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双光子生物荧光探针的研究及光聚合机理的探讨

张宝芹  
【摘要】: 双光子吸收过程有着诸如长波吸收短波发射、高度的三维空间选择性及高的穿透深度等不同于单光子吸收的本征特点,近年来,双光子吸收材料及其应用技术的研究引起了国内外学者的广泛关注,并取得了很好的进展,其在生命科学领域的应用尤其引人瞩目,特别是在双光子荧光显微技术问世以后。然而,双光子荧光探针研究的相对滞后限制了双光子荧光显微技术在生物学中的广泛应用,人们仍然利用已有的单光子荧光探针分子来开展活体细胞和组织的双光子荧光成像工作,而传统的单光子荧光探针的双光子荧光活性截面较小,荧光量子产率较低,容易对生物样品造成热损伤。因此,合成新的具有大的双光子吸收截面的水溶性双光子荧光探针分子具有重要的应用价值。 强双光子吸收引发的光聚合反应及应用是另一个研究热点,在双光子光聚合体系中,强双光子吸收材料作为引发剂只有在光聚焦的焦点处才能同时吸收两个光子,引发聚合反应。因此,双光子光聚合具有高度空间选择“点”聚合能力。所以在应用方面人们也做了大量的工作,光子晶体、三维微加工技术等均得到蓬勃发展,但是双光子光聚合机理尚不清楚,其结构和性能之间的关系亦不明确,有效的双光子引发剂的种类和数量相当有限,这在很大程度上限制了双光子光聚合技术的进一步发展。因此,弄清楚双光子光聚合机理具有重要的研究意义。 基于此,本课题组做了大量工作并取得了一定进展,本论文的主要内容和结果如下: 1、以咔唑为母体,同时进一步考虑水溶性、相对较大的双光子吸收截面和高的荧光量子产率等设计合成了两个新的化合物PVEC和BPVEC,并对其物理光学性质进行了测试表征。结果显示它们具有较好的水溶性,且尽管极性溶剂水使单双光子荧光发生极大的淬灭,但仍可测得其在水溶液中足够的荧光强度,并利用开口Z扫描技术测得双光子吸收截面,BPVEC的吸收截面高达155GM,在生物荧光探针方面有巨大的应用潜力。 2、本课题组研究了化合物MVEC和BMVEC的光学性质受环境(包括PH值,溶剂和钾离子)的影响及其与单核苷酸、ctDNA相互作用的光谱性质变化。在这些基础上,本论文通过两个化合物对烟草野生型植物根部细胞的染色成像实验对荧光探针MVEC和BMVEC的性质做了进一步的研究。结果显示BMVEC不仅可以进入活细胞对细胞核进行染色,并且可以在较低激发光能量下成像。 3、以紫外光聚合机理为模板,通过研究BBAS(引发剂)和TMPTMA(单体)间的光谱变化推断两者之间在吸收光子后形成了激基复合物,并利用ESR技术首次捕捉到了BBAS与CN97E60(单体齐聚物)吸收两个光子后产生的自由基信号,证实了D—π—D型双光子引发剂引发的光聚合反应系自由基聚合。


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