溶酶体靶向吲哚氟硼二吡咯光敏剂的合成、双光子荧光成像及光动力治疗

通过Knoevenagel缩合反应制备了一个具有溶酶体靶向的近红外光敏剂IMBDP-Lys, 用于双光子荧光成像和光动力治疗. IMBDP-Lys由2个吲哚吗啉功能团连接到氟硼二吡咯(BODIPY)母核的3?位和8?位构筑而成, 是一种重原子诱导的光敏剂. 采用高斯09W理论计算光敏剂S₁态和T₂态能量值相差0.12 eV, 可以有效地发生系间窜越. 在二氯甲烷溶液中, 光敏剂IMBDP-Lys的最大吸收波长为631 nm, 最大发射波长为684 nm. 在 660 nm的光照下, 以亚甲基蓝为参比, 单线态氧量子产率经计算为48.3%. 此外, 含有2个吗啉基团的光敏剂IMBDP-Lys具有良好的生物相容性和精准的靶向能力, 可以快速地进入斑马鱼体内进行双光子荧光成像, 并且与溶酶体绿色染料Lyso-Tracker Green共定位系数为0.95. 溴化噻唑蓝四氮唑(MTT)实验结果表明, 光敏剂具有低的暗毒性(≥85%)和高的光毒性(IC₅₀=0.52 μmol/L). 在660 nm的光照下, 利用活性氧荧光探针2’,7’-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）证明光敏剂可以产生活性氧, 同时吖啶橙/溴化乙锭(AO/EB)染色实验和细胞迁移实验表明产生的活性氧不仅能诱导A549细胞凋亡, 还能有效地抑制肿瘤细胞迁移. 因此, 近红外光敏剂IMBDP-Lys在双光子荧光成像和溶酶体靶向的光动力治疗中具有重要的应用价值.     

噻吩基氟硼二吡咯近红外光敏染料的合成、双光子荧光成像及光动力治疗研究

设计并合成了两种新型噻吩基氟硼二吡咯(Thienyl-BODIPY)近红外光敏染料ITBDP-1和ITBDP-2. 两种光敏染料的吸收和发射波长均达到近红外区, ITBDP-1的吸收与发射峰分别是617 nm和650 nm; ITBDP-2的吸收与发射峰分别是687 nm和731 nm. 两种光敏剂均具有较高的单线态氧产率, ITBDP-1与ITBDP-2的单线态氧产率(Φ_Δ)分别为51%和24%. 通过密度泛函理论(DFT)计算研究了光敏染料激发态下的能量变化, 理论计算表明, ITBDP-1和ITBDP-2在激发至单重态后可通过系间窜越(ISC)到达三重态, 从而提高单线态氧产率. ITBDP-1和ITBDP-2在A549细胞内具有良好的的荧光成像效果, 并且在900 nm激光激发下, ITBDP-1能够在斑马鱼体内显示出清晰的双光子荧光成像. 单线态氧成像实验证明了光敏染料在光激发下可以在肿瘤细胞和斑马鱼中产生单线态氧. 通过噻唑蓝(MTT)比色法测定了两种光敏染料的光毒性和暗毒性, ITBDP-1和ITBDP-2的最大半抑制浓度(IC₅₀)分别为2.22 μmol•L^-1和2.86 μmol•L^-1, 并且无光照条件下细胞的存活率在80%以上, 证明了两种光敏染料均具有较高的光毒性和良好的生物相容性. ITBDP-1和ITBDP-2可以在近红外光激发下实现荧光成像指导的光动力学治疗, 并且可以实现生物体内的双光子荧光成像, 这一结果也为噻吩基氟硼二吡咯光敏染料在长波激发下的双光子光动力学治疗应用打下了基础.     

GFP生色团衍生物的合成及其荧光性能

以N-甲基乙酰胺或N-甲基苯甲酰胺为起始原料,与氯乙酰氯经酰化反应后,与叠氮钠经取代反应制得二酰亚胺(2); 2在三苯基膦的催化下发生分子内氮杂Witting反应制得关键中间体--咪唑啉酮(3); 3与芳醛在碱性条件下经缩合反应合成了8个新型的GFP生色团衍生物(5a~5h),其结构经¹H NMR和¹³C NMR表征。对5a~5h的激发波长和发射波长进行了研究。结果表明,与对羟基苯咪唑啉酮(p-HOBDI)相比,大部分化合物的发射波长发生了比较显著的红移,其中2-羟基5-硝基苯咪唑啉酮(5f)的发射波长达614 nm。     

