新型双光子荧光探针的设计、合成及其在生物活性物质检测中的应用

Two-photon microscopy offers a number of advantages over one-photon microscopy，such as increased depth of penetration, reduced photodamgae and photobleaching, hight tranverse longitudinal resolutions. Two-photon microscopy has more and more important applications in biomedicine. So, exploring new small-molecule organic fluorescent probes with big absorption cross section and strong fluorescence have important significance. Base on the principle of fluorescent probe's design and organic chemistry reaction, a series of asymmetrical (D-π-A) two-photon probes with big absorption cross section and bio-compatibility containing substituted acetylene，carbazole, and triphenylamine groups are to be synthesized. Intracellular function-activity species will be detected by the two-photon by signal transformation between concentration of the detection and fluorescence intensity of the probe. The two-photon probes were used to image in cells and a new method for detecting intracellular function-activity species will be presented.

相对于单光子荧光成像，双光子荧光显微成像具有穿透力强、光损伤和光漂白效应小、横向分辨率和纵向分辨率高及背景低等优点，在生物分析化学和生物医学领域具有广泛的应用前景。因此，研发吸收截面大、荧光强、生物兼容性好的新型双光子有机小分子探针具有重要的意义。本项目根据荧光探针的设计思路，将有机化学中的分子反应机制融入到生物分子荧光检测领域。拟设计合成一系列吸收截面大、强荧光、生物相容性好的D-π-A型含氰基苯乙烯、含咔唑环、含三苯胺基团的双光子荧光探针；研究这些探针与半胱氨酸、谷胱甘肽、过氧化氢等重要生物活性物质的相互作用机制；通过检测双光子荧光探针在重要生物分子的作用下双光子荧光的变化，建立灵敏度高、线性范围宽、选择性好的生物活性分子分析新技术；用于实际样品的检测并进一步应用于乳腺癌细胞、前列腺癌细胞等荧光显微成像研究，对荧光成像技术和生物分析化学的发展具有重要的意义。

本项目设计并合成了几种含氰基苯乙烯、含咔唑环、含菲并咪唑等基团的反应型双光子荧光探针，并对其结构和光学性能进行表征和研究。利用检测物和探针之间特殊的反应使探针荧光信号发生转换，发展了几种针对生物硫醇、硫化氢和葡萄糖等生物活性物质和汞离子、铜离子和钯离子等金属离子的荧光探针检测方法，实现了体内生物活性物质以及其它有毒有害物质的荧光成像检测。同时，项目组还在近红外荧光探针等分子探针的设计与合成及其在细胞内生物活性物质检测等方面的应用进行了系列研究，并取得较好结果。项目基本上按计划完成，相关成果以论文形式和国家发明专利的形式体现，在 Anal. Chem., Chem. Commun., Biosens. Bioelectrion. 等杂志上共发表本研究基金资助的论文50篇（其中SCI论文49篇，IF>3论文36篇），申请国家发明专利2项。培养博士研究生3名，硕士研究生9名。