新型双光子聚合物纳米探针的设计、合成及活细胞内氧气和二氧化硫探测研究

Combining with the research experiences of the project applicants on the design, synthesis of polymer nanoprobes and their applications in living cells, we introduce cyclooctatetraene derivatives into the structure of two-photo polymer and expect to improve the photostability and fluorescence quantum yield of fluorescent probes via the way of removing the triplet excited state in conjugated polymer througth covalent incorporation of cyclooctatetraene derivatives. Through a micelle and silica coprotection strategy, composite probes capable of detecting oxygen and sulfur dioxide concentrations in living organism is developed. Systematic study will be carried out with respect to the way of probes to enter cells and intracellular-oxygen-sensing ability in the range 0-20% oxygen concentration and sulfur dioxide-sensing ability and we will futher explore the application of the probe in deep tissue imaging..

本项目将结合申请人在聚合物纳米探针的设计、合成及其在细胞成像中应用的研究经历，在双光子聚合物结构中引入环辛四烯衍生物，通过环辛四烯衍生物对三重态组分的清除作用来提高探针的光稳定性和荧光量子产率。通过胶束/二氧化硅保护的方法构建能探测生物体内氧气和二氧化硫浓度的复合探针，系统研究探针进入细胞的途径及对细胞内0-20%氧气浓度与二氧化硫浓度作出指示性传感的能力，并进一步探索探针在深层次组织成像上的应用。

在该项目资助下，我们在荧光探针构建及其生物应用方面开展了一系列探索性研究，取得了一些阶段性研究成果。1）基于迈克尔加成反应，我们开发了一个结构简单、响应迅速、高选择性、高灵敏性识别HSO3-/SO32-的比率荧光探针APCT。探针APCT对HSO3-的检测限为0.61 μM，并成功用于活细胞中的HSO3-/SO32-成像研究。2）设计合成了一种新型的荧光增强型探针ATD-Cl，该探针能高选择性和灵敏度传感GSH。探针ATD-Cl对GSH 与Cys/Hcy的传感机理与之前报道的NBD探针完全不同。3）开发了一种新型的具有大斯托克位移（约100 nm）的近红外Cys荧光探针Cys-WR。探针在0-100 μM的宽线性范围内表现出对Cys的荧光off-on响应。探针能对活A549细胞和斑马鱼内源/外源的Cys成像。4）基于ESIPT 和重原子效应，设计合成了一种新型的荧光增强型Hcy探针。该探针成功用于HeLa细胞中Hcy的成像。5）基于硒-硫交换反应，设计合成了一种高选择性红光荧光增强型H2S探针SNARF-SeSPy。有趣的是，在高浓度其它硫醇共存条件下，SNARF-SeSPy依然能对H2S特异性响应。6）构建了一种基于1,8-萘二甲酰亚胺的溶酶体靶向性比率荧光探针Lyso-NpSN，该探针在宽pH范围内能快速检测HOBr。探针能够对活细胞内源/外源的HOBr成像。7）开发了一种新型的远红外荧光增强型ONOO-荧光探针DCM-KA。该探针具有生物相容性，并已成功用于可视化巨噬细胞系J774A.1中内源性ONOO-的产生。8）基于ESIPT和ICT机制，构建了一种用于N2H4检测的新型荧光增强型探针HBTM。该探针可以检测滤纸上的N2H4并在活细胞中对N2H4成像。