近红外硅基pH荧光探针的合成及其在活细胞成像中的应用

Chemical sensing and imaging analysis with changes in optical signal from optical probe and analyte have high sensitivity and high temporal and spatial resolution. They are widely used in the fields of chemistry and biomedicine etc. Near infrared fluorescent probe with longer excitation wavelength can avoid damage of live cells and interference from cellular background and exhibit obvious advantages and potential application. The aim of project is to synthesize a series of novel near infrared silica-based pH fluorescent probes toward imaging in live cells. A series of near infrared styrylcyanine (SCYs) dyes are designed and prepared. The silica-based nano-fluorescent probe SCYs/SiO2 with core-shell structure is synthesized by improved St?ber technique.The theory and technique of synthesis about SYN dopped silica-based nanoparticle were studied. Many parameters including pKa, pH response range, sensitivity, reversibility etc. are determined based on fluorimetry.Further application of fluorescent imaging in live cells is investigated by laser scanning confocal microscopic technique. The cell membrane permeability and colocalization are estimated. Near infrared silica-based pH fluorescent probe provides an important analytical method with real time detection for pH change in cells. It will be great significance to understand life process in molecular level and explore mechanism of fatal disease.

荧光探针与分析物作用可引起光学信号的改变。化学传感与成像分析相结合具有高灵敏度、高时空分辨能力的特点，广泛应用于化学、生物医学等领域。近红外荧光探针因激发波长长，可避免对活体细胞的损伤和背景干扰，在细胞分析中有明显的优势和应用潜力。本项目拟合成可用于活细胞成像的近红外硅基pH荧光探针。设计制备一系列新型近红外苯乙烯类菁染料(SCYs)，采用改进的St?ber法合成硅基为载体的具有核壳结构的SCYs/SiO2 纳米近红外pH荧光探针，研究苯乙烯类菁染料掺杂的硅基纳米颗粒的制备理论和技术。基于荧光光谱技术测定pKa值、pH响应范围、灵敏度、可逆性、细胞毒性等，结合激光共聚焦扫描显微技术研究其在活细胞中的H+荧光成像，评价细胞膜通透性和细胞共定位性。近红外硅基pH荧光探针为研究细胞内pH变化提供一种重要的实时监测分析方法，从分子水平认识生命过程及探索重大疾病发生机制具有重要意义。

pH作为一个重要的新陈代谢及细胞内的参数，在调控许多细胞的生理和病理过程中起着关键性的作用，包括受体介导的信号转导、细胞的生长和凋亡，酶活性、离子传输、钙调控等。本项目设计合成了一系列于活细胞成像的硅基pH近红外纳米荧光探针，并对其光学性质进行研究。在此基础上设计制备一系列新型近红外苯乙烯类菁染料(SCYs)，采用改进的Stöber法合成硅基为载体的具有核壳结构的SCYs/SiO2纳米近红外pH荧光探针，研究苯乙烯类菁染料掺杂的硅基纳米颗粒的制备理论和技术。基于荧光光谱技术测定pKa值、pH响应范围、灵敏度、可逆性、细胞毒性等，结合激光共聚焦扫描显微技术研究其在活细胞中的H+荧光成像，评价细胞膜通透性和细胞共定位性。以此为平台为研究细胞内pH变化提供一种重要的实时监测分析方法。项目取得了一系列主要结果：1) 构筑了一系列基于桥链吲哚衍生物的pH荧光探针，建立了测定极度酸性的荧光传感新方法，并成功用于人胃癌细胞，大肠杆菌的可视化检测。拓宽了极度酸性pH探针的应用范围；2) 构建了基于咔唑的双光子溶酶体靶向pH荧光探针，深入讨论了探针的双光子吸收截面与溶酶体靶向特性，成功用于了pH比率荧光成像与深层肿瘤组织比率型成像，发展了一种新型的肿瘤组织的可视化成像新方法；3) 构筑了一系列基于碳量子点的长波发射荧光传感体系，并将其用于pH，重要信号离子如铁、铜等以及肿瘤细胞靶向的可视化传感，探讨了量子点与目标物的相互作用机理并提出了发光机制，为构筑新型纳米荧光探针提供了理论基础。本项目对从分子水平认识生命过程及探索重大疾病发生机制具有重要意义。项目的顺利实施将为促进其在生物医学领域的研究提供有效的支持。