基于醚氧键能量转移机理的萘酰亚胺双光子荧光探针的构建及应用研究

Fluorescent probes can detect various micromolecules and ions with high sensitivity and selectivity, and therefore have good development prospects in the field of chemistry and biology. Naphthalimide is applied for the synthesis of fluorescent probes due to its desirable photophysical properties. However, the seldom reaction sites on 1,8-naphthalimide limit its development. In this project, recognition units with PET, ESIPT and AIE will be connected to the 4-position of 1,8-naphthalimide through the ether bond, constructing fluorescence probes based on ether bond energy transfer mechanism—transfering PET and ESIPT from recognition units to 1,8-naphthalimide through ether bond, which result in fluorescence enhancement, emission wavelength shift and AIE/AIEE property. The connection of the larger conjugated system as donor group through the ether bond will increase the two-photon absorption cross section of the probes, and reduce the photobleaching, and improve the cell survival rate. In addition, the probes will be covalently loaded onto the surface of the magnetic nanoparticles by modification with polyethylene glycol, giving the probes good water dispersibility and magnetic separation property. Thus, multifunctional fluorescent probes with detection, separation, and two-photon fluorescence bioimaging properties will be constructed, which will be applied for the detection of formaldehyde, Cd2+, Zn2+, PPi and the separation of Cd2+, excess Zn2+ in the environmental and biological systems.

荧光探针可以高灵敏、高选择性的检测各种小分子和离子，在化学和生物领域有很好的发展前景。萘酰亚胺因具有良好的光物理性质，应用于荧光探针的合成，但萘酰亚胺母体可直接发生化学反应的位点少使其发展受限。本项目将在1,8-萘酰亚胺的4位引入醚氧键连接具有PET、ESIPT、AIE性质的识别基团，构建基于醚氧键能量转移机理——将客体抑制识别基团的PET、ESIPT转移到萘酰亚胺引起荧光增强和发射波长位移、具有AIE/AIEE性质的荧光探针。通过醚氧键连接共轭体系较大的供电子基团提高探针的双光子吸收截面值，降低探针的光漂白，增加细胞成活率。此外，探针通过聚乙二醇改性后共价负载到磁性纳米粒子表面，赋予探针良好的水分散性和磁分离性质。从而构建出具有检测、分离、双光子生物荧光成像性质的多功能荧光探针，应用于环境和生物体系中甲醛、Cd2+、Zn2+、PPi的检测及Cd2+、Zn2+的分离。

荧光探针可以高灵敏、高选择性的检测各种小分子和离子，在化学、生物及食品领域发挥着重要作用。1,8-萘酰亚胺具有良好的光物理性质，应用于荧光探针的合成，但1,8-萘酰亚胺母体可直接发生化学反应的位点少使其发展受限。本项目在1,8-萘酰亚胺的4位引入醚氧键连接具有光诱导电子转移（PET）性质的识别基团，构建了基于醚氧键能量转移机理。将客体抑制识别基团的PET转移到萘酰亚胺荧光团引起荧光增强而识别目标金属离子和小分子。探针应用于双光子荧光成像，降低了光漂白，增加细胞成活率。遗憾的是，项目中合成的基于1,8-萘酰亚胺的荧光探针没有表现出聚集态诱导发光（AIE）性质，因而我们合成了基于2-羟基-5-甲基间苯甲醛的席夫碱类AIE荧光探针，探究了该类荧光探针的AIE机理，探针在聚集态下表现出发光增强和高效率发光的特性，避免了常规有机小分子荧光探针聚集诱导淬灭（ACQ）的弊端，应用于水样和活细胞中Zn2+、Cd2+的检测。此外，制备了基于2-羟基-5-甲基间苯甲醛的席夫碱氨气AIE荧光探针，探针聚集为纳米颗粒附着于纸基材料，制备了用于海鲜包装及新鲜度检测的荧光检测试纸，并通过智能手机识别试纸的颜色（GRB值）实时监测海鲜的新鲜度。. 本项目中制备的基于1,8-萘酰亚胺和基于2-羟基-5-甲基间苯甲醛的席夫碱类AIE荧光探针可以用于湖水、河水及自来水中超标重金属离子的检测和海鲜新鲜度的实时监测。特别是，将基于2-羟基-5-甲基间苯甲醛的席夫碱类AIE荧光探针与常规试纸复合制备了生物质基功能试纸，该试纸具备较高的选择性、灵敏性、制备成本低、便于使用、可实现肉眼可视化实时监测等优势，具较好的应用前景。