基于4-氨基-1, 8萘酰亚胺的双光子荧光H2S探针光学性质与响应机理分析

基于密度泛函理论水平上的解析响应函数方法,采用极化连续模型(PCM)研究了两种新型的截断型双光子荧光H₂S探针AcHS-1, 2的单双光子吸收及荧光发射性质,并对其响应机制进行了理论分析.计算结果表明, AcHS-1, 2在与H₂S反应后,生成物的单双光子吸收性质特别是荧光发射性质发生了明显的变化,它们的吸收峰都有较大的红移.此外,不同末端基团对探针分子的光学性质也有一定的影响.分析了探针分子AcHS-1, 2与H₂S反应前后的Mulliken布居及电荷转移过程,反应后分子内电荷转移量增大,从而改变了分子的光学性质,实现了对H₂S的探测.     

咔唑-二氨基马来腈类荧光探针的合成及对Cu2+和ClO-的检测

利用咔唑醛与二氨基马来腈合成了一种对Cu²⁺和ClO^-的响应的荧光探针分子CMN。探针分子与Cu²⁺作用后,紫外吸收光谱在394 nm处的吸光度迅速下降,颜色由黄色褪至无色;荧光光谱在452 nm处的发射峰迅速增强,出现明显的蓝色荧光。探针与ClO^-作用后,溶液发生褪色,并在375 nm和394 nm出现强荧光发射,发出淡蓝色荧光。CMN通过配位过程实现了对Cu²⁺的检测,其检测限为47μmol/L;CMN在ClO^-催化下亚胺键水解得到咔唑醛,实现了对ClO^-的检测,检测限3.06μmol/L。CMN可作为荧光检测试纸快速检测环境中的Cu²⁺和ClO^-。     

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。     

1,4-二(4'-N,N-二苯胺基苯乙烯基)苯衍生物单双光子吸收性质的理论研究

随着双光子显微技术的发展,获得性质优良的双光子荧光染料成为研究热点.因此,通过密度泛函理论(DFT)对一系列D-π-A-π-D型1,4-二(4'-N,N-二苯胺基苯乙烯基)苯(DPA-DSB)衍生物平衡几何结构、电子结构、单双光子吸收以及荧光发射性质进行了理论研究,对其结构和光学性质的分析表明,对A,π结构元进行修饰或更换可有效地调节光谱;向分子片段A引入杂原子可有效提高双光子吸收截面;和乙烯基团相比,π桥为乙炔基,若对分子平面性改变不大,则导致分子双光子吸收截面值减小,若乙炔桥很大程度改善分子平面性,则导致分子的TPA截面增大.本研究旨在理解DPA-DSB衍生物分子结构与双光子性质间的关系,为设计合成新型双光子材料提供重要信息.     

两类以芴为中心的有机分子双光子吸收特性

在密度泛函理论水平上, 利用响应函数方法研究了实验新合成的两类以芴为π中心的分子(SK-G1和NT-G1)的双光子吸收特性. 计算结果表明, 这两类有机分子都具有较大的单光子和双光子光吸收强度. 在低能量范围内, NT-G1分子的最大单光子吸收峰相对于SK-G1分子来说发生了红移, 且其最大单光子吸收强度是SK-G1分子的两倍. SK-G1和NT-G1分子的最大双光子吸收均发生在第二激发态. NT-G1分子的最大双光子吸收截面约是SK-G1分子的五倍, 并且NT-G1分子存在一个较宽的双光子吸收带. NT-G1分子的较强光学性质与分子内较大的电荷转移过程有关. 采用Onsager模型计算了溶剂分子对溶质分子单光子吸收性质的影响, 理论计算结果和实验测量结果符合得较好.     

取代基对二噻吩并噻吩衍生物的双光子吸收性质的影响

利用ZINDO/SOS方法, 从理论上研究了对称和不对称取代两种情况下, 取代基对二噻吩并噻吩衍生物单双光子吸收性质的影响. 结果表明, 所设计的噻吩类分子具有较大的双光子吸收截面, 且双受体取代比双给体取代更有利于增大分子的双光子吸收截面. 同时发现, 此类分子受体取代可以显著增加波长较短的双光子峰附近的双光子吸收, 而给体取代则可以改善波长较长吸收峰附近的双光子吸收.     

