抗光漂白有机红光染料的制备及其在活细胞成像中的应用研究

Fluorescence imaging has been wide applied to biomedical science due to high sensitivity and fast speed. The tremendous progress in life science promotes the further development of fluorescence imaging in biological analysis. The study of fluorescence imaging of living cells has become a hot research field of bioanalysis. Currently, there are two challenges that exist in fluorescence imaging of living cells: one is the auto-fluorescence of cells in the visible light region, which results in the interference of the fluorescence of labeled molecules, and the other is the photobleaching of fluorescently labeled molecules results from the long time irradiation. To solve these problems, the development of novel fluorescent dyes with high photostability and red/near infrared emission is essential. The goal of the project is to the development of photo-stable and efficient fluorescent dyes with red/near infrared emission and its application to living cell imaging. The main research content includes: (1) design and synthesis of fluorescent dyes; (2) Photo-stability and photophysical properties of the fluorescent dyes; and (3) the application of the fluorescent dyes to living cells imaging.

荧光成像是一种灵敏度高、成像速度快、应用广泛的研究手段。生命科学的巨大进步推动了荧光成像在生物分析中进一步发展，其中对活细胞的荧光成像研究已成为生物分析中的热点领域。目前在细胞荧光成像研究中存在的两大问题：一是细胞在可见光区的自发荧光对染料分子所发荧光的干扰/掩盖；二是对荧光染色的细胞长时间观察所面临的光漂白。这就迫切需要研制开发光稳定性好的红光/近红外发光染料。本项目的研究目标：抗光漂白、高荧光量子效率的有机红光/近红外发光染料的制备、性质及其在细胞成像中的应用基础研究。主要研究内容包括：1）荧光染料的分子设计和合成；2）荧光染料的稳定性和光物理性质表征；3）荧光染料在活细胞中的荧光成像。

荧光成像是一种灵敏度高、成像速度快、应用广泛的研究手段。生命科学的巨大进步推动了荧光成像在生物分析中进一步发展，其中对活细胞的荧光成像研究已成为生物分析中的热点领域。目前在细胞荧光成像研究中存在的两大问题：一是细胞在可见光区的自发荧光对染料分子所发荧光的干扰/掩盖；二是对荧光染色的细胞长时间观察所面临的光漂白。这就迫切需要研制开发光稳定性好的红光/近红外发光染料。本项目的研究目标：抗光漂白、高荧光量子效率的有机红光/近红外发光染料的制备、性质及其在细胞成像中的应用基础研究。主要研究内容包括：1）荧光染料的分子设计和合成；2）荧光染料的稳定性和光物理性质表征；3）荧光染料在活细胞中的荧光成像。项目按照任务计划书开展了相关的研究，完成了任务书中规定的研究任务，取得了如下研究成果：（1）发展了一系列具有抗光漂白的有机小分子荧光分子体系。这类荧光化合物具有合成简单、抗光漂白性好、发光波长长（橙光或红光）、斯托克斯位移大（∆λ ≥ 100 nm），生物相容性好等特点，满足细胞成像要求。（2）发展了一些列具有双光子诱导的上转换荧光材料，该类荧光材料具有光稳定性好，可用近红外光（800 nm）光激发，荧光量子产率高，发光波长长（橙光或红光）、斯托克斯位移大等特点。（3）通过各种相关的检测仪器，对所合成的荧光化合物进行结构表征、性质表征、以及各种相关参数表征。（4）通过体外活细胞成像，评价了所合成的荧光染料的染色效果、对细胞器的选择性、细胞成像中的抗背景干扰性、抗光漂白性、以及生物相容性和细胞毒性等实验，实验证明：所合成的有机小分子荧光染料在细胞成像中能选择性地吸附在线粒体上，荧光染料具有优良的抗光漂白性和抗干扰性。同时实验结果还证明，所制备的小分子荧光染料具有良好的生物相容性和低的细胞毒性。