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。     

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.     

双光子荧光探针在生物传感中的应用

荧光探针由于其灵敏度高、选择性好等优势已经成为研究复杂生物系统的有力工具。和单光子荧光探针相比,双光子荧光探针由于其激发光源较大的穿透深度、低的组织自发荧光干扰以及较好的空间选择性在生物传感中发挥着不可替代的重要作用。在本篇综述中,我们从双光子荧光探针的设计原理出发,系统全面地介绍了双光子荧光探针在金属离子、细胞微环境、活性物质(包含活性氧、活性氮、活性硫)、酶和亚细胞器(线粒体、溶酶体)等检测中的应用研究。在此之后,展望了有机双光子荧光探针在开发和应用方面尚待科学界解决的关键机遇和挑战。     

一个新的具有双光子诱导荧光测量能力的在水中对铅离子有选择性的荧光探针

报道了一个对Pb^2＋具有很好选择性的探针1,其荧光团部分为：1,4-二氰基-2,5-联（苯乙烯基）苯;配体为：[（2-羧基甲氧基-苯基）-羧基甲基-胺基]-乙酸．在探针1的水溶液中滴加铅离子,它的荧光发射光谱发生变化,在590nm处出现一个新的宽带峰．探针1在生理环境的pH范围内不受pH的影响,并且在740nm,它的双光子吸收截面为最大：51GM．     

双光子生物荧光显微技术中的探针问题

近年来,双光子材料及其相关应用技术的研究引起了人们的广泛关注,并取得了很好的进展。其中,双光子生物荧光显微技术受到了特别重视。本文重点介绍这一技术在生物荧光成像方面的优势,同时深入探讨了该技术面临的缺乏高效双光子荧光探针的问题,总结了双光子荧光探针材料的发展现状和前景。     

用于细胞核成像的2,7-BHVC双光子荧光探针

分别合成了2,7-双(1-羟乙基-4-乙烯基吡啶) 咔唑碘盐(2,7-BHVC)与3,6-BHVC, 进行了荧光性能和细胞核成像测试, 结果表明, 2,7位的Ф×δ是3,6位的2.8~3.6倍, 染色实验也证实了2,7-BHVC有特定成像细胞核的能力.     

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.     

用于细胞和组织中弗林蛋白酶特异性成像的双光子荧光探针研究

弗林蛋白酶是前体蛋白转化酶家族中最具特色的酶之一,具有重要的生物学功能,其表达量水平与许多疾病有密切的关系,如癌症的发生和发展与弗林蛋白酶表达水平有着密切关联.目前文献中报道了一些单光子荧光探针用于弗林蛋白酶的检测,但这些探针不能应用于深层组织成像,且弗林蛋白酶在肿瘤发展过程的作用仍没有得到很好地研究.针对这些问题,本工作构建了一种新型双光子荧光探针Nap-F用于细胞和肿瘤组织内弗林蛋白酶的检测与双光子成像. Nap-F是由经典双光子荧光染料1,8-萘酰亚胺、弗林蛋白酶特异性多肽序列RVRR和自消除连接体整合而成.实验结果表明Nap-F对弗林蛋白酶具有很好的特异性,能够定量检测弗林蛋白酶的活性.在飞秒激光820nm激发下,Nap-F能有效降低生物背景,并提高组织穿透深度,适用于细胞和组织的双光子成像.Nap-F成功地实现了几种活细胞中弗林蛋白酶的双光子成像,揭示了癌细胞和表达缺陷细胞中弗林蛋白酶含量的差异.更重要的是,我们将该探针用于Co Cl2固定HIF-1构建的肿瘤细胞缺氧模型成像,实验结果表明弗林蛋白酶的表达与肿瘤细胞缺氧程度存在正相关性.     

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.     

荧光探针在氰化物分析中的研究进展

氰化物极易与细胞色素氧化酶键合,抑制电子转移、导致组织缺氧,从而显示较强的毒性。荧光化学传感器作为简易、灵敏且可视化的方法广泛应用于氰化物的检测。本文对荧光探针在氰化物检测中的应用进行综述,概述了氰化物的毒性机制和荧光探针对氰化物的响应机理。同时,本文总结了荧光探针在水体、食品和生物组织中对氰化物的检测及生物成像中的应用,并对荧光探针在结构设计中如何提高生物兼容性和靶向性等进行了展望,以期为光化学探针分子的设计及应用提供理论与研究依据。     

