双光子荧光探针的设计合成及靶向生物体内含硫活性物的研究

Intracellular reactive sulfur species (RSS) have similar structure, but they are associated with different diseases. It is very important to determine selectively them in biological systems for biomedicine. Combining the use of two-photon fluorescent probe and two-photon microscopy (TPM) not only avoids the insupportable ultraviolet-visible damage in life system, but also could trigger photophysical process and photochemical reaction in arbitrary point of deep-three dimensional space. So, it is an indispensable technique in biology and clinical sciences. This project aims to synthesize novel two-photon fluorescence probes which have large two-photon action absorption cross sections, good affinity and biocompatibility. Further study the mode of action of probe and target molecule, implementation the specific detection of intracellular reactive sulfur species. Real-time dynamic monitor the process related to the RSS in vivo using two-photon fluorescence microscope, which will provide the basis for clinical research of corresponding pathological mechanism, conducive to early detection, diagnosis, and treatment of the disease.

生物体内含硫活性物质（RSS）结构相似，但分别与不同的疾病相关联，对它们在生物体系的分别测定在生物医学中具有十分重要的意义。将双光子探针和双光子荧光扫描显微镜相结合，避开了生命体系所不能承受的紫外-可见光损伤，而且可在深度三维空间的任意点位上引发特定的光物理过程和光化学反应，在癌症诊断、光动力学医疗等方面有重要作用。本项目旨在设计合成具有较大的双光子吸收横截面积、良好的双亲性以及优良的生物相容性的双光子荧光探针，进一步提高探针的灵敏度、选择性和光稳定性；深入研究探针和客体分子的作用方式，实现对生物体内不同含硫化合物的特异性检测；利用双光子荧光显微镜对生物体内含硫活性物质的含量、分布以及参与的生命过程实时动态监测，为临床研究相应疾病的病变机理提供依据，有利于实现疾病的早期发现、诊断和治疗。

细胞内生物硫醇水平的高低和许多疾病相关联，而pH在调控许多细胞和病理过程中起着关键作用，对它们在生物体系的测定在生物医学中具有十分重要的意义。以荧光探针为核心、结合荧光成像技术，能够有效地实现活细胞和组织内功能活性物种“实时、可视、定量”的高时空分辨检测。本项目合成了4个荧光探针并对其结构进行了表征；详细研究了探针的光学性能，包括探针的灵敏度、选择性、稳定性、可逆性以及细胞毒性等；实现了三个有机小分子荧光探针分别用于细胞及活体内pH和生物硫醇的检测和荧光成像，一个双色荧光碳点用于河水中Fe3+离子的检测及细胞内Fe3+离子和pH的激光共聚焦荧光成像。所采取的合成方法简便易行，可实现目标物的高灵敏、快速检测，并且两个pH探针的荧光发射光谱均是比率型且实现了细胞内的比率荧光成像。本项目的研究对从分子水平上认识生命过程及探索重大疾病发生机制具有重要意义。