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.     

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.     

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.     

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.     

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。     

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。     

有机双光子线粒体内活性小分子荧光探针研究进展

线粒体在细胞的能量代谢中发挥着关键作用,其内部环境的微小变化会影响细胞的正常生命活动。同时线粒体内许多活性小分子在细胞的许多生理过程中也起着关键作用。因此,可视化监测线粒体自身及内部微环境的变化对于生命现象的研究和疾病的诊断与治疗具有非常重要的意义。荧光分析法因具有操作简便、灵敏度高、选择性好、实时检测以及损伤小等优点而得到了广泛的研究和应用。双光子荧光探针技术相对于单光子荧光技术具有长波吸收短波发射、高度的三维空间选择性、大的穿透深度、避免荧光漂白和光致毒以及降低组织自发荧光干扰等特点,在生命科学领域具有广阔的应用前景。该文介绍了有机双光子吸收基本原理以及有机双光子线粒体内活性小分子荧光探针的研究现状,同时对有机线粒体内活性小分子荧光探针今后的发展趋势进行了展望。     

双氰基二苯代乙烯型双光子荧光环境敏感探针

构建了一个衍生于双氰基二苯代乙烯的具有推-拉电子结构的环境敏感探针(SP), 该探针可作为将溶剂生色与分子转子特性结合起来的一个典型范例. SP探针的最大发射波长随溶剂极性的增加而显著增大, 归根于激发态分子转化为一个或多个扭转分子内电荷迁移(TICT)态, 极性溶剂更有利于电荷分离态分子的稳定. 在TICT态, 分子的荧光量子产率强烈地依赖于溶剂的极性、 黏度与温度. SP探针显示了很宽的溶剂生色范围, 在环己烷和二甲亚砜中的最大发射波长(λ_em)分别为445和641 nm, 相差196 nm, 能用于溶剂极性、 溶剂种类、 黏度与温度的检测识别. SP探针在环己烷和N,N-二甲基甲酰胺中的双光子吸收截面分别为5560和130 GM, 远高于同类双光子荧光探针; 其超大的斯托克斯位移(232 nm)可显著降低吸收谱对荧光的干扰, 显示出优良的检测成像性能, 可用于细胞黏度实时动态显微成像.     

新型咔唑基半胱氨酸双光子荧光探针的合成及光学性能

以咔唑为母体，设计并合成了一种可检测半胱氨酸的新型双光子荧光探针（3），其结构经¹H NMR, ¹³C NMR, HR-MS(ESI)和元素分析表征。采用UV-Vis和FL研究了3的光学性能。结果表明：半胱氨酸加量为0~50 eq.时，3的紫外最大吸收峰从365 nm蓝移至342 nm；在350 nm处出现一个等吸收点；在450 nm处的荧光强度增强约23倍。     

Berberrubine Phosphate: A Selective Fluorescent Probe for Quadruplex DNA

A phosphate-substituted, zwitterionic berberine derivative was synthesized and its binding properties with duplex DNA and G4-DNA were studied using photometric, fluorimetric and polarimetric titrations and thermal DNA denaturation experiments. The ligand binds with high affinity toward both DNA forms (K_b = 2–7 × 10⁵ M⁻¹) and induces a slight stabilization of G4-DNA toward thermally induced unfolding, mostly pronounced for the telomeric quadruplex 22AG. The ligand likely binds by aggregation and intercalation with ct DNA and by terminal stacking with G4-DNA. Thus, this compound represents one of the rare examples of phosphate-substituted DNA binders. In an aqueous solution, the title compound has a very weak fluorescence intensity (Φ_fl < 0.01) that increases significantly upon binding to G4-DNA (Φ_fl = 0.01). In contrast, the association with duplex DNA was not accompanied by such a strong fluorescence light-up effect (Φ_fl < 0.01). These different fluorimetric responses upon binding to particular DNA forms are proposed to be caused by the different binding modes and may be used for the selective fluorimetric detection of G4-DNA.     

一种基于菲并咪唑的新型次氯酸荧光探针及细胞成像研究

该文设计并合成了一种基于菲并咪唑的新型次氯酸荧光探针,该探针由商用试剂9,10-菲醌和4-(甲基巯基)苯甲醛通过一步反应生成,只需简单后处理(过滤和水洗)即可得到大量纯品(产率达85%)。由于硫的重原子效应,探针荧光较弱。但在次氯酸存在下,探针分子内的硫原子被氧化成亚砜,重原子效应减弱,同时分子内电荷转移效应(ICT)加强,导致荧光增强。借助高分辨质谱,证明了探针与次氯酸盐的反应机理。在PBS缓冲溶液中(DMF∶H₂O=2∶8,体积比,pH 7.4),探针MPI可定量检测0～100μmol/L范围内的HClO,检出限为0.26μmol/L。该探针对次氯酸具有较高的灵敏性和选择性。更重要的是,MPI具有良好生物相容性和细胞渗透性,可用于活细胞内次氯酸的可视化成像。探针MPI有望为机体内次氯酸的检测与追踪提供一种可靠、有效的方法。     

A Novel NIR Fluorescent Probe for Highly Selective Detection of Nitroreductase and Hypoxic-Tumor-Cell Imaging

Nitroreductase as a potential biomarker for aggressive tumors has received extensive attention. In this work, a novel NIR fluorescent probe for nitroreductase detection was synthesized. The probe Py-SiRh-NTR displayed excellent sensitivity and selectivity. Most importantly, the confocal fluorescence imaging demonstrated that HepG-2 cells treated with Py-SiRh-NTR under hypoxic conditions showed obvious enhanced fluorescence, which means that the NTR was overexpressed under hypoxic conditions. Moreover, the probe showed great promise that could help us to study related anticancer mechanisms research.     

