三苯基咪唑衍生物的聚集诱导发光性质及其细胞成像应用

聚集诱导发光(AIE)材料在生物医学领域有很大优势,尤其为生物成像研究开启了新局面.通过2,4,5-三苯基咪唑衍生物与1,4-二溴丁烷/1-溴丁烷亲核取代反应,合成了2个丁烷桥联的双咪唑衍生物及2个1-位丁基取代的单咪唑衍生物. 4个产物都表现出优异的AIE性质,其中含有甲氧基助色团的衍生物具有更长的发射波长.机理研究表明限制扭曲的分子内电荷转移是这类结构具有AIE活性的原因,因此, 2-位强吸电子芳基是它们具有AIE活性的决定因素.此外,咪唑环1-位取代基的空间效应对AIE也非常重要,因为较大体积的1-位取代基使分子呈扭曲构象,从而限制聚集态π-π堆积作用.最后,研究了1-位丁基取代的单咪唑衍生物的细胞染色和成像性能,结果显示二者在蓝色、绿色及红色通道都表现出不错的荧光成像能力,但在不同颜色通道观察到的细胞被染色区域不完全相同.     

AIE荧光聚合物RAFT可控合成与表征及光物理性质研究

聚集诱导发光(AIE)分子是与传统的聚集态荧光淬灭染料分子具有截然相反的光物理性质的新型有机发光材料,可广泛应用于化学/生物传感、生物探针与成像、诊疗一体化和光电子器件等诸多领域中。本论文通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合方法,可控合成了侧链型四苯乙烯TPE聚丙烯酸酯AIE聚合物。通过实验条件的优化与探索,尤其采用半衰期较短、活性更高的偶氮二异庚腈(ABVN)取代常规的偶氮二异丁腈(AIBN)引发剂,将原来超过12 h的过夜反应前沿科研实验,改造为较短的3–5 h聚合反应时间内即可达到中等收率和较好的聚合物产品质量,使其成为一个适合本科教学环境的新创实验。本实验融合了无水无氧操作技术、柱层析分离纯化、RAFT可控聚合和GPC分子表征技术、FTIR、NMR、UV-Vis、荧光光谱等多种现代实验技术和表征方法,考查了所合成四苯乙烯TPE侧基的AIE聚合物的光物理性质,测定其溶液中的相对荧光量子产率达17%。     

一种基于查尔酮衍生物的荧光探针对巯基氨基酸的检测及细胞成像

生物硫醇(如半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)及谷胱甘肽(GSH))与生物体和细胞中的许多生理和病理过程密切相关。荧光探针是对生物硫醇灵敏检测与成像的有力工具。本文合成了一种可检测生物硫醇的基于2′-羟基查尔酮荧光团开启型荧光探针1。探针中的2,4-二硝基苯磺酸酯基团既作为反应识别基团,又作为荧光猝灭基团。在DMSO/Tris(体积比8/2,pH=8.4)中,探针1与生物硫醇反应后释放出前体化合物3,3具有激发态分子内质子转移(ESIPT)和聚集诱导发光(AIE)特性,从而导致长波长荧光发射及较大的斯托克斯位移。探针1具有合成简单、灵敏度高、选择性高、细胞毒性低等优点,可以方便地检测溶液和活细胞中的生物硫醇。     

含四苯基乙烯的炔酮衍生物的设计合成、聚集诱导发光性质及其对Pd2+的选择性荧光检测

聚集诱导发光（AIE）材料吸引了许多光电器件和生物荧光技术领域的科学家的关注.对聚集诱导发光化合物构效关系的深入理解对于设计新材料至关重要.在本工作中,基于经典的AIE基元四苯基乙烯,设计并合成了一系列具有AIE性质,含不同电子给体/受体取代基的炔酮衍生物.对这一系列化合物的光物理性质进行了系统研究并分别探讨了取代基团对发光波长、发光效率和AIE性质的影响.它们的聚集态最大发射波长位于511～565 nm,在四氢呋喃/水混合溶液中的荧光量子产率可达31%.在末端苯环上的电子给体/受体取代基团会降低聚集态的发光效率,而引入硝基取代基则会在发射波长红移的同时,显著猝灭荧光.最为重要的是,这些化合物结构中的炔酮基元可以在一系列金属离子中选择性地与Pd²⁺配位,猝灭纳米聚集体的发光,并有望作为一个有效的Pd²⁺荧光传感器.     

