具有近红外发射的新型次氯酸双光子比率荧光探针设计、合成及生物成像性质研究

HClO is one of the most important reactive oxygen species (ROS), and the fluorescence detection of HClO possesses great significance. However, few two-photon fluorescent probes were reported, and which are turn-on type probes. The fluorescent intensity was affected by the probe concentration, environment factors and so on. Thus, the probes’ detection accuracy decreased and confined their application. To solve this problem, this project was designed to construct a novel two-photon excited ratiometric fluorescent platform based on FRET mechanism (R-TP), and construct a series of new two-photon excited ratiometric fluorescent probes for HClO based on this platform, and ratiometric detect HClO in tissue and cell. The two-photon excited, ratiometric fluorescent probes constructed in this project have significant characteristics: with two-photon excited ratiometric fluorescence imaging property, the emission spectra is in NIR region and with deep tissue penetration ability, which can avoid the low detection accuracy problem in the existing two-photon probes and have a good theoretical guidance and practical significance for developing two-photon probes with high detection accuracy.

次氯酸是生物体中存在的一种非常重要的活性氧物种（ROS），因此对它的荧光检测具有重要意义。目前报道的次氯酸双光子荧光探针极少，且为荧光增强型双光子探针。荧光强度受探针自身浓度、所处环境等因素影响，因此检测准确度降低，因此极大地限制了它们的生物应用。针对这一关键科学问题，本项目旨在构建一种基于荧光共振能量传递机制的新型双光子激发-比率成像荧光平台（R-TP），基于该体系发展双光子比率次氯酸荧光探针，从而利用该荧光探针对组织及细胞中的次氯酸进行双光子比率荧光成像。本项目所发展的双光子比率成像荧光探针具有显著特性：能够利用双光子激发进行比率荧光成像，具有近红外荧光发射、优良的组织穿透性能及良好的发射光谱分辨率；有望为解决目前次氯酸双光子荧光探针的检测准确度较低这一关键问题提供理论指导和实验依据，具有重要的科学意义和应用价值。

荧光成像检测技术具有对生物组织破坏性小、灵敏度高、准确性好、能够实现实时原位检测等优点，因此在生物环境中生物活性小分子检测方面具有独特的优势。目前大多数有机小分子荧光探针的发射光谱范围主要在可见光区域，近红外光发射的荧光探针仍然较少。本项目的主要研究内容为，以传统的双光子荧光染料为基础，通过扩展共轭体系或构建发色团之间的能量传递过程，构建新型具有双光子激发发光性质的近红外荧光分子平台，基于该分子平台进一步构筑能够检测生物环境中一氧化碳、次氯酸等生物活性小分子的荧光探针。进一步探究探针在溶液环境中的光物理性质、对生物活性小分子的光谱响应性质、灵敏度、选择性等；探索在细胞、组织及活体动物环境中的荧光成像能力及对生物环境中内源性活性小分子的荧光成像检测性质。.我们以尼罗红染料衍生物为基础，合成了首个具有较大刚性共轭结构的一氧化碳荧光探针，首次实现在斑马鱼胚胎及活体动物中内源性一氧化碳的荧光成像检测，利用该探针的优良双光子-近红外发光特性，研究内源性一氧化碳的产生及调控机制。将尼罗红衍生物与高灵敏性次氯酸识别位点结合，发展高灵敏性近红外发光次氯酸荧光探针，实现对肝损伤小鼠模型中内源性产生次氯酸的实时成像检测。通过构建能量传递体系，进一步发展了以尼罗红为基础的比率型-近红外次氯酸荧光探针，能够同时利用3个荧光信号通道检测次氯酸的水平，实现对次氯酸进行浓度依赖型高灵敏性比率荧光成像。此外，我们以苯并吡喃结构为核心，通过扩展共轭体系，合成了一系列具有不同发光性质的新型罗丹明近红外荧光染料分子平台；进一步发展了检测生物环境中内源性硫化氢、二氧化硫、半胱氨酸等活性硫物种的荧光探针。这些荧光探针可为研究生物体中活性分子的生理及病理作用、疾病的早期诊断提供重要分子工具，对生物体中活性小分子的实时荧光成像检测分析具有重要意义。