利用聚合物自组装实现绿色荧光蛋白生色团的荧光增强

根据绿色荧光蛋白的发光原理,采用聚乙二醇与聚甲基丙烯酸甲酯的两亲性两嵌段聚合物通过自组装包覆生色团的方式,模拟了绿色荧光蛋白发光,考察了组装行为对光学性能的影响,并将其用于细胞成像.通过核磁共振、高分辨质谱、傅里叶变换红外光谱、凝胶渗透色谱、紫外-可见吸收光谱及荧光光谱等表征了生色团分子和聚合物的结构及性能.生色团紫外最大吸收在371 nm,荧光最大发射峰在428 nm.聚合物和生色团进行组装后,其紫外吸收消失,而最大荧光发射峰强度大大增强,且发生了约70 nm的红移,这是因为组装使得生色团的自由旋转受到了限制,且生色团共平面性增加.动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)证明了纳米粒子的结构和尺寸.由于尺寸适合且具有较好的荧光性能,纳米粒子成功应用于细胞成像.这种绿色荧光蛋白生色团的简单自组装方式在生物成像领域具有良好应用前景.     

含吩噻嗪锌、镉配合物的双光子激发荧光光谱

报道了两种新型配体(10-乙基-3-甲酰吩噻嗪缩肼基二硫代甲酸甲酯(HL¹)及10-乙基-3-甲酰吩噻嗪缩肼基二硫代甲酸苄酯(HL²))及其锌、镉配合物的双光子(激发)荧光性质. 入射激光强度与荧光强度关系的实验测定证明了发射光为双光子激发荧光. 比较了它们在800和400 nm激发波长下的双光子激发光谱和单光子激发光谱特性. 在800 nm的脉冲激光的激发下, 它们均显示出较强的峰值位于550 ~ 595 nm的双光子激发荧光. 用开孔Z-扫描装置测得它们在1064 nm处均具有较大的双光子吸收截面.     

含偶氮苯生色团的环氧树脂型光动力高分子的合成

1995年 ,Ｎａｔａｎｓｏｈｎ等和Ｔｒｉｐａｔｈｙ等分别同时报道了在干涉的偏振激光照射下 ,聚合物膜表面分子可发生宏观质量迁移的现象[1 ,2 ] .这种现象一经发现就得到了科技界和工业部门的广泛关注 .利用此效应可以在聚合物表面形成表面起伏光栅 (Ｓｕｒｆａｃｅｒｅｌｉｅｆｇｒａｔｉｎｇｓ)等复杂结构 ,并可用热或光的方法不留痕迹地进行擦除[3 ,4] .这类新型材料和有关的表面可逆光加工技术在光电子通讯和信息存储等领域具有很大的发展潜力和应用价值[5 ,6] .具有上述特性的聚合物也被称为光动力高分子 (Ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃｐ…     

水溶性荧光聚合物纳米粒的制备及双光子成像

报道了一种能用于活细胞双光子荧光(TPF)成像的水溶性聚合物纳米粒。首先以含双羧基的萘酰亚胺作为交联剂和荧光标记试剂,通过对聚乙烯亚胺发生交联反应制备纳米粒子,然后对其结构形态、单双光子荧光性能及细胞毒性进行测试。结果表明,获得的纳米粒为球形,粒径为5~10 nm;以443或800 nm为激发波长,荧光发射波长均为536 nm;在pH 4.0~9.0范围内,其荧光无明显变化;在pH 7.4的溶液中和激发光为443 nm的条件下,对其连续测定1.2万次后荧光强度变化不超过1%,说明其酸碱稳定性和光稳定性较好;浓度在15 mg/L以下及与细胞作用时间在24 h以内细胞毒性较低。最后,用双光子共聚焦荧光显微镜观察了其在Hela细胞中的TPF成像性能。将Hela细胞与纳米粒共同孵育2 h后,在800 nm激光激发下,在细胞中可观察到其绿色荧光。此纳米粒可望用于靶向性双光子荧光成像探针的开发。     

吩噻嗪-Corrole 镓(III)配合物的合成、荧光及其光断裂DNA性质

合成了吩噻嗪(PTZ)-corrole二元体1-3及其镓(III)配合物4-6.采用稳态吸收与稳态发射及时间分辨的瞬态光谱技术研究了这几种化合物的光物理特性.结合荧光量子产率和荧光寿命计算得到它们的辐射和无辐射速率常数.稳态吸收光谱表明:几种二元体中,corrole镓(III)单元表现出更强的Soret带和Q带.化合物1-3的荧光量子产率分别是0.156、0.134和0.139,辐射速率常数分别为4.02′107、3.47′107和2.89′107s-1.化合物4-6的荧光量子产率分别是0.502、0.443和0.494,辐射速率常数分别为20.90′107、16.78′107和21.11′107s-1.可见,化合物4-6的荧光量子产率和辐射速率常数均高于化合物1-3.然而,化合物4-6的荧光寿命分别是2.40、2.64和2.34ns,低于自由corrole1-3.琼脂糖凝胶电泳实验表明:在光照的条件下,这些吩噻嗪-corrole镓(III)二元体化合物能够把超螺旋DNA(formI)切割成缺刻型DNA(formII).     