一种基于“聚集诱导发光+激发态分子内质子转移”机制的苯并噻唑衍生物荧光探针及其对次氯酸根的识别

合成了一种基于苯并噻唑衍生物的荧光探针(Z)-O-(2-(苯并[d]噻唑-2-基)-4-(2-氰基-2-(4-氰基苯基)乙烯基)-6-甲基苯基)二甲基硫代氨基甲酸酯(HBTY-N),探针在Tris溶液(p H=7)中能够通过荧光“Off-On”变化,高选择性识别Cl O-.向该探针中加入ClO^-后溶液由无荧光变为橙红色荧光,斯托克位移为235nm,且识别响应快速.探针HBTY-N对ClO^-的检测限为2.127×10-7 mol/L, pH适用范围为1～10,并且有较强的抗干扰能力.机理研究表明,在ClO^-的作用下,探针通过“氧化去保护”机制释放出具有“聚集诱导发光+激发态分子内质子转移(AIE+ESIPT)”性质的荧光团(Z)-4-(2-(3-(苯并[d]噻唑-2-基)-4-羟基-5-甲基苯基)-1-氰基乙烯基)苄腈(HBTY),量子产率由0变为42.88%.此外,探针HBTY-N可对活细胞中ClO^-进行荧光成像,且对细胞毒性低,还可用于实际水样中的ClO^-检测,具有潜在的应用...     

两个系列星型准八极矩分子单光子和双光子吸收性质的理论研究

采用DFT/B3LYP/6-31G*和ZINDO-SOS方法, 系统地研究了两个系列(以苯为中心的a系列和以三苯胺为中心的b系列)星型准八极矩分子及其单枝物的单光子和双光子吸收性质. 结果表明, b系列分子有较大的双光子吸收截面和更长的单光子和双光子吸收波长. 星型三分枝分子的双光子吸收截面较其单个分枝增长了超过3倍因为存在分枝间的相互作用. 含1,3,4-噁二唑的分子比含2,1,3-苯并噻二唑的分子有更大的双光子吸收截面但是最大吸收波长却蓝移, 不在红外或近红外区域.     

3,6-和2,7-咔唑衍生物单光子和双光子吸收性质的理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法以及ZINDO/SDCI方法计算3,6-和2,7-咔唑衍生物的分子平衡几何结构、电子结构及单光子和双光子吸收性质.乙烯基吡啶取代基的位置影响分子的单光子和双光子吸收性质.与3,6-咔唑衍生物相比,2,7-咔唑衍生物的单光子吸收波长红移,振子强度增大;双光子吸收波长红移,双光子吸收截面增加.结果表明,2,7-咔唑衍生物是更好的双光子吸收材料.     

噻吩基卟啉衍生物的单光子和双光子吸收性质的理论研究

本文理论上研究了两个系列的噻吩基卟啉衍生物,这种衍生物在可见光区具有大的双光子吸收截面。用密度泛函理论和ZINDO-SOS方法,计算了分子的几何构型、电子结构,单光子和双光子吸收性质。结果显示噻吩单元的数目影响分子的单光子和双光子吸收性质。具有两个或三个噻吩基团的噻吩基卟啉衍生物在较大范围内具有可用于实际应用中的双光子吸收响应,这一性质有利于这类分子在光限幅中的应用。插入乙炔基有利于扩大共轭范围,增加分子的双光子吸收截面。同时,乙炔基团的加入导致了单光子和双光子波长的红移。从高透明性和相对大的非线性光学响应考虑,噻吩基卟啉衍生物是一类有应用前景的双光子吸收材料。     

线粒体靶向的近红外HClO/ClO-荧光探针的研究进展

HClO/ClO-作为细胞质中一种重要的活性氧(ROS),源自线粒体,参与各种生理和病理过程,因此快速有效检测HClO/ClO-具有重要的生物学及生理学意义.荧光分析法因其灵敏度高、响应时间快、选择性高、成本低和操作简便等优点而备受关注.更重要的是,使用荧光探针可以在体外和体内可视化检测.近年来,为了研究HClO/Cl...     

A pinacol boronate caged NIAD-4 derivative as a near-infrared fluorescent probe for fast and selective detection of hypochlorous acid

A pinacol boronate caged NIAD-4 derivative was demonstrated to be a near-infrared fluorescent probe for fast and selective detection of hypochlorite over other ROS species.     

