生物, 测定了它们的线性吸收和发射性质以及双光子吸收和发射性质. 随着吡嗪环上侧链数目的增加(支链数目从2到4), 吸收光谱(吸收峰位于290～390 nm)、荧光谱(发射峰位于400～510 nm)和双光子荧光谱(激发波长720 nm)都发生红移, 荧光量子产率也逐渐增强(从0.13增大到0.25). 另外, 从双支到四支结构, 双光子吸收截面σ按照1∶2.8∶3.7的比例增加, 接近于支链数目的平方之比(1∶2.25∶4), 表明多支结构的双光子吸收存在显著的增强效应, 其中四支结构的σ值为1007 GM. 实验中还发现, 对于具有相同支链数目的化合物, 邻、对位的取代模式比间位取代模式具有更强的单光子和双光子荧光性质.     

均二苯乙烯类双光子荧光探针的合成及对金属离子的识别

合成了以均二苯乙烯为荧光母体, 一端以N,N-二甲基, 一端以7-苯基-1-氧杂-4,10-二硫杂-7-氮杂环十二烷(NS2O)为受体的荧光探针(DMNS2O), 并用1H NMR等技术对其进行了结构鉴定. 通过X射线单晶衍射分析发现均二苯乙烯的3个苯环非共平面, 二面角分别为24.6°和37.5°; 在加入金属离子Ag+和Zn2+之后, 探针在600 nm处的荧光峰消失, 420 nm处产生新的荧光峰, 其它金属离子的干扰较小.双光子荧光激发研究结果表明, 当激发波长为750 nm时, 双光子荧光发射最强.     

基于四苯基乙烯的荧光纳米探针的合成及细胞成像研究

近年来,设计合成具有生物相容性好、光学性质稳定、细胞毒性低的荧光纳米探针是生物医学领域的研究热点.通过1,1,2-三苯基-2-(4-甲醛基苯)乙烯与2-(4-氧代-3-苯基-1,3-噻唑-2-亚基)丙二腈反应合成新型四苯基乙烯类荧光探针(TPE-Rho),考察其聚集诱导发光(AIE)特性;使用共沉淀法将TPE-Rho包裹于两亲性表面活性剂Pluronic F-127中得到粒径分布均匀的荧光纳米探针(TPE-Rho dots). TPE-Rho dots显示黄色荧光发射、良好的稳定性、长斯托克斯位移(约200nm)等光学性能,并且对细胞生长活性基本无影响,随后以人肝癌细胞SK-Hep1和人结肠癌细胞Lo Vo作为模型细胞进行细胞成像,观察染色部位和荧光强度.结果表明,TPE-Rhodots能够对活细胞进行染色,选择性作用于细胞质.由此可以确定TPE-Rho dots的生物相容性良好、细胞毒性小、细胞膜通透性高、光稳定性好,可作为一种活细胞染色剂.     

2,5-双(对二甲氨基苯乙烯基)吡嗪的双光子诱导荧光性质

本工作合成了具有D-π-A-π-D对称结构的化合物2,5-双(对二甲氨基苯乙烯基)吡嗪。利用飞秒激光器研究了2,5-双(对二甲氨基苯乙烯基)吡嗪的双光子吸收特性,获得了在820 nm处的最大双光子吸收截面(σ= 212 GM)。荧光发射强度与激发光强平方的线性关系证明了2,5-双(对二甲氨基苯乙烯基)吡嗪的双光子诱导发光机制。     

基于SERS纳米探针的细胞内硝基还原酶检测

在缺氧的肿瘤细胞内, 硝基还原酶(NTR)通常过表达且其含量高低与缺氧程度呈正相关, 因此开发高选择性检测NTR的方法对早期肿瘤诊断至关重要. 本文通过修饰对硝基苯硫酚(p?NTP)到金纳米粒子(Au NPs)表面构建了一种表面增强拉曼散射(SERS)探针. 在缺氧条件下, 以还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)作为电子供体, NTR可催化还原芳香硝基为芳香胺, 导致纳米探针的SERS光谱发生变化, 从而实现NTR的高选择性检测, 检出限低至18 ng/mL. 该探针毒性低、 生物兼容性好, 可用于缺氧条件下A549细胞内的NTR分析, 为肿瘤细胞的缺氧现象评估提供了一种有效的策略.     

多枝[1,3,4]-噁二唑衍生物的双光子吸收和光功率限幅特性

采用非线性透过率法测定了多枝[1,3,4]-噁二唑衍生物的双光子吸收性质. 测定了化合物的单光子荧光光谱和双光子荧光光谱, 在800 nm波长的激光激发下, 9-乙基-3,6-双{5-(4-叔丁基苯基)-[1,3,4] 噁二唑-2-苯乙烯基}-咔唑(3)和三-{5-(4-叔丁基苯基)-[1,3,4] 噁二唑-2-苯乙烯基-4-苯基}-胺(4)能够发出很强的蓝色和黄绿色双光子上转换荧光, 荧光峰分别位于485和547 nm. 这些多枝结构化合物的双光子吸收截面较大(数值超过104 GM), 并具有很强的光限幅效应. 多枝分子中重复单元的推拉电子结构和协同效应有效地增强了分子的双光子吸收性质.     

