摘要
粘度作为生理微环境的关键参数，不均匀地分布于细胞、组织和器官的不同区域，参与膜融合、物质运输、信号转导等多种生物过程。然而，异常的粘度会影响细胞内系统平衡，引发多种疾病，如炎症、脂肪肝、癌症、阿尔兹海默症等。因此，粘度的精确检测对于诸多相关疾病的发生、发展与机制研究至关重要。 近年来，荧光成像已广泛应用于环境监测、生物分子检测及医学诊断等众多领域。利用近红外（NIR）荧光探针的荧光成像方法已成为研究生物学过程的有效工具。NIR荧光成像技术具有组织穿透性强、空间分辨率高、荧光背景干扰低的特点，利用NIR荧光探针可以有效地可视化深层组织并能够降低对生物样本的损伤。因此，NIR荧光成像技术已成为生命过程研究中不可或缺的工具。新颖NIR荧光探针的结构设计策略及应用也引起了广泛的研究兴趣。 本篇论文基于分子工程学思路构建了具有4-芳基苯并吡喃母核的系列近红外荧光探针，研究显示该类荧光探针具有结构稳定、抗干扰能强、响应灵敏、易于成像的特点，可用于粘度相关疾病的小鼠活体荧光-光声双模态成像。详细工作如下: （1）胃酸稳定型、粘度激活近红外荧光探针用于小鼠胃炎的荧光-光声可视化诊断。在第2章中，基于炎症与粘度的正相关性提出了一种可口服粘度激活型近红外荧光-光声（PA）双模式探针（WSP-1），用于原位诊断药物诱导型急性胃炎。WSP-1由两个大的共轭单元组成，分别作为电子供体和电子受体。电子供体和电子受体之间通过可自由旋转的C-C单键相连，在低粘度环境下形成TICT状态（弱荧光/光声信号），在高粘度环境下形成ICT状态（强荧光/光声信号）。WSP-1在650nm激发下具有802nm的近红外发射，在水中的斯托克斯位移为152nm。此外，WSP-1可选择性靶向线粒体，可用于监测炎症细胞的粘度变化及区分肿瘤细胞和正常细胞。更重要的是，WSP-1在胃酸中表现出良好的光学和结构稳定性。利用探针WSP-1的上述特点，通过口服给药的方式、实现了活体小鼠急性胃炎的原位荧光和3D光声双模式成像。 （2）基于肝脏的“首过效应”，利用粘度激活近红外探针实现脂肪肝的荧光-光声可视化诊断。在第3章中，利用分子工程方法筛选得到一例具有200nm的大斯托克斯位移的近红外探针WSP-3。WSP-3的D-π-A体系中具有一个可自由旋转的C-C单键，使得WSP-3在低粘度环境下形成TICT态（弱荧光/光声信号），在高粘度环境下形成ICT态（强荧光/光声信号）。研究显示，WSP-3具有以488nm和780nm为中心的两种独立荧光发射，分别展现出对极性和粘度的荧光响应。WSP-3在胃酸中表现出较高的稳定性。利用肝脏的“首过效应”，通过口服给药后，WSP-3可在肝脏内积累，对比实验显示口服给药的成像效率高于静脉给药。此外，基于脂肪肝线粒体高粘度特点，利用WSP-3口服给药后，成功的在体内实现了非酒精性脂肪肝病(NAFLD)和药物诱导性脂肪肝病(DIFLD)的原位荧光和光声双模式成像。
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