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。     

以N为耦合中心多枝分子的双光子上转换荧光

采用非线性透过率法研究了以N为耦合中心的多枝化合物N-[4-{2-(3,5-二-[5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-]苯基}-1-乙烯基}苯基}-N,N-二苯胺(BPODPA), N,N-双[4-{2-(3,5-二-[5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-]苯基}-1-乙烯基}苯基}-N-苯胺(BBPOPA)和N,N,N-三[4-{2-(3,5-二-[5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2]苯基}-1-乙烯基}苯基}胺(TBPOA)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上转换荧光光谱, 研究了多枝化对三苯胺分子双光子吸收和双光子激发荧光性质的影响.在800 nm波长的激光激发下,化合物BPODPA、BBPOPA和TBPOA在二氯甲烷溶液中发出很强的蓝绿色双光子上转换荧光, 荧光峰分别位于502、515 和518 nm. 这些多枝结构化合物的双光子吸收截面较大, 双光子吸收增强来源于多枝分子中扩展的π共轭体系和重复单元的协同效应.     

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.     

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     

利用电子自旋共振技术捕捉烯类单体双光子聚合反应的自由基信号

<正>自1999年烯类单体的双光子聚合方法被发现以来[1],其产物在光开关制备[2]、光子晶体[3]、微机械[4]及三维微加工[5]等领域得到了广泛的应用.由此,烯类双光子聚合机理也成为人们研究的焦点[6].到目前为止,研究者们普遍认为烯类单体的双光子聚合反应属于自由基历程,各种利用双光子     

具有双光子吸收特性的咪唑类衍生物的合成及其光物理性能研究

分子在强激光作用下能同时吸收两个光子的现象称为双光子吸收(TPA),具有大的双光子吸收截面(σ2)的分子有多种用途,是目前光电子材料研究领域的热点之一.双光子吸收材料可应用于上转换激射[1]、光限幅[2]、光稳幅、三维光存储[3]、三维微加工[4,5]以及光动力疗法[6]等.但由于一般材料的双光子吸收截面很小,大大限制和束缚了双光子吸收材料的发展应用.     

1,3,4-噁二唑衍生物的双光子吸收和双光子泵浦荧光

依据“推电子基-共轭中心-拉电子基-共轭中心-推电子基”的模型将电荷传输型1,3,4-噁二唑环嵌入芳香共轭体中, 通过Wittig-Horner反应合成了2种对称型强双光子吸收和双光子诱导荧光分子2,5-二[4-(2-芳基乙烯基)苯基]-1,3,4-噁二唑. 它们的氯仿溶液在锁模Nd: YAG激光器800 nm激光照射下, 发射出很强的双光子上转换荧光, 其最强荧光分别在波长507和475 nm. 采用非线性透过率法测得其双光子吸收截面分别为1.07×10^－46和6.6×10^－47 cm⁴•s•photon^－1. 这2个对称型D-π-A-π-D生色分子从激发端基到π共轭桥的有效能量传输, 对双光子吸收和双光子荧光发射能力贡献较大.     

新型树枝分子的宽带多光子荧光发射

用飞秒Ti∶sapphire激光研究了3个树枝分子1,2,4,5-四(4-N,N-二苯氨基苯乙烯基)苯(TPAB)、1,2,4,5-四[4-N,N-二(4-溴苯基)氨基苯乙烯基]苯(TPAB-Br)和1,2,4,5-四{4-{N,N-双{4-{4-[5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2]苯乙烯基}苯基}氨基}苯乙烯基}苯(TPAB-OXA)的多光子吸收及上转换荧光性质.在二氯甲烷溶液中3个生色团分子TPAB,TPAB-Br和TPAB-OXA在800 nm飞秒光激发的双光子荧光发射波长分别为569,535和621 nm,在1300 nm飞秒光激发的三光子频率上转换荧光发射波长分别为566,534和610 nm,采用非线性透过率法测得在四氢呋喃(THF)溶液中TPAB,TPAB-Br和TPAB-OXA在800 nm和150fs激光激发下双光子吸收截面分别为61.86×10-50,6.19×10-50和65.98×10-50 cm4.s/photon;在1300 nm和80 fs激光激发下三光子吸收截面分别为3.88×10-79,7.76×10-79和27.17×10-79 cm6.s2.树枝分子具有很强的多光子吸收和上转换荧光发射能力,多光子荧光发射波长位于500～600 nm.     

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.     

新型双光子吸收化合物的合成、光物理及其在固态分散体系中的性质

通过多步反应制备了三个新型的双光子吸收化合物,测试了它们的光物理性质,发现该系列化合物具有较大的双光子吸收截面,并且随温度降低其双光子吸收截面增大.尤其是化合物TMVDB,其量子效率为0.83,常温时的双光子吸收截面达到1164GM,其双光子吸收截面除以分子量为2.08,表现出了优良的双光子吸收发光性能.进一步将TMVDB掺杂到固体材料中,得到强双光子诱导发光的固体材料.     

