摘要
生物信号分子的异常波动与许多疾病的发生息息相关，因此针对这些生物标志物的快速、准确的检测对疾病的早期诊断具有重要的意义。荧光探针作为一种高效的化学检测工具，在可视化生物体内信号分子方面发挥了重要的作用。这其中，可激活型的近红外(NIR)荧光探针在检测的准确度和检测深度方面相较于传统的不可激活型探针以及可见光区荧光探针而言具有更大的优势。在众多荧光团中，氟硼二吡咯(BODIPY)类荧光染料因具有较高的摩尔消光系数和荧光量子产率、较好的光物理和光化学稳定性以及窄而高强度的荧光发射峰等优异性质而备受关注。因此，本文以BODIPY荧光团为母体，设计合成了一系列针对不同生物信号分子的近红外荧光探针，并在活细胞或活体内取得了优异的靶向成像效果。 (1)可视化生物信号分子(例如H2O2和H2S)之间复杂的生物串扰是至关重要的。然而，传统的荧光探针在与特定生物标志物反应后会对进一步的刺激失去响应，从而使它们无法检测各种靶标分子的交替存在。在第2章中，我们设计了动态可逆探针，用于可视化H2O2和H2S的波动。该传感器可以发生H2O2介导的自消除反应以及H2S引发的芳香亲核反应，从而生成巯基功能化的中间体探针，进而能够激活明亮的NIR发射。重要的是，所得中间体探针在用H2O2和H2S连续处理时可以重复循环S-氧化和还原过程，从而在800nm处提供关闭和开启状态之间的荧光交替，进而可视化H2O2和H2S在细胞内的共存和交替存在。因此，这种动态可逆探针能够用于阐明H2O2和H2S在生物氧化还原过程中重要的相互作用。 (2)多硫化氢(H2Sn;n＞1)是活性硫物种(RSS)的一员，其在信号转导、肿瘤抑制和细胞保护中发挥调节作用。然而，由于缺乏能对H2Sn进行高完整度成像的工具，所以研究与H2Sn相关而非H2S介导的生理学事件仍亟待发展。在第3章中，我们通过对BODIPY荧光团进行分子工程设计，获得了一个能高化学选择性检测H2Sn的荧光探针(BOD-CN)。基于对该高选择性H2Sn可激活探针的研究，我们随后构建了具有良好水溶性和生物相容性的纳米探针。该纳米探针对H2Sn表现出前所未有的聚集诱导双色荧光响应，能够分别在588nm和750nm处开启明亮的荧光发射。通过使用这种可激活的双色荧光，成功实现了细胞内H2Sn的高完整度成像。因此，这种H2Sn可激活的双色荧光探针设计方法将有助于高完整度可视化H2Sn介导的生物事件。 (3)可激活型探针的优势使其能够促进对生命系统中的生物靶标进行非侵入性的可视化。然而，大多数可激活探针的荧光仍处于可见光区或近红外一区(NIR-Ⅰ,650-900nm),并且有限的组织穿透深度以及强组织自发荧光使其在活体动物中的应用受到了阻碍。相比之下，近红外二区(NIR-Ⅱ,1000-1700nm)荧光成像拥有微弱的组织自发荧光、可忽略的组织吸收和更深的组织穿透深度，正成为研究热点。然而，优化探针结构以实现NIR-Ⅱ成像的研究还在进行中，并且仍然具有挑战性。在第4章中，我们研究了BODIPY结构与其对H2S的响应之间的关系，并为H2S激活的NIR-Ⅱ荧光探针的设计提出了一种有效的策略:增加一氯代BODIPY中取代基的吸电子能力可以使探针的发射波长从NIR-Ⅰ区红移至NIR-Ⅱ区，同时大大提高其响应速率。此外，通过使用我们此前建立的方法，我们将优化后的探针SBOD-2整合到了纳米颗粒中，并成功将其应用于实时活体成像。这些研究为NIR-Ⅱ区荧光探针的设计提供了一种有效的策略。
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