新型有機(jī)雙光子探針的制備及其在生物成像中的應(yīng)用.pdf

1、自從1990年W.Denk等人第一次將雙光子激發(fā)引入到熒光顯微鏡后，雙光子激發(fā)熒光顯微成像逐漸引起了人們極大的關(guān)注。相對(duì)于單光子熒光顯微成像，雙光子熒光顯微成像具有很多優(yōu)點(diǎn)，雙光子激發(fā)只發(fā)生在焦點(diǎn)附近的極小區(qū)域，不需要共焦小孔便可實(shí)現(xiàn)三維高分辨成像。同時(shí)，雙光子激發(fā)采用近紅外激光作為激發(fā)光源，不僅可以提高穿透深度，并且能減少生物樣品的光毒性和背景熒光的影響。
　　 雙光子熒光顯微成像要求雙光子熒光探針有較大的雙光子激發(fā)截面和較好

2、特異性能等。近二十年來(lái)，雖然很多具有優(yōu)良的雙光子特性的分子被報(bào)道，但是這些被報(bào)道的雙光子吸收分子很少能應(yīng)用到雙光子熒光顯微成像中。在本論文中，設(shè)計(jì)和合成了一些在雙光子熒光顯微成像中有較好應(yīng)用前景的雙光子探針。主要的內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 (1)設(shè)計(jì)和合成了一系列的基于2-羥基嘧啶的單枝(D-π-A，D：電子給體，π：π-共軛鍵橋，A：電子受體)和雙枝類型(D-π-A-π-D，或Y型)的有機(jī)雙光子探針?lè)肿?1a-4a和1b-4b)

3、
　　 系統(tǒng)研究了這些分子的光物理特性及Hep G2 細(xì)胞的單光子和雙光子熒光顯微與成像的應(yīng)用。結(jié)果表明，雙枝分子(2a-4a和2b-4b)的雙光子吸收截面是相應(yīng)單枝分子(1a和1b)的12 倍以上。另外，從疏水性分子(酯類，1a-4a)到相應(yīng)的兩親性分子(羧酸鈉類型，1b-4b)，分子的單光子和雙光子光譜特性沒(méi)有很大的變化。但是，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，兩親性分子能對(duì)Hep G2 細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)部分進(jìn)行有效的染色，而疏水性分子不易進(jìn)

4、入到Hep G2 細(xì)胞內(nèi)。
　　 (2)設(shè)計(jì)和綠色合成了三個(gè)基于2-氨基嘧啶的有機(jī)雙光子探針(5-7)
　　 探針?lè)肿邮窃跊](méi)有任何有機(jī)溶劑參與的條件下通過(guò)Aldol 縮合反應(yīng)制備，化合物(5-7)的制備具有反應(yīng)時(shí)間短(化合物5-7分別為1 h、1.5 h和0.5 h)、產(chǎn)率高(化合物5-7分別為84[％]、75[％]和94[％])及分離和純化簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。探針5-7 具有較大的雙光子吸收截面，例如探針7在甲苯溶液中的雙光子

5、吸收截面值達(dá)到819 GM，是相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)物熒光素的22 倍。另外，這三個(gè)分子在質(zhì)子化或去質(zhì)子化的作用下，分子的單光子和雙光子熒光光譜的發(fā)射波長(zhǎng)和強(qiáng)度都發(fā)生了很大的變化，探針的單光子和雙光子熒光光譜隨pH 值的敏感性質(zhì)使得這些探針將有可能被應(yīng)用為pH傳感器。
　　 (3)合成了一個(gè)基于2-異硫氰嘧啶的和生物分子上的氨基能進(jìn)行共價(jià)結(jié)合的有機(jī)雙光子熒光探針8
　　 探針8和D-氨基葡萄糖連接生成模型化合物9。探針8和模型化合物9

6、的單光子特性和熒光量子產(chǎn)率沒(méi)有很大的改變，但是其雙光子吸收截面值卻急劇的增大(在極性溶劑氯仿中)，是探針8的3 倍以上。探針8和轉(zhuǎn)鐵蛋白偶聯(lián)后的產(chǎn)物(Tf-8)和轉(zhuǎn)鐵蛋白的競(jìng)爭(zhēng)成像實(shí)驗(yàn)表明，連接探針8 沒(méi)有改變轉(zhuǎn)鐵蛋白的特性，依然能夠在細(xì)胞表面的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體的介導(dǎo)作用下進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)，并主要分布在細(xì)胞質(zhì)部分。
　　 (4)為了研究炔烴的衍生物對(duì)紫外光的光穩(wěn)定性能，設(shè)計(jì)和合成了兩個(gè)不對(duì)稱(D-π-A)含炔烴的有機(jī)雙光子探針(10-1

7、1)
　　 系統(tǒng)研究了分子10和11的光物理特性、光穩(wěn)定性和抗光漂白性能及Hep G2 細(xì)胞的單光子和雙光子熒光顯微與成像的應(yīng)用。結(jié)果表明，分子10和11 對(duì)紫外光(λirr =365 nm；I0 =4 mW/cm2)有較好的光穩(wěn)定性。這兩個(gè)炔烴的衍生物具有較大的雙光子吸收截面值，例如分子10在甲苯溶液中達(dá)到690GM。
　　 (5)設(shè)計(jì)和合成了四個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)(D-π-D)含炔烴的有機(jī)雙光子吸收分子
　　 通過(guò)調(diào)節(jié)