Synthesis and Properties of a New Two-photon-absorbed Material Heasps

Abstract

A new dye Trans-4-[p-(N-hydroxyethyl-N-ethyiamino)styryl]-N-methylpyridinium p-toluene sulfonate (HEASPS) was synthesized, and the two-photon absorption (TPA), TPA-induced frequency up-conversion emission, and two-photon pumped (TPP) frequency up-converted lasing properties of this new dye were experimentally studied. This new dye has a moderate TPA cross-section of\sigma₂ = 4.7 × 10^?48 cm⁴ .s/photon at 1064nm, but exhibits a high lasing efficiency. The net conversion efficiency from the absorbed 1064 nm pump pulse energy to the 626 nm up-converted lasing energy is 18.2% at the pump energy level of 1.9 mJ.     

含1,3,5-三嗪和三苯胺的二苯乙烯类双光子材料

合成了以三苯胺为电子给体、1,3,5-三嗪为电子受体的新型二苯乙烯类化合物．用吸收光谱、荧光光谱、飞行质谱、核磁共振氢谱和碳谱进行了表征。这些化合物具有大的双光子吸收截面和强的频率上转换荧光,其中,由三个D-π-A结构的发色团形成的三枝状八偶极分子具有最大的双光子吸收截面和最强的双光子荧光。     

Theoretical investigation of two-photon absorption properties for a series of bifluorene molecules

The two-photon absorption (TPA) cross-sections of a series of bifluorene molecules with different substituents (constructing three types of structures D–π–D, A–π–A and D–π–A) were calculated using ZINDO/SOS program. The results showed that the A–π–A structure with strong substituent-nitro had the largest TPA cross-section for these molecules. To verify the results, we analyzed the charge quantity of the ground and the main excited states as well as the frontier orbitals of the investigated molecules. The equilibrium geometries were obtained with AM1 method, and using ZINDO-SOS to calculate the third-order nonlinearities of the molecules, then gained the TPA cross-sections. We found that for the compounds with bifluorene as π center, the donor and acceptor strength are the important factor for the enhancement of the TPA properties, and compared with molecules with fluorene as π center, the large TPA cross-sections of bifluorene are caused by coupling effects between the two monomers.     

Fluorene as the π-spacer for new two-photon absorption chromophores

We report herein the design and synthesis of two new quadrupolar D-π-A-π-D chromophores containing diphenyl amine and dicyanobenzene or 2,1,3-benzothiadiazole as electron donor (D) and acceptor (A), respectively, which are bridged by fluorene linkage (π). The introduction of coplanar fluorenes is highly beneficial for the enhancement of two-photon absorption (TPA), where 1b displays a TPA cross section (σ₂) of up to 1975±207 GM.     

二吡唑铝化合物双光子吸收性质的理论研究

应用密度泛函理论(DFT)和半经验的ZINDO方法对二吡唑铝化合物的单、双光子吸收(OPA、TPA)性质进行了研究.结果表明,铝氮烷杂环化合物具有好的双光子吸收性质,其双光子最大吸收截面值(δmax)可达到2860.1 GM(1 GM=10-50 cm4·s·photon-1).在中心、共轭桥和末端引入强的吸电子基团可调谐单、双光子吸收光谱,实现在不同波长范围的双光子吸收;利用三态公式分析了分子的双光子吸收截面变化的内在原因;铝氮烷杂环化合物与其相应的硼化合物相比,表现出类似的单、双光子吸收性质,但一定程度上可增大双光子吸收截面.     

SOS Calculation of Nonlinear Optical Properties of Synthesized ASPBPh4

1ntroductionTwo-photon absorption (TPA) is one of the first non1inear optical phenomena to havebeen experimentally observed shortly after the presence of intense laser pules. As early as1931, Goeppert-MayerL'J established the basis of quantum mechanical process for the mediumsimultaneously absorbing two photons. The select rules of two-photon absorption are differentto those of one-photon absorption. The transition probability for the absorption of two identi-cal photons is proportional to …     

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.     

氧芴三苯胺多枝分子的双光子吸收与电化学行为

研究了3个氧芴/三苯胺衍生物: E-2,8-双(4-二苯胺基苯乙烯基)氧芴(简称OT-G1)、E-2,8-双[4-(二苯基氨基-二苯乙烯基)(4’-溴苯基)氨基-苯乙烯基]氧芴(简称OT-G1.5)和E-2,8-双-[4’,4″-二-(二苯胺基苯乙烯基)-4-二苯胺基苯乙烯基]氧芴(简称OT-G2)的双光子吸收和电化学行为. 研究结果表明, 分子“代数”从1→1.5→2增高, 氧芴三苯胺多枝分子的HOMO能级升高、双光子荧光强度和双光子吸收截面明显增大. 由于HOMO能级的升高有利于分子的电荷转移, 因而分子表现出强的双光子吸收能力, 这表明可通过电化学行为来推断出分子的双光子吸收性能.     

双氰基二苯代乙烯型双光子荧光汞离子探针

分别以双氰基二苯代乙烯(DCS)和双[2-(2-羟乙基硫基)乙基]氨(HSA)为双光子荧光团和汞离子受体,合成了双光子荧光汞离子探针(DHg),并对其结构进行了分析.实验结果表明,DHg在甲苯、乙腈和水中的荧光量子产率(Φ)分别为0.78,0.42和0.20,对汞离子的络合常数通过单、双光子荧光滴定分别拟合为lg K=5.47±0.02和lg K=5.34±0.02.DHg在水溶液中对汞离子具有优良的选择性和高的灵敏性,可用于中性环境中汞离子的检测.DHg的双光子吸收截面(δTPA)在水溶液中高达840 GM,可用于细胞中汞离子的检测与成像.