发射红光的双光子镉离子荧光探针的设计、合成及其在水稻体内的检测与成像研究

The incident of "cadmium rice" in the south of China not only has a serious impact on food security, but also cause huge economic loss. Developing an efficient method for the detection of cadmium ion in rice can help us to control the cadmium pollution. Fluorescent probe has many advantages over traditional detection methods such as high sensitivity, simple operation, visualization and etc. We propose to design and synthesize a series of red emission and two-photon fluorescent probes for the detection of cadmium ion in rice. The newly synthesized probes will display high resolution combined with reduced phototoxicity and photobleaching, increased specimen penetration, and negligible background fluorescence that can be better used for the quantification and imaging of cadmium ion in rice.

近年来，在我国南方一些省份爆发的“镉大米”事件严重影响了我国粮食安全和农业经济的发展。发展针对水稻体内镉离子含量的检测方法对于防治农业中的镉污染具有十分重要的意义。荧光探针相对于传统的检测方法具有灵敏度高，操作简易，可视化程度高等优势。本项目拟设计并合成一系列能发射红光和具有双光子性质的镉离子荧光探针；该类型探针相对传统的单光子荧光探针具有荧光背景干扰小，组织穿透性强，光毒性小，成像分辨率高等特点，以期望能够用于水稻体内镉离子定量检测与成像研究。

重金属污染严重影响植物正常生长和农作物生产安全。近年来，以镉离子为代表的重金属离子造成的环境污染对我国的农业经济的发展已经造成了巨大的损失。因此，发展植物体内的镉离子等重金属离子检测方法对于更深入研究其对植物生理功能以及相关作物的产量和品质的影响具有十分重要的作用。双光子荧光探针通常采用 700 ～ 1100 nm 的近红外波长的激光光源作为激发光，因此该类型探针可以避免传统单光子荧光探针的光毒性，光漂白以及难以进行生物组织成像等问题。本项目设计并合成了一类针对植物成像的双光子和近红外二区荧光探针，并开展植物体内的检测与成像研究。结果发现，部分探针能够较好的应用于植物体内的重金属离子等环境污染物的双光子成像，植物根部和叶片的亚结构组织能够较为清晰的显示出来，较传统的单光子成像具有明显的优势，为进一步研究相关重金属在植物体内的吸收，传导，代谢以及与植物疾病的相关研究奠定基础。