锌离子荧光探针研究进展

锌广泛存在于人体内,具有重要生理功能。因此,对游离锌离子的选择性识别和有效检测具有重要意义。荧光探针因其设计简单、易于操作、灵敏度高、可细胞成像等诸多优点而广泛应用于锌离子的识别研究。锌离子荧光探针常见的识别机理包括光致电子转移、分子内电荷转移、荧光共振能量转移、聚集诱导荧光增强、螯合荧光增强等。其中,基于螯合荧光增强机理的锌离子探针,其荧光团通常可同时作为识别基团,因此,相比于其它探针,具有设计较为简单、合成较为便捷的优点。本文综述了近年来文献中报道的基于以上各种识别机理的锌离子荧光探针,并着重介绍了螯合荧光增强机理在锌离子识别中的应用。     

Development of a Fluorescent Pb2+ Sensor

A real turn‐on : The emission intensity of heterocycle 1 increases upon binding to Pb²⁺. Thus, 1 acts as a small‐molecule “turn‐on” fluorescent sensor for lead. The sensor is highly selective and is functional over a wide range of pH values.

     

Color-Tunable Light-up Bioorthogonal Probes for In Vivo Two-Photon Fluorescence Imaging

Light-up bioorthogonal probes have attracted increasing attention recently due to their capability to directly image diverse biomolecules in living cells without washing steps. The development of bioorthogonal probes with excellent fluorescent properties suitable for in vivo imaging, such as long excitation/emission wavelength, high fluorescence turn-on ratio, and deep penetration, has been rarely reported. Herein, a series of azide-based light-up bioorthogonal probes with tunable colors based on a weak fluorescent 8-aminoquinoline ( AQ ) scaffold were designed and synthesized. The azido quinoline derivatives are able to induce large fluorescence enhancement (up to 1352-fold) after click reaction with alkynes. In addition, the probes could be engineered to exhibit excellent two-photon properties (δ=542 GM at 780 nm) after further introducing different styryl groups into the AQ scaffold. Subsequent detailed bioimaging experiments demonstrated that these versatile probes can be successfully used for live cell/zebrafish imaging without washing steps. Further in vivo two-photon imaging experiments demonstrated that these light-up biorthogonal probe outperformed conventional fluorophores, for example, high signal-to-noise ratio and deep tissue penetration. The design strategy reported in this study is a useful approach to realize diverse high-performance biorthogonal light-up probes for in vivo studying.     

Ratiometric and Near‐Infrared Molecular Probes for the Detection and Imaging of Zinc Ions

The detection and imaging of Zn²⁺ in biological samples are of paramount interest owing to the role of this cation in physiological functions. This is possible only with molecular probes that specifically bind to Zn²⁺ and result in changes in emission properties. A “turn‐on” emission or shift in the emission color upon binding to Zn²⁺ should be ideal for in vivo imaging. In this context, ratiometric and near‐IR probes are of particular interest. Therefore, in the area of chemosensors or molecular probes, the design of fluorophores that allow ratiometric sensing or imaging in the near‐IR region is attracting the attention of chemists. The purpose of this Focus Review is to highlight recent developments in this area and stress the importance of further research for future applications.     

手术导航用荧光探针

荧光成像技术因具有操作简便、分辨率高、安全性好且可实时成像等优势,在术中导航中具有广阔的应用前景.虽然目前还没有靶向荧光探针在临床上得到批准,但已经有相当一部分荧光探针进入了临床试验阶段.最早进入临床试验的是一些偶联肿瘤靶向配体的荧光染料,例如近红外菁染料(IRDye800CW)标记的肿瘤特异抗体,叶酸标记的异硫氰酸荧...     

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。     

大环多胺型荧光探针的研究进展

大环多胺作为含有多个氮原子和闭合环状结构的一类电子供体,在构筑荧光探针方面具有独特的优势。代表性的大环多胺如四氮环(cyclen、cyclam和pyclen)和三氮环(tacn)等,它们被广泛用于金属离子、阴离子、生物活性小分子和生物大分子探针的识别基团或功能基团。本文依据检测对象的不同,综述近年来大环多胺在荧光探针的设计、制备及应用方面的优秀成果,并对未来其在荧光检测分析领域的进一步发展进行了展望。     

亲水性二芳基乙烯荧光分子开关的研究进展

二芳基乙烯荧光分子开关因具有优良的抗疲劳性和双稳态特征而被广泛地研究与应用,亲水化成为其作为荧光开关探针走向应用的关键点之一。本文综述了亲水性二芳基乙烯荧光分子开关当前的研究进展,归纳了实现亲水性的几种重要途径和结构,分析了各种亲水化方法的优缺点,并着重介绍了亲水性二芳基乙烯荧光分子开关作为荧光开关探针在化学传感、生物传感、生物成像以及超分辨成像等领域的应用现状,并指出当前应用研究中存在的一些问题,同时也对其未来的应用前景进行了展望。