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.     

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.     

一种溶酶体靶向双光子亚硝酰氢荧光探针的合成及细胞成像研究

亚硝酰氢(HNO)是一氧化氮单电子还原并质子化的产物,具有重要的生物学意义.以4-(2-氨基乙基)-吗啉作为溶酶体靶向基团,1,8-萘二甲酰亚胺作为双光子荧光团,三苯基膦作为HNO识别基团,构建了一个能够特异性定位于溶酶体的打开型双光子荧光探针Lyso-HNO.研究结果表明,该探针响应迅速,对HNO表现出良好的选择性,较高的灵敏性,检测极限可达202 nmol·L-1.该探针可对HeLa细胞溶酶体外源HNO进行双光子荧光成像研究.     

嘧啶基双光子荧光染料的设计合成与生物成像

生理条件下光学性质稳定的双光子荧光染料在生物成像领域具有广阔的应用前景。我们使用2,4-二甲基-6-羟基嘧啶与4-(N,N-二甲氨基)苯甲醛进行缩合反应,设计合成了具有双光子荧光性质的化合物2-[(1E)-2-[4-(二甲氨基)苯基]乙烯基]-6-甲基-4(3H)-嘧啶(NHP)。通过质谱(MS)、核磁共振波谱(NMR)、紫外可见吸收光谱和荧光发射光谱等技术手段表征了其结构,研究了其光物理性质,以及外部环境改变对其发射光谱的影响。结果表明,化合物NHP的最佳吸收峰位于400 nm,最佳发射峰位于540 nm左右,且荧光发射不受金属离子、氨基酸和pH等环境因素的影响。生物实验结果表明,化合物NHP细胞毒性较小,且具有很好的活细胞和果蝇脑组织成像效果,是一种较为理想的双光子荧光生物成像染料。     

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.     

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.     

新型双光子荧光探针用于高灵敏检测硝基还原酶及细胞成像

以2-乙酰基-6-甲氨基萘为荧光团,对硝基氯甲酸苄酯为识别域,设计合成一种新型双光子荧光探针NNTR。基于单光子和双光子模式考察了NNTR探针的光学特性及其对硝基还原酶(NTR)的荧光响应,发现在NADH催化下,NNTR可与NTR(NTR)反应,5 min后,在单光子激发模式下,510 nm处的发射光强度增加了约350倍,而在双光子激发模式下,810 nm处的发射光强度增加了约500倍,活性截面积可达66 GM(1 GM=1×10~(-50)cm~4·s/photon)。将NNTR探针用于NTR检测,检出限低至22 ng/mL,且具有反应速度快、选择性高、光学稳定性好等特点。考察了探针对HeLa的细胞毒性,并以盖玻片诱导缺氧法使HeLa细胞缺氧,促使NTR过表达,实现了NNTR探针对HeLa活细胞中NTR的成像分析。     

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.     

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。     

含吡啶端基9,10-双芳基蒽共轭分子的合成、聚集诱导荧光增强及双光子诱导荧光

通过Heck反应合成了2个以吡啶为端基的9,10-双芳基蒽共轭分子9,10-二{4-{4-[N,N-二(4-吡啶乙烯基)苯基]氨基}苯乙烯基}蒽(4Py-PAA)和9,10-二{4-{4-[N,N-二(2-吡啶乙烯基)苯基]氨基}苯乙烯基}蒽(2Py-PAA),化合物结构经过1H NMR,13C NMR,HRMS-MALDI-TOF确证.测定了化合物在不同极性溶剂中的紫外吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命及量子产率,测算了4Py-PAA和2Py-PAA的偶极矩.通过循环伏安法研究了它们的前线轨道能级.测定了4Py-PAA和2Py-PAA的固体荧光光谱、固体荧光量子产率及在不同含水量的水/THF混合溶液中的荧光光谱.实验发现4Py-PAA在THF溶液中发出蓝绿色荧光,固体时发出红色荧光,在含水量为70%的水/THF混合溶剂中发出黄色荧光,荧光强度是纯四氢呋喃(THF)的3倍,呈现聚集荧光增强性质.在800 nm飞秒激光下采用双光子诱导荧光参比法测定了4Py-PAA和2Py-PAA在THF溶液中的双光子吸收截面分别为193和101 GM.实验结果表明含有2位和4位吡啶端基9,10-双芳基蒽共轭分子具有良好的荧光发射性能及双光子吸收性质.     

