基于聚集诱导发光的焦磷酸根荧光探针的设计合成及细胞成像研究

Pyrophosphate (PPi) plays important roles in a variety of biological and chemical processes. Fluorescent probes for the detection of PPi has received a lot of attention and become one of the core issues in the research of anion detection. However, most of fluorescent probes for PPi were used in water mixed with large amounts of organic solvents. Detection of PPi with fluorescent probes in water is still challenging. Herein, to solve this obstacle, we plan to develop highly selective and sensitive fluorescent probes for the detection of PPi in water using terpyridine-Zn(II) complexes with AIE (aggregation-induced emission) strategy. Therefore, we will design and synthesis several terpyridine-Zn(II) complexes, then investigate their capabilities of the detection of PPi in water. We will further employ them in the cell fluorescence imaging studies. The project aims to develop highly efficient fluorescent probes for the detection of PPi in water and show light for PPi-related studies.

焦磷酸根（PPi）作为一种重要的阴离子在生命科学和化学过程等领域具有非常重要的作用。PPi荧光探针近年来成为阴离子检测领域热点课题之一。然而，已报道的PPi荧光探针一般需要在大量有机溶剂与水的混合溶液中才具有较高灵敏度和较好选择性，可用于纯水溶液中高效检测PPi的荧光探针仍然是较大挑战。针对此难题，本项目充分利用三联吡啶类Zn(II)配合物的光物理性质及其与PPi的结合能力，采用聚集诱导发光策略，设计了水中高效检测PPi的荧光探针体系。为此，本项目拟合成多个具有不同分子内电荷转移效应的三联吡啶类Zn(II)配合物，分析这些配合物与PPi在水中的聚集行为，研究它们在纯水溶液中对PPi的检测性能，阐释分子结构与检测性能的关系，并将它们应用于细胞荧光成像研究。本项目旨在构建水中高效检测PPi的荧光探针体系，并为研究与PPi有关的生理过程和疾病诊断等积累理论基础。

本项目围绕荧光探针的设计合成及性能研究开展了一系列研究，尤其是基于聚集诱导发光的荧光探针。三联吡啶锌配合物具有优异的光物理性质，我们成功将其应用于水溶液中对焦磷酸根的检测，发现其能与焦磷酸根结合，进而聚集发光增强，检测限达到纳摩尔级别，并能够应用于细胞成像中，对细胞染色。通过对其结构进行修饰，引入多种含氮取代基包括咔唑基团和氮氮二丙基，改变其水溶液发光性质，获得了荧光增强型和比率型两种焦磷酸根荧光探针。此外，考虑到三联吡啶类荧光化合物荧光寿命较短的事实，我们设计并合成了数个发光寿命较长的环金属吡啶铱配合物，研究了其在水中聚集发光性质，得到了能够检测高氯酸根和生物硫醇小分子的发光探针。在进行荧光探针领域研究的同时，我们也积极拓展发光化合物在光催化中的应用。例如，通过在三联吡啶基团上引入多联吡啶钌，构建了可用于空气氛围中硫醚的氧化体系，该催化体系无需外加牺牲剂，原子经济性好且反应转化数高。这些工作，为三联吡啶衍生物在聚集诱导发光类荧光探针和光催化领域的进一步研究奠定了基础。