聚集诱导发光高分子在光学诊疗应用中的研究进展

高分子因其优异的光学特性、良好的生物相容性和分子结构易于调控等优势,在光学诊疗领域表现出巨大应用潜力.然而,传统荧光分子的聚集导致荧光淬灭现象限制了其生物应用.聚集诱导发光(AIE)分子因其聚集态高效发光的优势而备受关注.本文从AIE高分子的构建出发,重点介绍了D-A型共轭聚合物的构建策略、构-效关系以及相对于小分子的性能和应用优势,并从生物成像、肿瘤诊疗和抗菌三个方面总结了AIE高分子在光学诊疗领域的最新研究进展.生物成像方面主要总结了NIR-Ⅱ区AIE高分子在深部组织高分辨率荧光成像中的应用;肿瘤诊疗方面主要介绍了AIE高分子在光动力治疗、光热治疗及联合治疗中的应用;以及介绍了AIE高分子在细菌感染光动力治疗中的应用.最后对AIE高分子在光学诊疗领域的未来发展前景进行了展望.     

取代基效应对喹啉腈AIE荧光性能的研究

吡喃腈(DCM)类化合物作为传统的荧光染料, 其本身具有聚集荧光淬灭(Aggregation caused quenching, ACQ)的现象. 通过对吡喃腈母体进行结构修饰, 合成了一类具有长波长、聚集诱导发光(Aggregation-induced emission, AIE)的喹啉腈(QM)衍生物, 该类化合物在良溶剂中呈现弱荧光, 但在聚集态和固态时荧光增强. 并进一步研究了取代基效应对这类AIE化合物荧光性能的影响, 卤素原子的引入使得聚集态荧光基本保持在561~571 nm之间, 但荧光量子效率变化很大, QM-Br的Φ_F值最大(13.9%), QM-F次之(8.7%), QM-I最小(3.4%). 给电子单元可与QM母体单元形成D-π-A结构, 其增强的推拉电子效应延长了聚集态波长, 同时能级带隙变窄. 取代基效应的研究有助于理解AIE化合物聚集微环境的变化, 为进一步发展近红外AIE荧光染料及其生物应用打下良好的基础.     

具有聚集诱导发光性能的乙烯基衍生物的合成及其对DNT的检测

采用Wittig-Horner反应合成了两种具有聚集诱导发光(AIE)性能的乙烯基衍生物.紫外及荧光光谱显示,两种化合物在聚集态时分子间的π-π相互作用很弱,二者在聚集态时都展示了很强的荧光增强发光性能.由于二者所具有的扭曲的分子构型提供了2,4-二硝基甲苯(DNT)气态分子扩散所需的分子通道,因此对DNT蒸气的检测均显示了较高的荧光猝灭效率,且其荧光猝灭具有较好的可逆性.     

二苯乙烯基蒽聚集诱导发光材料体系的研究进展

具有聚集诱导发光(AIE)性质的有机荧光分子由于其扭曲的分子构型,在聚集态或固态表现出显著增强的荧光发射,避免了传统有机荧光分子的浓度猝灭现象,因而在光电器件、生物传感等领域有着广泛的应用.本文着重介绍了具有AIE性质的二苯乙烯基蒽(DSA)衍生物及其在高效固态发光材料、刺激响应材料、生物成像和生物与化学传感等领域的研究进展.     

一种萘酰亚胺类荧光共振能量转移型光酸探针

合成了一种未见文献报道的键合螺噁嗪单元的1,8-萘二甲酰亚胺类化合物3,通过核磁共振谱和高分辨质谱确证了其结构.化合物在某些有机溶剂中和粉末状态下都能发射较强的荧光,研究了化合物3在二甲基亚砜中聚集诱导荧光增强(AIE)性质.在滤纸上以及用薄层层析硅胶(TLC)都能检测到螺噁嗪单元的光致变色现象;螺噁嗪单元酸致开环产物...     

硫代部花菁类染料生物成像及诊疗的研究进展

硫代部花菁是氮杂环阳离子和末端氨基、 羟基或烷氧基通过π共轭桥连在一起的一类荧光染料, 具有优异的光学性质和生物相容性, 其近红外发射优势以及光敏特性使以硫代部花菁为骨架的荧光探针和诊疗试剂在荧光/光声成像和肿瘤治疗方面发挥着重要作用. 本文综合评述了基于硫代部花菁构建的荧光探针和诊疗分子在识别各种生命或环境分析物以及光基疗法中的研究及应用, 讨论了该领域面临的问题, 并对未来的发展趋势进行了展望.     