用于糖链抗原CA19-9实时动态活检的免疫双光子荧光标记试剂盒

采用双光子荧光标记探针LP制备了免疫双光子荧光抗体LP-Ab,以特异性识别肿瘤标志物CA19-9(Ag)形成抗原-抗体复合物(LP-Ab·Ag),基于双光子诱导荧光机制用近红外激光(740 nm)激发LP-Ab·Ag,利用LP-Ab·Ag的双光子荧光实现了CA19-9的高清晰度、高灵敏度及高分辨率的量化检测和实时动态成像,并制成用于糖链抗原CA19-9检测的简单便捷的双光子荧光标记试剂盒.     

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。     

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.     

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.     

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.     

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     

基于2,6-二甲酰基-4-甲基苯酚的双Schiff化合物的合成及Zn~(2+)识别

以2-氨基苯并噻唑、水合肼和硫酸为原料,合成2-肼基苯并噻唑,与2,6-二甲酰基-4-甲基苯酚进行反应得到2,6-二甲酰基-4-甲基苯酚缩二(2-肼基苯并噻唑)(L),在DMF与H_2O (3:2,V:V)的混合溶液中,通过紫外和荧光测定该探针(L)对金属离子的识别性能。结果发现,该荧光探针(L)对Zn~(2+)具有较好的选择性和灵敏度,探针溶液的荧光强度与Zn~(2+)有良好的线性关系,线性方程为I=196.46+1654.12c,相关系数R~2=0.9864,检出限为38.5 nmol/L。该方法可以定量检测水中Zn~(2+)。     

对位取代二苯乙烯衍生物的合成和非线性光学性质

合成了反式-4-[N-（乙氧基羰基-4"-硝基苯基）-N'-乙基氨基]-4'-(二甲基氨 基)二苯乙烯(DMANHAS)和三个新有机化合物。用核磁、红外以及元素分析进行了表 征。测试了紫外吸收光谱、单光子荧光光谱和双光子荧光光谱。在800nm的飞秒脉 冲激光激发下,反式-4-（N-羟乙基-N'-乙基氨基）-4'-(二甲基氨基)二苯乙烯 (DMAHAS)和反式-4-(N-羟乙基-N'-乙基氨基)-4'-(二乙基氨基)二苯乙烯(DEAHAS) 均发出较强的蓝紫色上转换荧光,荧光峰分别位于436和440nm,而DMANHAS和反式- 4-[N-(乙氧基羰基-4"-硝基苯基)-N'-乙基氨基]-4'-（二乙基氨基）二苯乙烯 (DEANHAS)没有荧光。     

双阳离子咔唑衍生物与DNA相互作用的光谱研究

合成了一种新型的双阳离子咔唑衍生物3,6-双(1-羟乙基-4-烯基吡啶)咔唑碘盐(3,6-BHVC), 并对其进行了表征. 利用紫外-可见吸收光谱、圆二色谱、单光子和双光子荧光发射光谱探讨了该化合物与DNA的结合方式. 所有光谱测试结果表明, 该化合物在[磷酸根]/[染料]比值较低的条件下主要以插入方式与DNA结合, 在该比值较高的条件下主要以沟槽结合方式为主. 表明咔唑衍生物可以成为一种探索具有高结合能力双光子DNA探针的基本结构.     

5-N,N-二乙氨基-2-(吡啶-2’-亚氨甲基)苯酚的合成及其对Zn~(2+)的识别

本文利用2-氨基吡啶与4-N,N-二乙氨基水杨醛反应合成了5-N,N-二乙胺基-2-(吡啶-2’-亚氨甲基)苯酚(探针L),并对其结构进行了表征。在DMSO/Tris(体积比6∶4,p H=7. 4)溶液中,探针L高选择性荧光"关-开"识别Zn2+,在365nm紫外灯照射下,由无荧光变成蓝色荧光。实验表明,探针L与Zn2+的结合比为1∶1,结合常数为2. 6×103L/mol,检测限为9. 39×10-7mol/L,p H适用范围为7～11,并可检测水样中的Zn2+。