[00899159]具有大Stokes位移的近红外罗丹明染料的设计、合成与应用

1.项目研究的背景及意义：荧光成像技术具有高灵敏度和高时空分辨率，已经成为了研究生物组织形态和定量检测生物样品中目标分子的一种有效手段。其中性能优良的荧光染料是荧光成像技术赖以实施的关键。在众多的荧光染料中，罗丹明、香豆素和氟硼染料具有摩尔消光系数大、荧光量子产率高、光稳定性能好等突出的优点，因而被广泛的应用于生物成像、激光染料和蛋白质标记等领域。虽然经典的罗丹明、香豆素、氟硼染料等已经取得了广泛的应用，但仍然存在以下的缺陷：1)这些染料的最大吸收和发射波长一般都处于可见光区域(<600nm)。发射波长处于可见光区域的荧光信号，在进行生物成像时容易受到一些内源性荧光发色团的干扰，同时其散射作用也较强(一般散射光强与波长的四次方成反比)，从而阻碍了这些染料在生物体中的应用；2)这些染料的Stokes位移一般都比较小(<30nm)，其吸收光谱和发射光谱的重叠比较严重，易造成自吸收现象，导致其荧光发生淬灭以及分辨率下降和检测灵敏度降低。开发具有大Stokes位移、高荧光量子产率的近红外罗丹明染料仍然具有重要的意义。吩噻嗪(PTZ)是一类重要的化工中间体，被广泛地应用于染料敏化太阳能电池和医药生产。它具有以下几个特点：(a)吩噻嗪基团是良好的电子给体，与经典的电子给体(如取代氨基、羟基、甲氧基等)相比，它具有更强的供电子能力；(b)吩噻嗪基团为具有一定角度的非平面结构，能够在一定程度上阻止分子间紧密的π-π堆积作用；(c)吩噻嗪基团容易进行衍生化，可以根据需要修饰相应的功能化基团。因此，将吩噻嗪基团作为电子给体引入到罗丹明、香豆素和氟硼染料的结构中，不仅能够延长染料的荧光发射波长，还有有效地缓解因分子间π-π堆积作用而造成荧光的淬灭，提高其荧光量子产率。基于此，该项目将吩噻嗪基团引入到不对称罗丹明、香豆素染料的合成中，合成系列具有大Stokes位移的新型近红外罗丹明、香豆素及氟硼染料。 2.项目研究内容：(1)通过对合成路线和方法的不断优化，最终合成了系列不对称吩噻嗪罗丹明染料RhoPTZ1-6。并对该系列染料的荧光性能进行了测试。(2)将吩噻嗪作为电子供体，引入到香豆素分子的结构中，开发了系列具有大Stokes位移的香豆素染料分子(PTC1-8)，并基于此类染料，发展了系列HClO荧光探针和苯硫酚探针。(3)研究结果在国内外SCI期刊上发表5篇高水平研究论文，其中SCI一区论文3篇，三区论文2篇，论文累计他引80余次，参加2次有关学术会议，并进行广泛交流；对于有实际应用价值的成果已申报国家发明专利2项。(4)吸收年轻教师和优秀的研究生参与该课题研究工作，通过该课题系统的、创新性的科研工作训练，培养年轻向更高职称晋升以及培养研究生3名。 3.研究工作主要进展和所取得的成果：在该项目实施的过程中，共发表SCI收录论文5篇，其中SCI一区论文3篇，三区论文2篇，申请中国发明专利2项。此外，将该策略应用于香豆素体系中，开发了系列吩噻嗪香豆素染料，以此为母体，开发了能够对低至纳摩尔级别的苯硫酚进行高灵敏检测的探针。