过氧化氢激活型近红外氟硼二吡咯光敏剂的设计、合成及光动力治疗研究

基于传统的氟硼二吡咯(BODIPY)荧光染料,设计合成了一种过氧化氢(H₂O₂)激活型近红外光敏剂中位-N-(4-硼酸苄基)吡啶鎓盐取代的碘化双苯乙烯基氟硼二吡咯(FP-IBDP). FP-IBDP在乙腈中的吸收和发射波长均达到近红外区,最大吸收和发射波长分别为681 nm和740 nm,对应的荧光量子效率和单线态氧效率分别为0.01和0.09.在被H₂O₂激活后, FP-IBDP转变为IBDP,其在乙腈中的最大吸收和发射波长分别为661 nm和701 nm.与FP-IBDP相比, IBDP的荧光量子效率和单线态氧效率大幅提升,分别达到0.11和0.48.细胞水平的荧光影像实验表明FP-IBDP对癌细胞内的H₂O₂具有灵敏的响应,并能通过明显的荧光增强变化实现癌细胞与正常细胞的有效区分.活性氧检测实验证明FP-IBDP能够被癌细胞内过表达的H₂O₂激活,并能在660nm光照射下在癌细胞内产生单线态氧.噻唑蓝(MT...     

9,10⁃二(N⁃苯基吲哚⁃3⁃乙烯基)蒽的合成及聚集诱导荧光和压致荧光变色性质

通过简单的Wittig反应合成了一个荧光化合物9,10-二(N-苯基吲哚-3-乙烯基)蒽(IA-Ph); 通过核磁共振和质谱对其结构进行了确认; 利用荧光发射光谱和紫外吸收光谱对其光物理性质进行了表征. 结果表明, 化合物IA-Ph兼具聚集诱导荧光(AIE)和压致荧光变色性质, 在相同浓度下, 该化合物在THF/H₂O(体积比1∶9)混合溶液中的荧光强度比在纯四氢呋喃(THF)溶液中增加了12倍, 具有明显的AIE效应. 通过简单而有效的机械力研磨, 化合物可以从初始的发绿光转变为研磨后的橙红光, 光谱红移约68 nm; 而且在加热或溶剂熏蒸条件下, 化合物的颜色可以回复到起始的绿光, 具有完全可逆性.     

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.     

荧光增强型共轭聚电解质的合成及对肝素的双通道检测

通过Suzuki偶联反应制备了含有四苯基乙烯和苯并噻二唑2种结构单元的阳离子型共轭聚电解质P1,并通过核磁共振氢谱确定了2种结构单元的比例为0.803:0.197,与投料比基本一致.当在P1的水溶液中加入不良溶剂THF时,在紫外光照下可以观察到其溶液颜色由土黄色(无聚集态)转变为橙黄色(聚集态).利用P1在不同聚集态下的荧光强度和发光颜色变化,可以实现对肝素的双通道检测.当肝素逐渐滴加到P1的水溶液中,P1的荧光发射强度随着肝素浓度的增加而线性增加,且其最大发射峰峰位发生线性红移,正负电荷饱和时强度达到最大且波长不再移动,该性质可作为双通道检测信号来标定肝素的浓度,从而提高肝素浓度检测的准确性.动态激光光散射的测试以及肝素滴定紫外图谱的变化结果表明,肝素与P1作用时聚集诱导发光和荧光共振能量转移两种作用共存,从而导致了荧光强度的增强,且伴随最大发射波长的红移.     

基于有机光致变色的聚集诱导发光分子的研究进展

近年来,有机聚集诱导发光(AIE)材料有效克服了传统荧光材料在固态或聚集态下荧光淬灭(ACQ)的主要缺陷,在生物探针、细胞成像、光学器件、防伪材料等方面得到了广泛研究与应用.但是,单功能的AIE材料往往满足不了科学技术发展和人们日益增长的物质生活需求.为拓展AIE材料的应用范围,多功能团组合的AIE分子的研究进一步成为...     

