新型锌离子荧光探针的构筑及其生物造影性能研究

锌离子在人体神经信号传递、基因表达、细胞凋亡等过程中具有重要作用。对体内锌离子动态变化过程的分析对阐明锌离子的功能具有重要意义，因此锌离子分子荧光探针设计及其在生命体系中的造影研究已成为各国广受瞩目的重大跨学科研究项目。本项目利用分子内电荷转移（ICT）荧光团为信号团，其推/拉电子基为锌离子配位团，设计和合成具有可见/红外激发的比例计量型锌离子荧光探针；研究探针在细胞、组织和活体中对锌离子的荧光造影性能；利用外延X-射线吸收精细结构(EXAFS)、X-射线荧光成像(XRF)以及同步辐射红外光谱及成像等技术研究样本中锌离子的分布与形态，验证探针对体内锌离子进行分子荧光造影的有效性。研究不仅可克服目前锌离子荧光探针难以实现锌离子定量造影和紫外激发导致细胞损伤的不足，并可促进发现受体内环境影响较小的探针，实现真正的活体锌离子荧光造影，促进锌离子神经无机化学以及相关疾病诊疗技术的发展。

锌离子在人体神经信号传递、基因表达、细胞凋亡等过程中具有重要作用。对体内锌离子动态变化过程的分析对阐明锌离子的功能具有重要意义。本项目在对经典探针改性的基础上，主要为围绕比例计量型锌离子荧光探针尤其时靶向和长波长发射（可见光和近红外发射）比例计量型锌离子探针的构筑，利用锌配位诱导ICT荧光团的共面化、ICT荧光团推电子基锌离子受体化、基于FRET效应的双荧光团偶联等设计策略构建了5个比例计量型探针。利用这些探针不仅实现了细胞内锌离子的比例计量造影，而且还利用线粒体靶向探针实现了活细胞线粒体在不同刺激下的线粒体锌释放的比例定量造影；利用FRET机制构建的小分子探针造影发现了顺铂处理肿瘤细胞可导致锌水平特定变化趋势。同时还利用可见光激发的比例探针实现了活体斑马鱼活体比例计量锌离子造影。这些比例计量型锌探针有效克服了增强型探针造影受制于局域浓度未知和荧光强度易受环境影响的不足。利用构建的近红外比例计量型锌离子荧光探针还实现了活体裸鼠的比例计量锌造影，为探索哺乳动物活体锌造影奠定了基础。项目还利用同步辐射红外光谱及成像等技术研究固定细胞中自由探针和锌结合探针的分布形态，探索了利用同步辐射光源验证探针锌离子荧光造影的方法。研究不仅可克服目前锌离子荧光探针难以实现锌离子定量造影和紫外激发导致细胞损伤的不足，并可促进发现受体内环境影响较小的探针，实现真正的活体锌离子荧光造影，促进锌离子神经无机化学以及相关疾病诊疗技术的发。