用于生物标记及荧光成像dendrimer分子的多光子上转换荧光发射及荧光共振能量传递

本项目通过恰当分子设计和巧妙化学修饰，制备新型含多光子吸收天线的dendrimer荧光大分子。dendrimer的大小和组成精确可控，构成方式灵巧多变，以聚酰胺-胺连接若干萘酰亚胺或苝二酰亚胺等芳杂环为发光核，以酯键、醚键、酰胺等柔性链在发光核上有序可控地引入多光子吸收天线基团，通过结构调控产生多种颜色、多种波长上转换荧光发射，可作为探针分子用于生物分子标记及荧光成像，如果将dendrimer分子与荧光蛋白连接与组装，将产生具有多光子荧光发射的新型荧光蛋白。研究多光子荧光分子构筑及结构调控的系统方法，阐明dendrimer分子的组成结构、连接方式对多光子荧光发射波长、荧光效率、荧光寿命的影响，建立荧光色坐标，揭示发光核-天线基团的耦合效应及多光子荧光共振能量转移机制，总结材料结构与多光子荧光发射能力的构效关系规律，为寻找新型多光子荧光染料和发现生物体内荧光共振能量转移的研究和应用提供线索。

dendrimer分子大小和组成精确可控，结构类型丰富，构成方式灵巧多变，具有宽带多光子吸收，多光子吸收截面大，荧光量子效率高，可通过结构调控产生多种颜色、多种波长上转换荧光发射以及分子内荧光共振能量转移，可作为dendrimer探针分子用于生物分子标记及荧光成像, 极具应用潜力，因而新型含天线结构dendrimer分子的设计制备、多光子上转换荧光、分子内荧光共振能量转移、荧光探针及荧光成像是本项目的研究重点. .本项目的实验工作量非常大, 已完成 60多个含天线结构dendrimer分子及二百个重要中间体的可控合成及结构确征, 并在多光子荧光发射及荧光共振能量转移、聚集诱导荧光增强、荧光探针与活细胞荧光成像等方面开展系统研究..本项目通过分支库和母核库的组合，建立了荧光化合物库，完成了多个系列含天线结构dendrimer荧光分子的设计与可控合成，主要包括2,5-二[4-(2-芳基乙烯基)苯基]-1,3,4-噁二唑dendrimer分子，1,2,4,5-四芳基乙烯基苯荧光dendrimer分子，9,10-双芳基乙烯基蒽荧光dendrimer分子，咔唑-三苯胺荧光dendrimer分子，苝二酰亚胺-氟硼二吡咯荧光dendrimer分子，芳基萘酰亚胺-苝二酰亚胺荧光dendrimer分子，罗丹明-苝二酰亚胺荧光dendrimer分子，罗丹明-萘酰亚胺荧光分子，PAMAM dendrimer荧光分子. 建立dendrimer分子的荧光色坐标；系统研究dendrimer分子的多光子上转换荧光发射能力，用飞秒Ti:sapphire激光测定了dendrimer分子的多光子上转换荧光性质，讨论了dendrimer分子的线性吸收、单光子荧光、荧光量子产率、荧光寿命、能级结构，双光子吸收、双光子荧光、三光子荧光、三光子吸收性质；阐明了dendrimer分子的荧光共振能量转移规律，总结了发光核-天线结构的耦合效应，揭示了dendrimer分子中存在的聚集诱导荧光增强效应，制备了dendrimer染料负载的荧光纳米粒子, 系统研究了其水溶液中的荧光性能，探索了dendrimer荧光探针性质及应用, 并将dendrimer分子用于活细胞荧光成像及生物标记的研究中.