具有AIE效应的Eu(Ⅲ)-聚(N-乙烯基吡咯烷酮)配位聚合物Pdots的制备及双色肿瘤细胞成像

本研究通过原位引发聚合方法,以合成的4,4'-偶氮(4-氰基戊酸酯基)四苯乙烯(TPE-tetraAZO)为引发剂,引发乙烯基吡咯烷酮单体聚合,并通过侧链含孤对电子的N、O元素与稀土Eu(Ⅲ)配位,成功制备四臂星型聚合物TPE-tetraPVP-Eu(Ⅲ),该双亲性聚合物可自组装成尺寸约为20nm的非半导体型聚合物量子点(Pdots).光学性能研究表明:该Pdots在360 nm和395 nm激发下分别发射蓝色(435 nm)和红色(615 nm)荧光,其中, Pdots的蓝色荧光具有典型的AIE特性,并对环境温度和pH具有明显双重响应特性,最低临界温度为37℃,接近人体温度.此外,Pdots表现出低细胞毒性,可通过调节激发波长,实现对HeLa、HepG2及A549三种肿瘤细胞的可逆双色荧光成像,展现出优异的成像效果,有望作为一种活细胞多色荧光示踪探针材料.     

用于细胞和组织中弗林蛋白酶特异性成像的双光子荧光探针研究

弗林蛋白酶是前体蛋白转化酶家族中最具特色的酶之一,具有重要的生物学功能,其表达量水平与许多疾病有密切的关系,如癌症的发生和发展与弗林蛋白酶表达水平有着密切关联.目前文献中报道了一些单光子荧光探针用于弗林蛋白酶的检测,但这些探针不能应用于深层组织成像,且弗林蛋白酶在肿瘤发展过程的作用仍没有得到很好地研究.针对这些问题,本工作构建了一种新型双光子荧光探针Nap-F用于细胞和肿瘤组织内弗林蛋白酶的检测与双光子成像.Nap-F是由经典双光子荧光染料1,8-萘酰亚胺、弗林蛋白酶特异性多肽序列RVRR和自消除连接体整合而成.实验结果表明Nap-F对弗林蛋白酶具有很好的特异性,能够定量检测弗林蛋白酶的活性.在飞秒激光820 nm激发下,Nap-F能有效降低生物背景,并提高组织穿透深度,适用于细胞和组织的双光子成像.Nap-F成功地实现了几种活细胞中弗林蛋白酶的双光子成像,揭示了癌细胞和表达缺陷细胞中弗林蛋白酶含量的差异.更重要的是,我们将该探针用于CoCl₂固定HIF-1构建的肿瘤细胞缺氧模型成像,实验结果表明弗林蛋白酶的表达与肿瘤细胞缺氧程度存在正相关性.     

新型咔唑基半胱氨酸双光子荧光探针的合成及光学性能

以咔唑为母体，设计并合成了一种可检测半胱氨酸的新型双光子荧光探针（3），其结构经¹H NMR, ¹³C NMR, HR-MS(ESI)和元素分析表征。采用UV-Vis和FL研究了3的光学性能。结果表明：半胱氨酸加量为0~50 eq.时，3的紫外最大吸收峰从365 nm蓝移至342 nm；在350 nm处出现一个等吸收点；在450 nm处的荧光强度增强约23倍。     

咔唑基粘度荧光探针的合成、光学性能和细胞成像

以咔唑为母体，在其3,6位上通过碳碳双键分别连接吡啶和吲哚阳离子盐，设计合成了一种检测细胞内粘度的荧光探针（4），其结构经过¹H NMR, HR-MS(ESI)和元素分析表征，并对其光学性能进行了研究。结果表明：在不同溶剂中，4仅在甘油中有较高的荧光强度，是其在水中荧光强度的25倍。在水/甘油混合溶剂体系中，4在566 nm处的荧光强度与粘度呈良好的对数线性关系（R²=0.98）。选择性实验证明4能够特异性响应粘度而不受其他分析物的影响。此外，4具有低的细胞毒性，在HeLa细胞中可以发射明亮的红色荧光，可有效用于活细胞成像。      

双光子荧光探针

荧光探针作为研究生物系统必不可少的工具,借助双光子显微成像可以直观便捷地对生物活性化合物或生物功能客体成分进行实时动态三维观测与监控。近十年来发展的双光子激发荧光探针,较单光子荧光探针具有显著的优点,如高分辨率、高清晰度、高灵敏度、无光漂白、无光致毒、定靶激发、高横向与纵向分辨率、低的生物组织吸光系数及低的组织自发荧光干扰等。本文综述了近七年来的双光子阳离子探针、双光子阴离子探针、双光子SO_2探针、双光子pH探针、双光子核酸探针、双光子半胱氨酸探针、双光子活性氧探针、双光子磷酸探针、双光子CO探针、双光子Alph-细胞探针、双光子CYP1A酶探针、双光子极性、黏度与温度探针的结构特性及其在生物成像方面的应用。双光子荧光探针已被广泛应用于临床诊断、疾病监测和药物筛选上,这推动了生物化学、医学和生命研究的发展。