用于检测三苯基膦的一种新型“点亮”型荧光探针

三苯基膦(简称PPh3)是一种重要的有机物质并有独特的亲核性和还原性,广泛应用于有机及有机金属物质的合成.PPh3的广泛使用不可避免地导致对环境的污染,给人类的健康带来危害,因此,亟需一种简单高效的检测手段实现对三苯基膦的检测识别.在本工作中,我们效仿Staudinger连接反应设计合成了一个具有高选择性和高灵敏度的荧光增强型探针用以检测三苯基膦.探针的设计思想是使用荧光素的邻叠氮苯乙酯衍生物与PPh3反应,通过生成的氮杂叶立德,经由分子内酰基转移释放荧光团.该探针在含0.5％的DMSO水溶液中显示对PPh3的高选择性响应,可望在线性范围1×10-7 mol/L至8×10-7 mol/L之间实现对PPh3的定量检测,其检测极限达到10 nmol/L.对PPh3的灵敏检测可达到在水溶液中肉眼可视.     

A Novel Fluorescent Probe for Lead Ions

A new fluorescent probe for lead ions, p-nitrophenyl 3H-phenoxazin-3-one-7-yl phosphoric acid (NPPA), has been synthesized by linking resorufLn (serving as a fluorophore and electron acceptor) to p-nitrophenol (serving as a fluorescence quencher and electron donor) through phosphodiester bonds. When NPPA was irradiated with light, intramolecular fluorescence self-quenching took place due to the PET (photoinduced electron transfer) from the donor to the acceptor. However, upon addition of Pb^Ⅱ, the phosphate ester bonds in the probe were cleaved and the fluorophore was released, accompanying the retrievement of fluorescence.     

用于检测三苯基膦的一种新型“点亮”型荧光探针（英文）

三苯基膦(简称PPh3)是一种重要的有机物质并有独特的亲核性和还原性,广泛应用于有机及有机金属物质的合成。PPh3的广泛使用不可避免地导致对环境的污染,给人类的健康带来危害,因此,亟需一种简单高效的检测手段实现对三苯基膦的检测识别。在本工作中,我们效仿Staudinger连接反应设计合成了一个具有高选择性和高灵敏度的荧光增强型探针用以检测三苯基膦。探针的设计思想是使用荧光素的邻叠氮苯乙酯衍生物与PPh3反应,通过生成的氮杂叶立德,经由分子内酰基转移释放荧光团。该探针在含0.5%的DMSO水溶液中显示对PPh3的高选择性响应,可望在线性范围1×10-7 mol/L至8×10-7 mol/L之间实现对PPh3的定量检测,其检测极限达到10nmol/L。对PPh3的灵敏检测可达到在水溶液中肉眼可视。     

A Supercharged Fluorescent Protein as a Versatile Probe for Homogeneous DNA Detection and Methylation Analysis

Supercharged proteins are a new class of functional proteins with exceptional stability and potent ability to deliver bio‐macromolecules into cells. As a proof‐of‐principle, a novel application of supercharged proteins as a versatile biosensing platform for nucleic acid detection and epigenetics analysis is presented. Taking supercharged green fluorescent protein (ScGFP) as the signal reporter, a simple turn‐on homogenous method for DNA detection has been developed based on the polyionic nanoscale complex of ScGFP/DNA and toehold strand displacement. This assay shows high sensitivity and potent ability to detect single‐base mismatch. Furthermore, combined with bisulfite conversion, this ScGFP‐based assay was further applied to analyze site‐specific DNA methylation status of genomic DNA extracted from real human colon carcinoma tissue sample with ultrahigh sensitivity (4 amol methylated DNA).     

缺氧响应荧光探针的成像及治疗应用

由于肿瘤内部细胞远离血管, 其氧气消耗量远远超出血液供应量, 因此容易导致肿瘤缺氧. 肿瘤缺氧会引发肿瘤扩散加速、 诱导某些基因过表达及产生药物抗药性等问题. 基于此, 发展性能优异的缺氧响应荧光探针对肿瘤的诊断和治疗具有重要意义. 本文对缺氧响应荧光探针在成像及治疗方面的应用进展进行了综合评述, 介绍了硝基、 偶氮键和醌3种常用的缺氧响应基团, 并探讨了它们在缺氧微环境下的识别机理; 介绍了缺氧响应荧光探针的构建及其在生物成像方面的最新研究成果; 总结了缺氧响应荧光探针在基因治疗、 光动力学治疗、 化学治疗及协同治疗方面的研究进展; 展望了缺氧响应荧光探针在临床诊断和治疗方面的应用前景.