反溶剂化荧光染料的设计及其在肝硬化中的成像应用

上一篇 / 下一篇 2018-06-13 13:28:46/ 个人分类：人物与科研

双光子荧光成像具有光损伤和光漂白效应小、组织穿透能力强以及分辨率高等优点，在生物医学领域显示出了广泛的应用前景。目前，具有推-拉（D-A）电子结构的有机染料是发展双光子成像荧光试剂最常用的荧光染料。然而，传统D-A荧光染料多数会有溶剂化效应（荧光强度随着溶剂极性增大而淬灭），在生理环境条件下，这类分子表现出非常微弱的荧光，严重限制了其应用。日前，湖南大学化学化工学院袁林教授课题组提出了氢键诱导荧光增强的反溶剂化荧光染料发展新策略，发展了系列具有反溶剂化效应的双光子荧光染料，并进一步构建了双光子荧光成像探针。

湖南大学化学化工学院袁林教授课题组 Angew. Chem. Int. Ed. J. Am. Chem. Soc. 功能型荧光染料氢键诱导荧光增强 Stokes位移

Angew-图1. 反溶剂化染料设计示意图

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

通过染料与质子性极性溶剂（如水）形成氢键网络限制染料结构自由旋转，团队发展了具有反溶剂效应的新型氢键诱导荧光增强（Hydrogen-bond Induced Enhanced Emission, HIEE）荧光染料。不同于传统的荧光染料，HIEE荧光染料的荧光会随着溶剂极性的增强而增强，在水溶液中表现出强荧光和大的双光子吸收截面，适合应用于双光子荧光生物成像。

湖南大学化学化工学院袁林教授课题组 Angew. Chem. Int. Ed. J. Am. Chem. Soc. 功能型荧光染料氢键诱导荧光增强 Stokes位移

Angew-图2. 新型D-A双光子染料TPC3和传统D-A双光子染料在乙腈/水混合溶液荧光测试

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

理论计算表明，染料分子与极性溶剂如水分子形成的氢键可有效抑制分子内的旋转，同时增强分子内的电荷转移，使激发态振子强度增大，发出强荧光。

湖南大学化学化工学院袁林教授课题组 Angew. Chem. Int. Ed. J. Am. Chem. Soc. 功能型荧光染料氢键诱导荧光增强 Stokes位移

Angew-图3. DFT理论计算

（来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

在此基础上该团队构建了新型双光子H2S探针TPC-N3，首次成功实现了肝硬化过程中气体信号分子H2S的成像检测。同时揭示了H2S在肝硬化前期起着重要的自我修复作用。

湖南大学化学化工学院袁林教授课题组 Angew. Chem. Int. Ed. J. Am. Chem. Soc. 功能型荧光染料氢键诱导荧光增强 Stokes位移

Angew-图4. 肝硬化过程中TPC-N3在肝组织中的双光子成像。A）空白肝组织；B）正常肝组织+TPC-N3；C-I）CCl4处理1-7周小鼠肝组织+TPC-N3；J）正常组及肝硬化组肝组织中CBS酶含量变化；K）正常组及肝硬化组小鼠ALT（丙氨酸氨基转移酶）血检结果。

（来源：Angew. Chem.Int. Ed.）

相关研究成果以“Enhancing the Anti-Solvatochromic Two-Photon Fluorescence for Cirrhosis Imaging by Forming a Hydrogen-Bond Network”为题发表于国际权威化学期刊《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, DOI: 10.1002/anie.201800293）。湖南大学化学化工学院袁林教授为通讯作者，博士研究生任天兵和许望为论文第一作者，其他作者还包括硕士研究生张倩玲、张星星、文思雨以及易海波副教授和张晓兵教授。该研究也得到了国家自然科学基金委优秀青年基金、湖湘青年英才等项目的资助。

节选自https://www.chembeango.com/zixun/22592

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