N-丙烯酰-2-氯吩噻嗪、N-丙烯酰-2-乙酰基吩噻嗪单体和聚合物的合成以及荧光行为的研究

Two N-acrylic monomers having phenothiazine moieties , N-acrylyl-2-chlorophe-nothiazine ( I ) , N-acrylyl-2-acetylphenothiazine ( I ) were synthesized and their polymers were obtained by free radical polymerization . The fluorescence study showed that at the same molar concentration of the chromophores, the fluorescence intensities of the polymers were much stronger than that of the monomers. This would be explained by what we called "Structural Self-quenching Effect. " The Stern-Volmer constants of the polmers quenched by several electron defecient vinyl monomers were obtained. The results indicated that their quenching efficiencies were relevant to the degree of the electron deficiency of the double bond.     

N-丙烯酰-2-氯吩噻嗪、N-丙烯酰-2-乙酰基吩噻嗪单体和聚合物的合成以及荧光行为的研究

含芳杂环的丙烯酰类功能性单体及其聚合物的合成一直吸引人们的兴趣,原因之一是由于这类单体可用一般的自由基引发剂引发聚合,这类聚合物所表现出的光化学、电化学性质甚被瞩目。如含吩噻嗪的丙烯酰类衍生物可以和缺电子的化合物形成电荷转移     

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.     

2[(N-乙基)-1-吩噻嗪基]腙的合成及聚集荧光增强性能

以氮-氮单键连接2个吩噻嗪环构成共轭结构, 合成了2[(N-乙基)-1-吩噻嗪基]腙, 并对其进行了结构表征. 该化合物在四氢呋喃溶剂中呈分散态时无荧光; 在四氢呋喃/水混合溶剂中呈现聚集荧光增强. 荧光增强是由于聚集态中分子内单键旋转受分子堆积效应的阻碍, 氮-氮单键连接的2个吩噻嗪环趋于平面化以及J-聚集体形成的协同作用使非辐射跃迁减少所致. 同时, 利用这种聚集荧光增强性质考察了该化合物对血红蛋白的探针识别性能.     

新型有机荧光染料的设计、合成及在荧光成像中的应用

随着生命科学的发展,人们希望能够获得分子或离子生物学功能的直观信息,因此各种成像技术得以迅速发展.荧光成像以其非破坏性、灵敏度高、选择性好等优点,一直是人们关注的焦点.而荧光成像的发展受到荧光染料性质的制约,因此开发性能优异的荧光染料,特别是近红外荧光染料,是化学生物学一个重要的研究方向. 本论文以常用的荧光染料香豆素和罗丹明为基本单元,根据染料设计的基本原理,设计合成了几种新型的荧光染料,覆盖了从蓝绿到近红外的光谱范围,并将其成功应用于活细胞成像,这对生物学的研究有着重要的理论意义和实际应用价值.     

含双呋喃共轭桥的有机非线性生色团的合成及性能

通过Wittig反应和Vilsmeier反应合成了一种以双呋喃为共轭桥, 2,2,3-三甲基-4-氰基-5-二氰基亚甲基-2,5-二氢呋喃(TCF)为受体, 并以二甲胺基为给体的有机非线性生色团分子MF₃C, 利用红外光谱、 ¹H NMR和元素分析对其结构进行了表征. 热重分析结果表明, 该分子的热分解温度达228℃; 利用溶致变色法对该生色团分子的二阶非线性品质参数μ_gβ进行了计算, 在1064 nm波长下MF₃C的μ_gβ值达到5.9×10^-44 esu. 可见, 该生色团兼具较好的热稳定性和较大的超极化率.     

