近红外超分子荧光探针

This project aims at developing near-infrared-fluoresce probes towards application in bio-imaging. As ideal candidates, the fluorescence probes should possess some features, such as near-infrared emission, high quantum yield, good bio-compatibility, and no cytotoxicity. However, most of the developed fluorescence groups have emission at UV or visible regions. In addition, the instable emission caused by unpredictable aggregation and poor bio-compatibility due to the inherent hydrophobicity of aromatic skeletons can also be problems as being applied in bio-systems. In order to overcome these problems, this project intends to take the advantage of supramolecular assemblies to tune the aggregation of fluorescence units. In doing so, we would like to associate different types of fluorescence units into supramolecular strategies, such as self-assembly of bolaamphiphiles, host-guest association and assembly of functionalized polymers prepared by post-polymerization modification. The emission properties and bio-compatibilities is expected to be tuned through molecular design, optimizing the assembly conditions, changing the additives, and/or surface modification of the assemblies. Under support of this project, we anticipate to obtain near-infrared-fluoresce probes with emission >600 nm, quantum yield >15%, stable structure, good bio-compatibility and selective cell-label abilities.

本项目旨在发展可用于生物成像的近红外荧光探针材料。作为理想的荧光探针，要求其同时具备近红外区发光、高荧光量子效率、较好的生物相容性、以及无生物毒性等特点。但是，目前所发展的有机荧光材料发光多在紫外可见区，而且存在发光不稳定和生物相容性差的问题。围绕这些问题，本项目拟从超分子组装对聚集态的调控入手展开研究。结合两亲性分子自组装、主-客体组装以及基于聚合后改性的聚合物组装等不同的超分子组装策略，尝试将不同类型的近红外荧光基团引入自组装构筑基元。通过分子设计、组装条件的优化、添加离子、以及组装体外围功能化等方法，实现对组装体发光特性及生物相容性的调控。在项目支持下，我们期望能发展发光在600 nm以上、荧光量子效率大于15%、结构稳定、生物相容性好、并具有选择性细胞成像性能的近红外荧光试剂。

生物成像已经成为可视化诊断和生物领域研究极其重要的手段之一。这种方法主要用强荧光探针对生物底物进行标记，依靠荧光信号对细胞组织等结构进行精确成像。荧光探针的结构和发光性能是对生物样品进行标记和成像的关键。本项目针对有机荧光基团的水溶性差、在水中的发光效率低的问题展开研究。主要将超分子组装技术与荧光基团相结合，制备荧光发射增强、生物相容性好的的纳米荧光探针材料。分别从以下几个方面获得较为突出的研究成果：.（1）.利用主客体相互作用调控两亲性分子的组装和发光性质。该部分研究涉及到黄酮类和苯并噻唑类的荧光染料，这类分子具有较差的水溶性，很难实现在水中的发光。通过与环糊精分子相互作用，形成主客体组装复合物，从而提高了这些分子的水溶性。不仅如此，这些荧光染料在水中的发光强度也得到大幅度提升。除此以外，通过控制主客体单元的比例，还可以对这些荧光染料的发光性质进行调控。.（2）.阴阳离子两亲性分子的共组装制备近红外发光的纳米荧光材料。将还有苝酰亚胺等荧光染料的阳离子两亲性分子与阴离子两亲性分子共组装，从而使得含有荧光染料的两亲性分子发光强度大幅度提升。这些共组装体不仅具有非常高的荧光量子效率，而且具有良好的生物相容性，并成功的应用于细胞成像。.（3）.聚合后修饰实现的接枝共聚物纳米荧光材料的制备。利用聚合物侧链上的活性酯较高的反应活性，在聚合物侧链后修饰发光单元和亲水基团。最终形成的聚合物组装以后可以形成水溶性良好的纳米荧光材料。这类材料与小分子聚集形成的纳米荧光材料相比较，具有更高的荧光量子效率和发光强度，并成功地应用于细胞成像。.（4）.利用两亲性分子组装形成的纳米荧光材料研究其在细胞中的代谢过程。由于缺乏合适的生物标记，两亲性分子在细胞中的代谢一直是一个难题。通过巧妙的设计，将具有聚集诱导发光的荧光染料引入到两亲性分子中，并研究了该分子在细胞中的代谢过程。.