新型喹喔啉-花菁类染料的设计、合成与性能研究

摘要

荧光成像分析是一种发展迅速的检测方法，相比于传统的成像分析手段，其具有高的灵敏度、方便的检测过程等特点，目前被广泛应用于生命科学领域，这也为揭示生物体内的奥秘提供了一种强有力的手段。随着荧光成像分析技术的快速发展，传统的有机荧光染料已不能够满足当下科研目标的需求，因此众多染料工作者们在不断开发具有优良应用前景的新型有机荧光染料。在众多有机荧光染料中，花菁类荧光染料具有摩尔消光系数高、荧光量子产率较大、染料的吸收与发射波长可调等优点，因此广泛应用在化学、生物学、临床医学与环境科学等领域。但传统的花菁类荧光染料存在着较多问题，例如：(1)染料稳定性差，信号强度随光照时间或活性分子进攻改变，会导致检测误差较大；(2)染料的Stokes位移小，背景信号较强，导致成像信背比降低，使得检测限有较大程度下降；(3)在水相环境下染料易发生聚集现象，导致荧光强度大幅下降。这些问题不仅严重地限制了花菁染料在生物成像方面的进一步应用，同时也不利于荧光成像技术进一步揭示生命过程的研究。因此发展优良性能的新型花菁类有机荧光染料仍然具有十分重要的意义。　　本论文以分子发光机制与化学结构改进入手，构建了以喹喔啉吡喃结构单元与花菁染料结构相结合的几类新型花菁染料，为目前大多数花菁染料所存在的问题给出了一些新的解决方案。具体研究内容如下：　　第一，针对传统花菁染料Stokes位移小的问题，我们在花菁染料的结构中引入喹喔啉吡喃盐与苯胺结构，通过构建染料结构的不对称，打破花菁“极限”效应，获得了具有大Stokes位移的新型花菁染料。该类染料具有较强的分子内电荷转移程度，这使其对极性的敏感程度大幅提高。　　第二，针对目前NIR-Ⅱ花菁染料稳定性差、在水相中严重聚集等问题，我们通过在传统NIR-Ⅱ区花菁染料的端基上引入具有大空间位阻和强供电子能力的喹喔啉吡喃盐结构，发展了一类新型的NIR-Ⅱ区花菁染料。光谱数据显示，这些染料的发射波长均具有良好的光学性质，其中DQF-SCy7的吸收与发射波长可达到1112/1181nm，这已超过了目前所报道的大多数NIR-Ⅱ区花菁染料。此外，在生理条件下，该类染料表现出良好的抗聚集淬灭效应与高稳定性。这些特性表明新型花菁染料在NIR-Ⅱ生物成像中将具有很大的应用潜力。

目录

声明

第 1 章 绪 论

1.1 引言

1.2 花菁类有机荧光染料概述

1.2.1 花菁类有机荧光染料的结构特征

1.2.2 长波长花菁染料的构筑方法

1.2.3 高荧光量子产率花菁染料的构筑方法

1.2.4 大 Stokes 位移花菁染料的构筑方法

1.2.5 高稳定性花菁染料的构筑方法

1.3 花菁类有机荧光染料的生物应用

1.3.1 荧光成像探针设计与应用

1.3.2 光动力治疗

1.3.3 光热治疗

1.4 本文构思

第 2 章 极性敏感的大 Stokes 喹喔啉-花菁类染料的设计、合成与性能研究

2.1 引言

2.2 设计思路

2.3 实验部分

2.3.1 仪器与试剂

2.3.2 化合物合成与表征

2.3.3 染料光谱测试溶液的制备

2.3.4 染料荧光量子产率测定

2.4 结果与讨论

2.4.1 染料的合成

2.4.2 染料的吸收与发射光谱性能研究

2.4.3 BSA 对染料性能的影响

2.4.4 DFT 计算

2.5 本章小结

第 3 章 近红外二区发射的喹喔啉-花菁类染料的设计、合成与性能研究

3.1 引言

3.2 设计思路

3.3 实验部分

3.3.1 实验仪器与试剂

3.3.2 染料的合成与表征

3.3.3 染料光谱测试溶液的制备

3.3.4 染料荧光量子产率测定

3.4 结果与讨论

3.4.1 染料的合成

3.4.2 染料的光谱性能研究

3.4.3 染料的化学稳定性研究

3.4.4 染料的光稳定性研究

3.4.5 染料的成像性能研究

3.4.6 染料的性能拓展

3.5 小结

结 论

参考文献

附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录 B 部分化合物的谱图

致 谢