基于苯并吡喃共轭体的比率型近红外荧光探针研究

The development of ratiometric and near-infrared (NIR) fluorescent probe is of great significance for the recognition, detection and bioimaging of biologically important molecules. However, the lack of appropriate NIR fluorescent dyes seriously hindered the development of such kind of probes, especially ratiometric probes with NIR fluorescent turn-on changes. In this proposal, benzopyrylium-based conjugates are proposed to be developed as new NIR fluorescent dyes for the development of ratiometric and NIR fluorescent probes. These conjugates not only contain a semi-rhodamine structure, which retained the unique merit of the “spirocyclization-spiroopening” mechanism of the widely-used rhodamine dyes for controlling their fluorescence, but also contain an additional fluorophore, which afford them new ideal platforms to construct ratiometric NIR fluorescent probes. Therefore, this project is expected to develop a series of benzopyrylium-based conjugates, and use them to develop some ratiometric NIR fluorescent probes with excellent sensing properties, thus providing useful molecular tools for the recognition, detection and bioimaging of biologically important molecules.

发展比率型近红外荧光探针对生物活性分子的识别、检测以及生物成像研究具有重要的意义。然而，能用于构建比率型近红外荧光探针，特别是能用于构建近红外荧光增强型的比率型荧光探针的近红外荧光染料分子非常缺乏。针对这一问题，本项目拟发展一系列结构新型的苯并吡喃共轭体作为新的近红外荧光染料分子，并研究这些共轭体分子在构建比率型近红外荧光探针中的应用。拟合成的探针分子不仅具有类似罗丹明分子可以通过“闭环-开环”机制来控制荧光“关-开”的特性，而且还可以做到比率型近红外荧光的变化。因此，本项目不仅为发展比率型近红外荧光探针提供了新的思路，而且通过项目的实施还有望发展一些性能优异的比率型近红外荧光探针，从而为生物活性分子的识别、检测和生物成像研究提供有效的分子工具。

近年来，基于小分子荧光探针的荧光检测方法由于其简单、灵敏、并能够方便地实现从细胞到活体的实时检测和示踪而受到广泛关注。其中，发展近红外荧光探针特别是比率型近红外荧光探针对生物体内活性分子的识别、检测以及生物成像研究具有重要的意义。本项目（项目号：21672080）在国家基金委的资助下，发展了一系列结构新颖的苯并吡喃共轭体作为新的近红外荧光染料分子，并研究了这些共轭体分子在构建近红外荧光探针中的应用。经过四年研究，项目针对一些重要的生物体内活性物种（如活性氧物种过氧化亚硝酸根和次氯酸、气体信号分子如一氧化碳和硫化氢、生物硫醇如半胱氨酸, 硒代半胱氨酸等）发展了一系列响应快、选择性高、灵敏度好的荧光探针分子，为这些化合物的体外和体内检测提供了许多新的方法。这些探针分子可作为生化研究中的分子工具，具有潜在的应用价值。本项目的研究结果已经在国际SCI源刊上发表学术论文36篇，并被同行广泛引用。本项目先后培养研究生11名，其中3人荣获研究生国家奖学金。总之，本项目圆满地完成了预期研究任务，并为后续研究铺开了道路。