二苯乙烯基蒽衍生物:聚集诱导发光性质、机理及应用

与传统的发光分子相比,具有聚集诱导发光(AIE)性质的分子,在聚集态或固态条件下,由于独特的分子结构和聚集态结构,表现出显著增强的荧光发射,因而在光电器件、生物化学检测等领域展现出广阔的应用前景。本文总结了二苯乙烯基蒽(DSA)及其衍生物的AIE性质,分析了DSA类分子AIE现象的机理,如分子内转动受限、扭曲的分子结构及分子间聚集结构等,同时介绍了此类分子在固态发光、刺激-响应材料,以及生物检测和生物成像等方面的应用。     

高性能聚集诱导发光纳米探针用于肿瘤切除手术导航

远红/近红外(FR/NIR)发射荧光材料因其在生物成像领域的巨大应用潜力而受到广泛关注. 然而, 根据“能隙”规则, 电子带隙减小时, 非辐射失活途径占据能量耗散主导地位, 因此制备高量子产率、长发射波长的有机FR/NIR材料仍然是一个挑战. 本文通过引入扭曲构象基团(四苯基乙烯)对分子聚集态进行调控, 合成了一系列基于苯并硒二唑的供体-受体-供体(D-A-D)型化合物. 化合物TPE-DPA-Se在纳米粒子状态下表现出明亮的荧光发射, 其量子产率可高达16.48%, 证明其在水体系中仍具有良好的发射性能, 适用于多个领域. 本研究进一步证实了其优秀的细胞成像能力, 并将其成功地应用于荧光成像引导的手术导航, 特别是微小转移瘤的术中检测.     

压力和酸响应的四苯乙烯修饰喹喔啉类荧光染料的合成与性质研究

合成了新的给受体型四苯乙烯修饰的喹喔啉衍生物BTPQ、DBTPQ和BTBQ.三个化合物表现出不同程度的聚集诱导发光(AIE)行为,当BTBQ (四苯乙烯单元修饰在喹喔啉的2,3-位)的四氢呋喃溶液中含水量达到90%时,其荧光发射强度增加至原来的54倍.此外,固体BTBQ在三氟乙酸蒸气作用下可由淡黄色变成红色,且其蓝绿色荧光被显著猝灭,可见,它可作为传感材料用于酸蒸气的可视化检测.由于连接在喹喔啉5,8-位上的四苯乙烯单元的空阻作用导致BTPQ和DBTPQ不易被质子化,因此,二者对酸不敏感,但是,它们的固态发光颜色在研磨前后发生了明显变化,如,BTPQ在结晶态时发射蓝色荧光,经研磨变成无定形态后,发射蓝绿色荧光, BTPQ和DBTPQ的压致荧光变色行为在研磨、加热/溶剂熏蒸处理下具有可逆性.     

牛血清白蛋白修饰的近红外荧光纳米金顺磁标记分子探针

以光稳定性良好、 Stokes位移大且可近红外发射的谷胱甘肽包裹纳米金(GSH-AuNPs)为发光载体, 以4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(4-NH₂-TEMPO)作为顺磁标记基团, 对构建发光-顺磁双模式传感分子探针进行了研究; 以牛血清白蛋白(BSA)为表面修饰剂, 通过调节荧光纳米金的表面状态, 改善顺磁标记微环境, 获得了基于顺磁基团识别诱导信号传导的荧光-顺磁双模式响应型分子探针. 顺磁标记BSA修饰GSH-AuNPs形成弱荧光-强顺磁复合物(GSH-AuNPs@BSA-TEMPO), 复合物中顺磁基团TEMPO经抗坏血酸还原后呈现出荧光增强和顺磁信号减弱现象, 表现出对抗坏血酸浓度相关的荧光Off-on与顺磁On-off的双模式响应.     

喹吖啶酮光物理性质的理论表征

运用密度泛函理论对喹吖啶酮的光物理性质进行了研究. 结果表明, B3LYP/6-31G(d)//TD-B3LYP-PCM/6-311＋G(d)和CIS/6-31G(d)//TD-B3LYP-PCM/6-311＋G(d)方法能分别较好地描述喹吖啶酮的光吸收和光发射性质. 在吸收和发射的电子跃迁过程中, 主要是π-π*跃迁, 电荷在N和O之间的转移, 既包括单分子内的电荷跃迁, 也包括了通过氢键或π-π作用形成的二聚体的电荷跃迁. 溶剂对其光物理性质是有影响的, 这种影响是通过改变其前线轨道能来实现的, 受影响最大的是最高占据分子轨道(HOMO).