新型开关型荧光探针及其对凋亡细胞的高灵敏度检测

Detection of apoptotic cells by fluorescent imaging is highly important in cancer diagnosis and therapy, and nano-level resolution may be realized by using switchable fluorescent probes. Based on Boron-Fluorine dyes with ideal photophyscial properties, such as high fluorescent intensity, large Stokes shift and non-aggregated ability in solid and polar environment, high ratio fluorescent switches could be constructed through introduction of photochromic diarylethene. This project will develop fluorescent switches with different emissive wavelengths through structure-property correlation. Then, DPA-Zn units with high affinity to phosphatidylserine (PS) will be introduced for sensitive detection of apoptotic cells. In order to introduce multiple DPA-Zn units to enhance the sensitivity, "click" polymerization will be adopted to prepare water-soluble polymer probes with non-toxicity, sound chemical stability and high contrast signal. The prepared polymers will be applied for bio-imaging to improve the resolution and sensitivity of apoptosis detection through tuning fluorescence of the probes.

利用荧光成像技术检测凋亡细胞，在癌症诊断及治疗的研究中有重大意义；而采用高灵敏度的开关型荧光探针，可望获得纳米级的分辨率。本课题基于超分子化学的理念，以发光亮度高、Stokes位移大、在固态及极性环境中不易团聚的硼氟染料为基础，结合光致变色性能优异的二芳烯单元，构建高信噪比的二芳烯荧光开关探针。通过对分子结构的调节和构效关系研究，获得不同发光波段的开关型荧光分子；后引入对磷脂酰丝氨酸（PS）有强亲和力的DPA-Zn单元，以开关型的荧光探针检测凋亡细胞；为提高灵敏度，拟采用点击化学聚合方法，制备含多个DPA-Zn单元的化学稳定、毒性小、荧光开关信号比高的水溶性聚合物荧光探针。并将此类开关型聚合物荧光探针应用于荧光成像，通过对探针进行可逆的荧光调控，有效的提高对凋亡细胞检测的分辨率与灵敏度。

本项目设计、合成了一系列新型的二芳烯化合物，以具有共轭结构的荧光团作为二芳烯的光致变色单元。首先测试了它们在稀溶液、固态条件下的光物理及光化学性质，详细研究了它们的结构与荧光发射性质、光致变色性质、力致变色性质之间的关系。通过构效关系研究，我们发现以生色团作为二芳烯的光致变色基团，往往具有光化学反应能垒高的特点。当共轭连接硼氟染料时，部分染料荧光效率较低；紫外光照下可快速光环化，但达到稳定态后，化合物快速的降解，生成不能可逆光致变色的副产物；而部分染料可生成稳定的闭环态化合物，却无法恢复至开环态；而有些高度共轭的二芳烯已失去光致变色性能。因此，当二芳烯中的光致变色单元为高度共轭的结构时，其光致变色性质不如传统的环戊烯或全氟环戊烯。. 本项目执行过程中，我们基于超分子化学的理念，设计、合成了一系列在固态下具有强荧光发射的荧光染料，详细研究了染料的化学结构与荧光特性的关系。首先，采用轮烷对染料进行包裹的方式，抑制染料分子之间的π-π堆积，有效的提高了染料在固态及极性条件下的荧光效率，并提高了染料的光稳定性和化学稳定性。另一方面，通过设计分子间弱的相互作用力，构建分子间非平面的堆积方式，保持了染料在固态下的荧光性能；并且这些非共价作用可在力、热等刺激下发生可逆的改变，导致堆积方式的变化，荧光性质也随之发生可逆的转变。. 为实现对凋亡细胞的检测，我们设计了分子内荧光共振能量转移（FRET）的探针，可分别检测正常细胞和凋亡细胞的活性氧：在正常细胞中，与活性氧作用后可发生有效的FRET，发射红色荧光；在凋亡细胞中，分子被切断，FRET被抑制，则发射绿色荧光。. 在该项目基金的支持下，以通讯作者在SCI源刊物上发表有标注资助的论文12篇，其中在影响因子大于3.0的期刊上发表的论文6篇。