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。     

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。     

具有双光子吸收特性的咪唑类衍生物的合成及其光物理性能研究

分子在强激光作用下能同时吸收两个光子的现象称为双光子吸收(TPA),具有大的双光子吸收截面(σ2)的分子有多种用途,是目前光电子材料研究领域的热点之一.双光子吸收材料可应用于上转换激射[1]、光限幅[2]、光稳幅、三维光存储[3]、三维微加工[4,5]以及光动力疗法[6]等.但由于一般材料的双光子吸收截面很小,大大限制和束缚了双光子吸收材料的发展应用.     

双光子诱导产生单重态氧的三重态光敏剂的研究

自2001年以来,双光子敏化产生单重态氧的三重态光敏剂的研究取得了一定的进展。双光子三重态光敏剂对肿瘤组织的近红外激光和红外激光的光动力治疗作用具有广阔的应用前景。本文重点分析了近些年已报道的双光子三重态光敏剂种类,如疏水性、水溶性等不同的敏化剂;介绍了可以根据分子的激发态性质、利用化学手段对双光子三重态敏化剂的性质以及光敏产生单重态氧的量子产率进行调控;概括了双光子三重态敏化剂的相对和绝对双光子横截面的测量方法;总结了双光子三重态敏化剂发展中面临的一些关键问题,并展望了双光子三重态敏化剂的发展方向。     

强红外激光场作用下固体甲酸铀酰的光解反应研究

关于在强红外激光场作用下多原子分子在气相介质中的多光子吸收(MPA)和解离(MPD)巳经进行过大量的研究.但是,在固相介质中这方面的研究尚属少见.迄今为止,只有Ambartzumyan等报道的TEA-CO_2激光使冻结在隔离基体上(isolated-matrix)的SF_6分子发生选择性的光解反应,以及Karlov等用类似的方法对BCl_3分子的光解反应研究.最近我们研究了一系列固体甲酸铀酰化合物的红外光谱,发现其中UO_2~(2+)基团的反对称振动频率v_a均在912—952cm~(-1)范围,与TEA-CO_2激光支线频率相符.本文研究TEA-CO_2激光作用下,单结晶水甲酸铀酰和碱式甲酸铀酰化合物发生光解反应的共同特性,并根据实验结果,初步提出了该光解反应的可能机理,即在强红外激光场下,这些化合物可以吸收多个光子而达到具有较高能量的振动激发态,在具有还原性的甲酸根离子作用下发生光解反应.     

取代效应对脂滴检测NAPBr染料分子的双光子吸收和激发态性质影响的理论探究（英文）

双光子荧光染料分子在生物医学成像中具有广阔的应用前景,但取代效应对分子结构以及光物理性质影响的探求相对匮乏.本文设计并研究了一系列脂滴检测染料分子,分析了分子的光学性质以及无辐射跃迁等.通过分子内弱相互作用和电子-空穴布居分析,阐述了其内在机理.结果表明,所研究的分子均具有优良的光物理性能、高效荧光量子产量、大的斯托克斯位移以及显著的双光子吸收截面等.本工作合理地解释了实验现象并阐述了取代效应对脂滴检测NAPBr染料分子的双光子吸收和激发态性质的影响,这为设计新型的高效有机分子提供了理论指导.     

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     

有机化合物的光物理研究 XI. 芘在不同极性溶剂中的瞬态过程

芘是一种很好的电子转移试剂,它既可以作为电子给体,又可以作为电子受体。因此,在电子转移光化学、光物理中有不少研究文章报导。由于其较强的荧光、较高的量子产率及较长的荧光寿命,因而常被用作荧光探针,研究胶体分子及生物大分子的结构和功能等。利用紫外、红外、电子脉冲辐射和激光光解瞬态光导的测量方法研究芘与一些溶剂的相互作用以及在不同极性溶剂中的光离子化现象已有一些研究工作。本文报导芘在不同极性溶剂中的时间分辨瞬态吸收光谱的研究结果。藉对芘在不同极性溶剂中的时间分辨瞬态吸收光谱的研究,了解芘在不同极性溶剂中的瞬态反应过程,考查其与溶剂间在激光作用下的相互作用。     

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。     

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     

水相一步法合成具有双光子效应的高效橙红荧光聚合物碳点

聚合物碳纳米点是近年来新兴的一种荧光纳米探针,具有较低的生物毒性、良好的水溶性、较高的量子产率、优异的光/化学稳定性以及良好的生物相容性.目前所制备的碳点大都表现出蓝、绿色荧光发射.为实现碳点长波荧光发射,扩大其在生物标记与成像及光电显示方面的应用,本文采用水相一步法交联聚合反应制备了具有橙红荧光发射性质且具有双光子效应的聚合物碳点,发射波长为604 nm,荧光量子产率达到30.64%,并且应用在生物活体成像中.     

三苯胺-噁二唑超支化共轭聚合物的多光子泵浦绿色荧光

采用钯催化Heck反应制备了一种新型三苯胺-噁二唑超支化荧光聚合物PI. 用飞秒Ti:sapphire激光研究了PI的三光子和双光子上转换荧光光谱, 激发波长位于近红外区(800~1350 nm). 在1280 nm和80 fs激光激发下, PI的三光子上转换荧光发射波长分别为525 nm(THF), 534 nm(CH2Cl2)和578 nm(DMF). 在800 nm和150 fs激光激发下, PI的双光子上转换荧光发射波长分别为527 nm(THF), 532 nm(CH2Cl2)和573 nm(DMF). 采用非线性透过率法测定荧光聚合物PI的三光子和双光子吸收系数. 系统研究了PI的线性吸收和透过、单光子荧光、荧光寿命、前线轨道能级及热稳定性. 实验结果表明, 三苯胺-噁二唑超支化共轭聚合物的多光子吸收和上转换荧光发射性能比树型分子或线型聚合物更为优异.     