一种基于喹唑啉酮衍生物的荧光探针对次氯酸根离子的识别

次氯酸根(ClO~-)在人体免疫系统中发挥着重要的作用,其识别与检测备受关注。本文设计合成了一种含有喹唑啉酮骨架的腙型荧光探针(HEMQ),并通过~1H NMR、~(13)C NMR、高分辨质谱(HRMS)表征了其结构。探针HEMQ在V(乙醇)∶V(水)=1∶1(c(PBS)=0.02 mol/L,pH=8.7)溶液中对ClO~-具有良好的选择性且响应快速,荧光发生显著猝灭。探针HEMQ对ClO~-具有较高的灵敏度,检测限为1.0×10-4mol/L。此外,ClO~-可引起探针溶液由黄色到无色的颜色变化,因此HEMQ可作为比色、荧光双通道响应的ClO~-探针。     

双光子荧光探针研究及其应用*

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而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锐利的工具。而用于像离子的含量及其对生理的影响、离子参与的生理活动机制、离子与分子的作用、特定分子的分布及其相互作用等方面研究的双光子荧光探针,是实现成像的关键。双光子荧光探针的研究旨在促进双光子荧光显微镜应用的发展,促进生命科学、医学科学的快速发展,同时也带动双光子荧光探针所隶属的化学这一学科的发展。因此对双光子荧光探针的研究具有重要的理论和实践意义。该文综述了双光子荧光显微成像的优点、双光子荧光探针设计的原理及双光子荧光探针在离子分析方面的应用,并展望了这类荧光探针的发展趋势与应用前景。     

Diaroyl(methanato)boron difluoride compounds as medium-sensitive two-photon fluorescent probes

This paper evaluates the use of diaroyl(methanato)boron difluoride compounds for designing efficient fluorescent probes through two-photon absorption. Three different pathways allowing for the syntheses of symmetrical and dissymmetrical molecules are reported. The stable diaroyl(methanato)boron difluoride derivatives can be easily obtained in good yields. They exhibit a large one-photon absorption that is easily tuned in the near-UV range. Their strong fluorescence emission covers the whole visible domain. In addition to these attractive linear properties, several diaroyl(methanato)boron difluoride derivatives possess significant cross sections for two-photon absorption. The derived structure-property relationships are promising for designing new generations of molecules relying on the diaroyl(methanato)boron difluoride backbone.     

A fluorometric and mitochondrion-targetable probe for rapid,naked-eye test of hypochlorite in real samples

A colorimetric, fluorometric and mitochondrion-targetable probe (Rh-ClO) based on rhodamine B fluorophore and thiophene-2-carbohydrazide has been unveiled and successfully utilized for ClO^- detection in water samples and HeLa cells.     

Two-photon absorption of metal-organic DNA-probes

We report remarkable multiphoton absorption properties of DNA intercalating ruthenium complexes: (1) [Ru(phen)(2)dppz](2+); (2) [(11,11'-bidppz)(phen)(4)Ru(2)](4+); (3) [11,11'-bipb(phen)(4)Ru(2)](4+). Two-photon spectra in the range from 460 to 1100 nm were measured using the Z-scan technique. In particular, complex 2 was found to exhibit very strong two- and three-photon absorption properties, which could be an effect of symmetric charge transfer from the ends towards the middle of the conjugated dimeric orbital system. We propose that these molecules could provide a new generation of DNA binding nonlinear chromophores for wide applications in biology and material science. The combination of a large two-photon cross section and strong luminescence quantum yields for the molecules when intercalated makes the compounds uniquely bright and photo-stable probes for two-photon luminescence imaging and also promising as enhanced photosensitizers in two-photon sensitizing applications.     

Polyfluorene based conjugated polymer nanoparticles for two-photon live cell imaging

Two-photon excitation microscopy (2PEM) has been known as a noninvasive and powerful bio-imaging tool for studying living cells, intact tissues and living animals because of their unique advantages such as localized excitation, deep tissue penetration as well as less photo-damage. However, the major limitations that hinder its practical applications in biological systems are low two-photon absorption cross sections of conventional fluorescence probes. Conjugated polymer nanoparticles (CPNs) consisting of highly fluorescent conjugated polymers are promising fluorescent probes for 2PEM due to their unique advantages including large two-photon absorption cross sections, high fluorescence quantum yield, good photo-stability and biocompatibility, facile chemical synthesis, tunable optical properties as well as versatile surface modifications. This account summarizes the recent efforts of our group on development of novel polyfluorene based CPNs as 2PEM contrast agents for live cell imaging.