三芳基硼单发光组分比率型温度探针的设计合成及细胞内温度测量的初步研究

Temperature is one of the most frequently measured variables. High space resolution temperature distribution measurement is critical in the fields of cell activity research, ect. The intrinsic limitation of traditional contact thermometers and intensity based non contact optical thermometers encourages the development of ratiometric fluorescent temperature probes. In this project, we intend to design and synthesis a series of water soluble, photo luminescence triarylboron compounds with two emissive excited states, and then prepare a number of ratiometric fluorescent temperature probes with single fluorescent component. The specific contents including: (1) design and synthesize a series of water soluble triarylboron compounds with different substituent groups; (2)study the influence factors of the ratio between two emissive intramolecular charge transfer (ICT) excited states of triarylboron compounds; (3) manufacture ratiomeric fluorescent temperature probes by doping/modifying the triarylboron compounds with Poly(N-isopropylacrylamide), polylactic acid, ect.; (4) evaluate the performance of such probes, and apply them in the cell temperature measurements. The purpose of the project is to develop highly accurate and sensitive temperature probes in micro and nanoscale.

温度是最常用的物理参数之一，高空间分辨率温度分布数据可以为研究细胞活动等提供重要参考。然而，传统的接触式温度计、非接触式发光强度型温度探针都受到原理上的限制，难以得到高准确度的微区温度分布数据。本项目拟设计合成一系列水溶、光致发光，具备双发光激发态的三芳基硼化合物，以此为基础，制备单发光组分比率型发光温度探针，并初步运用于细胞内部的温度测量。具体内容包括：（1）设计合成多个水溶的，具有不同大小、极性取代基的三芳基硼化合物；（2）研究其光物理性质和双重发光的响应特性；（3）利用温度、自由体积对三芳基硼分子双发光激发态分布的综合影响，将该类分子单分散于聚（N-异丙基丙烯酰胺）、聚乳酸等，制成高分子基的，高准确度比率型发光温度探针；（4）运用探针，针对细胞内部等微区的温度分布测量开展初步研究。本项目的目标是得到一类高准确度、灵敏度比率型发光温度探针，并用于微区温度的测量。

纳米/微米级空间分辨率的荧光温度计能为科学研究提供关键数据。例如，活体细胞内部的温度分布数据，可以为理解细胞活动提供重要参考；固液相微区的温度测量，在微量化学反应、流体力学等方面有重要应用。然而，强度型荧光探针易受干扰，限制了其实际应用。本项目研究了一类具有特殊结构的三芳基硼化合物，其双发光激发态的比例可以随着温度等微环境参数的变化而改变，以此为基础，制备得到单组份比率型发光温度计等一系列荧光探针。除了具备荧光探针的灵敏度高，空间分辨率高，实时响应等特点，该类化合物还具备抗干扰性强，准确度高的优势。.本项目主要研究内容包括：新型比率荧光三芳基硼化合物的设计思路的提出和完善；一系列双发光激发态三杜基硼化合物的设计合成及基础光物理性质和荧光响应性的测定；选择适合的工作体系，制备得到了一系列高准确度、灵敏度的液态有机体系、固态高分子体系的三芳基硼比率型荧光温度计；设计合成了一系列萘基硼化合物，制备了相应的有机液体比率荧光温度计，拓宽了该类温度计的取代基选取范围，完善了芳基硼分子结构对其双发光激发态的影响的相关解释；此外，设计合成了水溶性三芳基硼荧光化合物，其温度响应性还在进一步测试中；同时还对三芳基硼分子对于环境中其他变化，如PH值、粘度的响应能力进行了探索；另外，设计制备了可选择性的与癌细胞表面过度表达的整合素αVβ3结合的荧光三芳基硼探针TAB-3-cRGD，有潜力作为肿瘤早期检测的新工具，并成功地运用于细胞和小鼠体内。以及能选择性识别磷酸侧链，可用于标记细胞膜、内质网、核仁的比率荧光三芳基硼探针TAB-1-3Zn2+、TAB-2-2Zn2+，和可选择性识别Ag+的比率荧光三芳基硼探针等。相关结果为新型比率荧光三芳基硼探针的设计和应用提供了良好的基础。.项目执行期间，发表SCI论文4篇，获国家发明专利授权5项，培养研究生2人。