类氟硼吡咯检测硫醇的荧光探针设计、合成及应用研究

With the development of fluorescent detecting techniques, the research of fluorescence sensing and fluorescence imaging for some important biology small moleculars, such as thiols (Cys, Hcy,GSH), has been an active research ares in recent years. For the fluorescence thiols sensors, the problems, such as unidirectional transmission, interference from the moleculars with similar structures, limits of the detection in the aqueous media, can not be ignored. Meanwhile, the fluorescence sensing is mainly in the visible region and fluorescence imaging is usually tested in the single-cell recording way. Therefore, we plane to develop 4-6 hydrosoluble fluorescent thiols sensors based on BODIPY analogues, which could work in the aqueous media in the ratiometric way with high sensitivity and high selectivity. 3-5 BODIPY analogues-based fluorescent thiols sensors, which could work in near infrared region, will be explored in the meanwhile. Based on the single-cell fluorescence recording, the exploration of the biology application of these fluorescence sensors to realize the records in vivo and the dynamic imaging is our goals. Through all these efforts, we wish we could promote the developments of the research of fluorescence sensing and fluorescence imaging.

随着荧光识别及检测技术的不断发展，对于一些重要的生物小分子，如硫醇小分子（Cys，Hcy，GSH），的荧光识别及成像研究逐渐成为近期的研究重点。目前，在基于硫醇小分子识别的荧光探针研究中，普遍存在荧光响应信号单一、结构相似化合物间干扰严重，不能实现水相环境检测等问题；对于这些生物小分子的荧光识别和成像研究也主要集中在可见光区和单细胞成像阶段。鉴于此，我们计划开发4-6种基于类氟硼吡咯荧光团检测硫醇小分子的水溶性比率型荧光传感器，实现专一性强，灵敏度高，水相工作，荧光信号比率变化的检测目标。同时计划开发3-5种基于类氟硼吡咯荧光团的近红外荧光发射检测硫醇小分子的荧光传感器。深入开展该系列荧光探针分子的生物学应用研究，在体外单细胞成像研究的基础上，实现生物活体体内荧光成像及与硫醇结合过程的动态成像监测，推动生物小分子荧光成像及荧光分析法的进一步发展。

本项目拟利用类氟硼吡咯荧光团开展对硫醇小分子的荧光探针研究，并对探针在细胞和生物活体中的荧光成像性质开展研究。在项目的执行过程中，我们设计合成了一些类氟硼吡咯荧光团，但发现这些荧光团的光物理性能并不理想。随后我们转向利用其它的荧光团设计硫醇检测荧光探针，并对研究内容进行了拓展，我们设计合成了一些对其它重要含硫物种（H2S和HSO3-）具有专一响应的荧光探针。2014年，我们报道了基于香豆素荧光团的溶酶体靶向检测H2S的荧光探针并对探针在HeLa细胞、秀丽线虫和果蝇卵巢组织检测H2S的性质进行了荧光成像研究，取得了良好的研究结果（Chem. Commun., 2014, 50, 13833-13836）。2016年，我们报道了利用咔唑半菁荧光团检测HSO3-离子的比色和比率荧光探针，并仔细研究了探针在细胞中的荧光成像性质（Biosensors and Bioelectronics, 2016, 77, 725-732）。该探针对HSO3-离子具有高度的选择性，其紫外光谱表现出由棕色到无色的比色变化，其荧光光谱表现出棕红色到蓝色的比率荧光变化，其响应时间小于1分钟，检测极限为10 nM。我们详细探究了探针分子在不同细胞中的荧光比率成像性质，发现该探针能准确进入细胞的线粒体中，可有效检测细胞线粒体中的HSO3-离子，该研究取得了良好的研究结果。在项目执行期间，我们还开发了一些针对阳离子（Fe3+）和阴离子（Pi, PPi） 及中性小分子HNO检测的荧光探针，取得了良好的研究结果。另外，在项目执行期间，我们撰写了检测F-离子的荧光传感器的综述性文章（Chem. Rev., 2014, 114, 5511-5571.）。在该基金项目承担执行期间（2014年1月——2016年12月），共发表SCI收录论文13篇，圆满完成项目计划任务书中5-8篇的目标。另外，一部分工作仍在进行中，相信随着研究深入会有更多优秀的研究成果出现。