单重态氧在细胞中的动力学研究

单重态氧是处于第一电子激发态的氧气。尽管对单重态氧的研究已经持续了近八十年，但由于人们对单重态氧与有机体的相互作用还知之甚少，至今在生物学领域单重态氧的相关研究依然非常活跃。本项目的研究内容是建立一套基于单重态氧荧光的激光扫描共聚焦荧光寿命成像显微镜(LSC-FLIM)平台，并利用该平台研究单重态氧在细胞中的产生、传能、猝灭和反应等动力学过程，以及研究这些过程在细胞内部不同区域，或者在不同种类细胞中的差别。

单重态氧（SO）是处于第一电子激发态的分子氧。与氧气一样，SO对大气、环境和生物体也同样具有重要的影响。为研究SO与生物体的相互作用，在过去的十几年里人们已经发展了能探测细胞内SO的单重态氧显微镜（SOM）技术并实现了微米量级空间分辨的单重态氧磷光（SOP）强度成像。本项目的研究内容是在SOM技术的基础上建立一个基于SOP的激光扫描共聚焦荧光寿命成像显微镜(LSC-FLIM)平台，并在该平台上力求实现SOP寿命成像，以便于研究SO在溶液和细胞中的产生、传能、猝灭和反应等动力学过程。本项目取得了如下成果：（1）在该LCS-FLIM平台上测量到了SOP光谱和C60荧光光谱并在C60样品上首次实现了SOP寿命成像。（2）在该LSC-FLIM上发现关闭状态的光合系统II（PSII）的荧光寿命随辐照光强增加而变短的现象，揭示了PSII中光强依赖的能量驰豫与外周捕光天线LHCII之间的联系。（3）根据细胞的荧光寿命与溶酶体粘度的关系，在该LSC-FLIM上成功评价了一种新型的靶向细胞溶酶体粘度荧光探针。（4）为满足项目对单重态氧标准信号源的需要，发明了新型单重态氧发生器装置，并提出了基于五氧化二磷或硫酸射流的SO气流脱水方法。（5）根据有机硫化物对SO具有反应性猝灭效应研究了SO应用于燃油脱硫的可行性，发明了基于SO来氧化噻吩类有机物的燃油氧化处理方法及装置。（6）发明了多孔硅基复合发光材料。本项目的研究表明，实现SOP寿命成像是完全可行的；但对于像细胞这样的含水样品，SOP寿命成像最大障碍在于极度微弱的SOP信号所导致的极长成像时间，最好的解决方法是放弃SOP寿命成像并在荧光成像的基础上仅选择少数感兴趣的点来测量它们的SOP随时间变化的曲线。