水溶性吡啶萘酰亚胺-聚酰胺-胺荧光树形分子的合成、聚集诱导荧光增强及细胞成像

将具有聚集诱导荧光的4-(2-吡啶乙烯基)-1,8-萘酰亚胺单元通过酰胺化反应连接到聚酰胺-胺(PAMAM)树形分子上,制备了一种水溶性吡啶萘酰亚胺-聚酰胺-胺荧光树形分子PN-PAMAM.结构经核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、红外及高分辨质谱表征.吡啶萘酰亚胺-聚酰胺-胺树形分子PN-PAMAM具有明显的聚集诱导荧光增强(AIEE)特性.在固体态时的最大荧光发射波长为532 nm,紫外灯下发出黄绿色荧光.在纯水中的最大荧光发射波长为494 nm,荧光量子产率为4.42%.在水含量为60%的水/四氢呋喃混合溶液中,其荧光强度达到最大,荧光发射波长为485 nm,荧光量子产率增大到17.54%.制备了一种负载聚集诱导荧光染料PN-PAMAM的二氧化硅纳米粒子PN-PAMAM/Si O_2,测得该纳米粒子的荧光发射波长为473 nm,粒径约为40 nm.测定了水溶液中树形分子PN-PAMAM与乳腺癌细胞MCF-7共同孵化后的共聚焦荧光成像,得到清晰的蓝场荧光照片.研究表明,吡啶萘酰亚胺-聚酰胺-胺树形分子PN-PAMAM是一种水溶性荧光分子,具有明显的聚集诱导荧光增强特性,可广泛应用于肿瘤定位、生物追踪及纳米材料等重要领域.     

含呋喃共轭桥有机非线性光学生色团的合成及性能研究

通过两次羟醛缩合反应合成了一种含呋喃共轭桥的有机非线性光学生色团分子2-二氰亚甲基-3-氰基-4-[2-(4-二乙氨基-苯乙烯基-呋喃基-5)-乙烯基]-5,5-二甲基-2,5-二氢呋喃(EFFC), 用IR谱、¹H NMR谱以及元素分析表征确认了其结构. 热失重分析表明, 材料的热分解温度T_d为250℃. 用密度泛函理论的B3LYP方法在6-31G基组下对这种生色团分子进行了结构优化, 并在相同基组下对分子的静态二阶极化率进行了计算, 分子的b₀=6.5×10^-28 esu. 将分子以18%的质量比与聚砜进行主-客体掺杂, 用溶胶凝胶法制备成膜后进行极化, 用二次谐波法对掺杂极化聚合物薄膜的电光系数进行测量, 其r₃₃值最高达到80 pm/V.     

新型萘酰亚胺-氟硼二吡咯荧光分子的合成、荧光共振能量转移及细胞成像

通过Click反应合成了萘酰亚胺-氟硼二吡咯复合结构荧光分子1-(2-(4-(1,3,5,7-四甲基氟硼二吡咯基)苯氧基)乙基)-4-(4-N-正丁基-1,8-萘酰亚胺)-1,2,3-三唑(NP-BODIPY),化合物结构经核磁共振氢谱、核磁共振碳谱以及高分辨质谱确征.NP-BODIPY存在从萘酰亚胺能量给体到氟硼二吡咯能量受体之间的分子内荧光共振能量转移.制备了负载萘酰亚胺-氟硼二吡咯荧光染料NP-BODIPY的二氧化硅荧光纳米粒子NP-BODIPY/Si O_2,粒径为50 nm,测定了NP-BODIPY的紫外可见吸收及荧光光谱.NP-BODIPY的固体在暗室中紫外灯下呈紫红色荧光;NP-BODIPY的THF溶液呈明亮的绿色荧光,荧光发射在430和510 nm呈双峰结构,荧光量子产率为0.67,紫外吸收位于366和500 nm;NP-BODIPY在含水量为80%H_2O/THF混合溶液中的荧光较强,荧光量子产率为0.39,最大荧光峰位于510 nm.将其与人乳腺癌细胞(MCF-7)共同孵化,荧光染料纳米粒子进入MCF-7细胞内并清晰成像.NP-BODIPY/Si O_2荧光纳米粒子亲水性好,尺寸可控,细胞毒性低,生物相容性优,可广泛应用于生物标记及荧光成像.     

基于香豆素-肟的次氯酸根探针的设计、合成及荧光成像应用

通过将香豆素的2-位内酯转化为肟基,设计、合成了一种用于基于香豆素-肟类的次氯酸根荧光探针Cou-HC.Cou-HC不仅对次氯酸根表现出快速和高选择性响应的特点,而且探针氧化后的产物不会与生物硫醇等发生反应,从而可以避免生物硫醇对于次氯酸根响应的干扰.细胞成像实验结果表明,探针可以对RAW 264.7细胞中内源性和外源...