亚硝基苯光解过程中的能量配置

利用单光子激光诱导荧光(LIF)技术,测量了亚硝基苯(C6H5NO)初生态光解碎片NO(X 2Π v″=1,2,3)的转动光谱.通过对初生态光解碎片NO(X 2Π )内能态布居的分析,得到了NO(X 2Π )的转动温度和相对振动布居比,研究了亚硝基苯在266 nm激光光解过程中的能量配置情况.与小分子相比,大的亚硝基苯分子,其光解过程中能量分布很宽,涉及到所有自由度.     

1,8-萘酰亚胺类荧光探针在双光子成像中应用的研究进展

荧光成像技术由于其灵敏度高、操作简单、可实时动态进行细胞、组织以及生物活体成像而受到极大关注,相对于单光子荧光成像技术,双光子成像技术具有高分辨率、强组织穿透性以及低的组织自发荧光干扰等显著的优越性.1,8-萘酰亚胺作为典型的电子供体-π-电子受体(D-π-A)双光子荧光染料,具有光稳定性、大斯托克斯/反斯托克斯位移等优点被广泛应用于酶、活性碳簇、活性氧簇、活性氮簇、生物硫醇、离子等的双光子成像中.依据1,8-萘酰亚胺类荧光探针发光机制,即分子内电荷转移、光诱导电子转移、荧光共振能量转移等发光机制,综述1,8-萘酰亚胺近些年来在双光子成像领域中的应用,并展望了其未来的发展趋势.     

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.     

双光子激发的超分子聚合物纳米颗粒生物成像研究

将具有双-2-脲基-4[1H]-嘧啶酮（bisUPy）的β-二羰基氟硼类衍生物（BF₂-bisUPy）及卟啉衍生物（Por（Pt）-bisUPy）通过四重氢键作用组装成超分子聚合物,通过微乳液法制备成在水中均匀分散的超分子聚合物纳米颗粒（SPNP）。扫描电子显微镜形貌表征表明获得的纳米颗粒粒径约为60 nm。紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱及寿命衰减实验均证明纳米颗粒内BF₂-bisUPy与Por（Pt）-bisUPy可发生高效的能量传递。具有双光子吸收的BF₂-bisUPy作为能量供体,可通过荧光共振能量传递（FRET）增强双光子激发下Por（Pt）-bisUPy的发光。双光子激发荧光强度与激光功率测试表明所制备的超分子聚合物纳米颗粒具有强烈的双光子激发下的荧光及磷光双发射,这种纳米材料可进入细胞,具有优秀的生物相容性,并在双光子激发时表现出强烈的荧光和磷光双发射生物成像。     

脉冲激光制备发光碳纳米颗粒

利用毫秒脉冲激光辐照石墨悬浮液制备了超细碳纳米颗粒, 经过有机聚合物PEG 2000N的表面修饰, 碳纳米颗粒发出了较强的可见光, 并具有双光子激发的特征. 利用硫酸奎宁作参比, 测得碳纳米颗粒的荧光量子产率为6.3%. 石墨颗粒通过吸收激光能量快速升温并升华, 形成了大量的碳蒸气; 在周围液体介质的冷却下, 通过凝聚形成了碳纳米颗粒. 由于尺寸量子限制效应, 经过有机聚合物修饰后, 碳纳米颗粒表面产生了能量势阱, 导致了碳纳米颗粒的可见光发射. 发光的碳纳米颗粒具有无毒、化学惰性和良好的生物相容性, 在生物医药领域具有重要的应用价值.     

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。     

HCF(~1A'''')+SO_2反应的动力学研究

用激光光解-激光诱导荧光方法研究了室温下(T=293K)HCF(X%A′)自由基与SO2分子的反应动力学.实验中1HCF(X%A′)自由基是由213nm激光光解HCFBr2产生的,用激光诱导荧光(LIF)检测HCF(X%A′)自由基的相对浓度随着11反应时间的变化,得到此反应的二级反应速率常数为:k=(1.81±0.15)×10-12cm3?molecule-1?s-1,体系总压为1862Pa.高精度理论计算表明,HCF(X%A′)和SO2分子反应的机理是典型的加成-消除反应.我们运用RRKM-TST理论计算了1此二级反应速率常数的温度效应和压力效应,计算结果和室温下测定的二级反应速率常数符合得较好.     

不同分子尺寸溶解性有机物的光解行为研究

研究了三个分子量区间(0.45μm~100kDa,100~5kDa和5kDa)的溶解性有机物(DOM)在不同光源辐照下的光解行为。溶解有机碳(DOC)和UV254的测试结果表明,光解可以有效地减少所有分子量区间的DOM总量,而且UVC光源的存在可以进一步促进DOM的降解。三维荧光光谱测定结合平行因子分析,识别出3个腐殖质类荧光组分(C1:UVA+UVC,C2:UVA+UVB,C3:UVC)。在光解过程中,较大分子腐殖质类(5kDa)的荧光强度相对较稳定,甚至增强;而小分子腐殖质类(5kDa)的荧光组分C1和C2具有显著的光解行为,UVC的存在可以促进两种荧光组分的光解。所有分子量区间的C3组分都发生了光生成现象。