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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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.     

基于双光子诱导荧光的肿瘤标志物CA125的实时动态可视化活检

糖链抗原CA125(Ag)是肿瘤早期及癌变期最重要的标识物,该文利用抗CA125单克隆抗体Ab125(Ab)特异性亲合抗原的原理,用制备的双光子荧光标记探针LP标记抗体(LP-Ab)以特异性识别CA125,用近红外激光激发抗原-抗体复合物(LP-Ab·Ag),利用复合物荧光实现对肿瘤标志物CA125的量化检测和实时动态成像。该方法简单易行,克服了单光子荧光检测中的光致毒与光漂白,且能显著提高成像的分辨率、清晰度与灵敏度,对肿瘤及癌变的早期诊断与预防具有重要意义。     

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。     

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.     

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。     

三芳基咪唑类化合物的合成及其双光子吸收性能研究

双光子吸收是指物质分子或原子在强激光激发下同时吸收两个光子,从基态跃迁到两倍光子能量激发态的过程。目前,双光子吸收材料已广泛地应用到双光子激发显微[1]、频率上转换激射[2-3]、光学限幅、三维光信息存储[4]以及光生物学等领域。但在已报道的双光子诱导上转换荧光的有机     

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。     

一种用于细胞核成像的新型双光子荧光探针

本文报道了具有大双光子活性吸收截面的DNA探针BMVEC, 同时首次利用双光子显微镜完成了与DAPI的复染实验, 实验结果证实了BMVEC对细胞核的选择性标记能力.     

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.     

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.     

衍生于双氰基二苯代乙烯的用于活体成像的双光子荧光锌离子探针

制备了衍生于双氰基二苯代乙烯的双光子荧光锌离子探针, 该探针以4-(2-吡啶甲基)哌嗪为锌离子受体, 当络合锌离子时, 探针的荧光强度增强了72.5倍和580 GM的双光子吸收截面. 该探针无细胞毒性且在体内环境中无pH敏感性, 其解离常数\begin{array}{c}{K}_d^{\mathit{TP}}\end{array}=(0.52±0.01) μmol/L. 性能测试结果表明, 该探针能选择性地检测活细胞中的游离锌离子, 耐时长达约1500 s, 且能探测活体组织80~150 μm深处的锌离子, 不受其它金属离子与生物膜的干扰.     

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.     

Synthesis and characterization of a new chromophor with acid/base-sensitive fluorescence emission

A new two-photon absorption compound,2-{4-((dicyanomethylidene-5,5-dimethylcyclohexl)vinyl]phenyl}imidazo[4,5- f][l,10]phenanthroline(DDVPIP),was synthesized and characterized.The one-photon excited fluorescence(OPEF) and two-photon excited fluorescence(TPEF) of DDVPIP are sensitive to the acid/base of the solution,which arc enhanced in basic solution but weakened in acidic solution.Charge-transfer(CT) states of DDVPIP were calculated through theory methods to explain its acid/ base-sensitive fluorescent properties.     

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.