新型荧光染料对手性对映异构体的选择性识别及其生物应用

Design and synthesis of highly sensitive and highly selective fluorescent probes with enhanced or ratiometric detection of enantiomer and their application in cell imaging is an important frontier research field in life science. In this project, we design and synthesize a series of highly sensitive fluorescence enhanced fluorescent probes based on the effective combination of chiral NH bond and boric acid and the introduction of different fluorescent groups such as pyrene, anthracene, naphthalene and so on. Introduced the imine Schiff base fragment into axial chiral binaphthol can increase πconjugated system, the fluorescence emission spectra of binaphthol derivative will has large re shift by complexed with metal ions, and ultimately rival high sensitive ratiometric fluorescent probes for enantioselective recognition. According to the selective recognition ability different of chiral fluorescent probes which were synthesized, we can detect different kinds of D/L type chiral substrate such as tartaric acid, amino acid, sugar acid, mandelic acid, lactic acid and amino alcohols enantiomers. For high selectively chiral fluorescent probes, study those biological imaging in HeLa cells and HaCaT cells and the enantioselectivity in the cellular microenvironment, which can provide new molecular materials and sensing mechanism of basic research for in vivo imaging and fluorescence sensor. It is of great significance to the separation and accurate identification of enantiomorphism of this project.

设计合成高灵敏、高选择性识别手性对映异构体的增强或比率荧光染料，并实现其在细胞中的生物成像应用，是生命科学的重要前沿研究领域。本项目围绕手性NH键与硼酸有效结合，引入芘、蒽、萘等不同的荧光基团进行荧光强度的调控，设计，合成一系列高灵敏的荧光增强型手型荧光探针。对轴手性荧光母体联萘酚，利用亚胺希夫碱增大联萘酚的大π共轭体系，通过与金属离子的络合使联萘酚的荧光发射光谱发生较大红移，得到对手性底物实现高灵敏对映选择性识别的比率型荧光探针。根据所设计的手性荧光探针对手性物质选择性识别能力的不同，扩大该策略的应用范围，包括酒石酸、氨基酸以及氨基醇等的对映D/L型对映体。筛选具有高选择性的手性荧光探针考察其在HeLa细胞和HaCaT细胞中的生物成像，研究其在细胞微环境中的对映选择性，为荧光传感器和活体影像的基础研究提供分子材料发展新型传感机制。该项目对手性对映异构的分离及精准标识具有重要意义。

本项目首先将手性NH键与硼酸有效结合，引入芘、蒽、萘等不同的荧光基团进行荧光强度的调控、设计、合成一系列高灵敏的荧光增强型手型荧光探针。对轴手性荧光母体联萘酚，利用亚胺希夫碱增大联萘酚的大π共轭体系，通过与金属离子的络合使联萘酚的荧光发射光谱发生较大红移，得到对手性底物实现高灵敏对映选择性识别的比率型荧光探针。根据所设计的手性荧光探针对手性物质选择性识别能力的不同，扩大该策略的应用范围，包括酒石酸、氨基酸以及氨基醇等的对映D/L型对映体。筛选具有高选择性的手性荧光探针考察其在HeLa细胞和HaCaT细胞中的生物成像，研究其在细胞微环境中的对映选择性，为荧光传感器和活体影像的基础研究提供分子材料发展新型传感机制。相关成果主要发表于Dyes and Pigments等杂志。随后，对具有手性特性的聚丁二炔性质及传感功能进行深入研究，使用常见的手性分子环己二胺作为手性源，以共价键和非共价键两种方式连接聚丁二炔，诱导其形成对称构型的手性聚合物PDA-DACH（R/S），并研究了其吸收、荧光响应程度和手性信号随温度和pH的变化情况，同时也研究了搅拌对聚丁二炔体系手性构型的影响。在此基础上构建了对温度、pH及搅拌多重响应的手性聚丁二炔体系。其研究成果在Sensors & Actuators: B. Chemical 杂志进行了报道。最后，对手性聚丁二炔体（PCDA）单体的羧基端进行活化，再通过酰胺化反应分别修饰环己二胺对映异构体，最终得到共价键连接的手性丁二炔单体，通过紫外-可见吸收光谱及圆二色谱监测了手性单体的聚合过程，聚合物在对应的吸收波段出现明显的圆二色信号，说明环己二胺的引入诱导了聚丁二炔手性信号的产生。而且伴随着紫外光照时间的增加，聚合反应更加完全，手性信号也随之明显增强。以上结果表明通过共价键方式在非手性PD上修饰对映异构体，再经过自组装后手性单体有序堆积排列。在紫外光照下发生聚合反应，手性信号成功转移到共轭主链结构上，形成了手性螺旋聚丁二炔对映异构体。该类手性物质的更多特性还在持续的研究当中。