六芳基聯(lián)咪唑熒光分子開關的設計、合成與超分辨成像.pdf

1、電子顯微鏡具有極高的分辨率，能夠有效地對納米尺度的微觀世界進行觀察。然而，電子顯微鏡存在和生物樣品相容性差、只能觀察靜止圖像等缺陷，在生物領域的成像應用十分有限。與之相對，熒光顯微鏡對生物樣品的破壞極小，非常適合用來觀察生物樣品。不過受到光本身波動性的限制，光學顯微鏡存在著分辨率的極限（~200 nm），極大的阻礙了其在生物領域的應用。近幾十年，人們通過各種手段打破了光學顯微鏡的分辨率極限。這些手段我們可以統(tǒng)稱為超分辨成像技術。其中，利

2、用熒光分子開關作為探針的隨機成像手段（如STORM）占據(jù)著非常重要的地位。這一技術的原理利用探針的熒光性能在一定的刺激下進行不斷的“強”與“弱”交替變化，獲得超分辨成像。
　　本研究分為五個部分：第一章對光學成像存在分辨率極限以及超分辨成像的原理進行了重點的介紹，強調(diào)了隨機手段中熒光分子開關的設計與合成對于實現(xiàn)超分辨成像的重要地位。另外，我們對各種光致變色材料進行了簡單的概述，同時系統(tǒng)地對六芳基聯(lián)咪唑這種分子開關進行了詳細的調(diào)研。

3、我們提出，六芳基聯(lián)咪唑?qū)儆跓嵬噬凸庵伦兩牧?，通過合適的修飾，可以獲得極快的褪色速度，非常適合隨機型超分辨成像手段。第二章將具有聚集誘導發(fā)光（AIE）性能的四苯基乙烯(TPE)與六苯基聯(lián)咪唑進行偶聯(lián)。目標產(chǎn)物TPE-HABI由于TPE的存在而具備了AIE性能，同時其熒光可以被光致變色產(chǎn)生的自由基通過能量共振轉(zhuǎn)移（FRET）淬滅，實現(xiàn)可逆的熒光開關。另外，我們發(fā)現(xiàn)TPE-HABI有著奇特的發(fā)射波長隨激發(fā)波長變化而變化的性能。最后我們將

4、TPE-HABI運用于聚合物薄膜的超分辨成像中。另一方面，我們指出了TPE-HABI本身在有色態(tài)褪色速度較慢，抗疲勞性較差以及熒光量子產(chǎn)率不夠高等方面的不足。第三章首先從提高六芳基聯(lián)咪唑熒光量子產(chǎn)率方面著手，討論了TPE-HABI本身熒光量子效率不高的原因，提出了在熒光基團和六苯基聯(lián)咪唑之間插入非共軛基團，限制光誘導電荷轉(zhuǎn)移過程，進而提高其熒光量子產(chǎn)量的分子設計。我們平行設計、合成以及研究了“非共軛”連接和“共軛”連接的萘酰亞胺-六芳基

5、聯(lián)咪唑熒光分子開關。我們發(fā)現(xiàn)“非共軛”的分子設計對于分子開關在熒光量子產(chǎn)率和熒光開關比等方面的性能有著明顯的提升。第四章繼續(xù)討論了非共軛連接的分子設計是否具有普適性。通過引入不同發(fā)光的熒光基團，采用非共軛的連接方式，我們得到了深藍，藍綠以及近紅外發(fā)光的六芳基聯(lián)咪唑熒光分子開關。這一結果充分地說明了“非共軛”連接對于提高熒光量子產(chǎn)率和熒光開關比的可行性。另一方面，我們也指出了“非共軛”連接沒有解決有色態(tài)褪色慢的問題；相反，在一定程度上使得

6、褪色慢的問題變得更嚴重。第五章著重討論了如何解決上述幾章中都存在的有色態(tài)褪色慢的問題。在繼續(xù)沿用熒光基團與六苯基聯(lián)咪唑采用“非共軛”連接的思路下，我們?nèi)匀徊捎幂刘啺愤@一熒光體系，設計了在分子內(nèi)將兩個三苯基咪唑自由基綁定在一起的“橋聯(lián)”結構。我們發(fā)現(xiàn)，得到的NI-N-HABI比之前沒有橋聯(lián)結構的HABI-NI（A）在溶液中的褪色速率快了三個數(shù)量級。有色態(tài)在溶液中完全褪色在幾秒鐘之內(nèi)就可以完成！之后，我們將NI-N-HABI作為熒光探針，