新型有機雙光子探針的制備及其在生物成像中的應用.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注。相對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，雙光子激發(fā)只發(fā)生在焦點附近的極小區(qū)域，不需要共焦小孔便可實現(xiàn)三維高分辨成像。同時，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，雖然很多具有優(yōu)良的雙光子特性的分子被報道，但是這些被報道的雙光子吸收分子很少能應用到雙光子熒光顯微成像中。在本論文中，設計和合成了一些在雙光子熒光顯微成像中有較好應用前景的雙光子探針。主要的內容和結果如下：
　　 (1)設計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)的有機雙光子探針分子(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 細胞的單光子和雙光子熒光顯微與成像的應用。結果表明，雙枝分子(2a-4a和2b-4b)的雙光子吸收截面是相應單枝分子(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有很大的變化。但是，在相同的實驗條件下，兩親性分子能對Hep G2 細胞的細胞質部分進行有效的染色，而疏水性分子不易進

4、入到Hep G2 細胞內。
　　 (2)設計和綠色合成了三個基于2-氨基嘧啶的有機雙光子探針(5-7)
　　 探針分子是在沒有任何有機溶劑參與的條件下通過Aldol 縮合反應制備，化合物(5-7)的制備具有反應時間短(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[％])及分離和純化簡單的特點。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、吸收截面值達到819 GM，是相應標準物熒光素的22 倍。另外，這三個分子在質子化或去質子化的作用下，分子的單光子和雙光子熒光光譜的發(fā)射波長和強度都發(fā)生了很大的變化，探針的單光子和雙光子熒光光譜隨pH 值的敏感性質使得這些探針將有可能被應用為pH傳感器。
　　 (3)合成了一個基于2-異硫氰嘧啶的和生物分子上的氨基能進行共價結合的有機雙光子熒光探針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和轉鐵蛋白偶聯(lián)后的產(chǎn)物(Tf-8)和轉鐵蛋白的競爭成像實驗表明，連接探針8 沒有改變轉鐵蛋白的特性，依然能夠在細胞表面的轉鐵蛋白受體的介導作用下進入到細胞內，并主要分布在細胞質部分。
　　 (4)為了研究炔烴的衍生物對紫外光的光穩(wěn)定性能，設計和合成了兩個不對稱(D-π-A)含炔烴的有機雙光子探針(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 細胞的單光子和雙光子熒光顯微與成像的應用。結果表明，分子10和11 對紫外光(λirr =365 nm；I0 =4 mW/cm2)有較好的光穩(wěn)定性。這兩個炔烴的衍生物具有較大的雙光子吸收截面值，例如分子10在甲苯溶液中達到690GM。
　　 (5)設計和合成了四個對稱結構(D-π-D)含炔烴的有機雙光子吸收分子
　　 通過調節(jié)