六芳基聯(lián)咪唑熒光分子開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)、合成與超分辨成像.pdf

1、電子顯微鏡具有極高的分辨率，能夠有效地對(duì)納米尺度的微觀世界進(jìn)行觀察。然而，電子顯微鏡存在和生物樣品相容性差、只能觀察靜止圖像等缺陷，在生物領(lǐng)域的成像應(yīng)用十分有限。與之相對(duì)，熒光顯微鏡對(duì)生物樣品的破壞極小，非常適合用來(lái)觀察生物樣品。不過(guò)受到光本身波動(dòng)性的限制，光學(xué)顯微鏡存在著分辨率的極限（~200 nm），極大的阻礙了其在生物領(lǐng)域的應(yīng)用。近幾十年，人們通過(guò)各種手段打破了光學(xué)顯微鏡的分辨率極限。這些手段我們可以統(tǒng)稱為超分辨成像技術(shù)。其中，利

2、用熒光分子開(kāi)關(guān)作為探針的隨機(jī)成像手段（如STORM）占據(jù)著非常重要的地位。這一技術(shù)的原理利用探針的熒光性能在一定的刺激下進(jìn)行不斷的“強(qiáng)”與“弱”交替變化，獲得超分辨成像。
　　本研究分為五個(gè)部分：第一章對(duì)光學(xué)成像存在分辨率極限以及超分辨成像的原理進(jìn)行了重點(diǎn)的介紹，強(qiáng)調(diào)了隨機(jī)手段中熒光分子開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與合成對(duì)于實(shí)現(xiàn)超分辨成像的重要地位。另外，我們對(duì)各種光致變色材料進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概述，同時(shí)系統(tǒng)地對(duì)六芳基聯(lián)咪唑這種分子開(kāi)關(guān)進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)研。

3、我們提出，六芳基聯(lián)咪唑?qū)儆跓嵬噬凸庵伦兩牧?，通過(guò)合適的修飾，可以獲得極快的褪色速度，非常適合隨機(jī)型超分辨成像手段。第二章將具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）性能的四苯基乙烯(TPE)與六苯基聯(lián)咪唑進(jìn)行偶聯(lián)。目標(biāo)產(chǎn)物TPE-HABI由于TPE的存在而具備了AIE性能，同時(shí)其熒光可以被光致變色產(chǎn)生的自由基通過(guò)能量共振轉(zhuǎn)移（FRET）淬滅，實(shí)現(xiàn)可逆的熒光開(kāi)關(guān)。另外，我們發(fā)現(xiàn)TPE-HABI有著奇特的發(fā)射波長(zhǎng)隨激發(fā)波長(zhǎng)變化而變化的性能。最后我們將

4、TPE-HABI運(yùn)用于聚合物薄膜的超分辨成像中。另一方面，我們指出了TPE-HABI本身在有色態(tài)褪色速度較慢，抗疲勞性較差以及熒光量子產(chǎn)率不夠高等方面的不足。第三章首先從提高六芳基聯(lián)咪唑熒光量子產(chǎn)率方面著手，討論了TPE-HABI本身熒光量子效率不高的原因，提出了在熒光基團(tuán)和六苯基聯(lián)咪唑之間插入非共軛基團(tuán)，限制光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程，進(jìn)而提高其熒光量子產(chǎn)量的分子設(shè)計(jì)。我們平行設(shè)計(jì)、合成以及研究了“非共軛”連接和“共軛”連接的萘酰亞胺-六芳基

5、聯(lián)咪唑熒光分子開(kāi)關(guān)。我們發(fā)現(xiàn)“非共軛”的分子設(shè)計(jì)對(duì)于分子開(kāi)關(guān)在熒光量子產(chǎn)率和熒光開(kāi)關(guān)比等方面的性能有著明顯的提升。第四章繼續(xù)討論了非共軛連接的分子設(shè)計(jì)是否具有普適性。通過(guò)引入不同發(fā)光的熒光基團(tuán)，采用非共軛的連接方式，我們得到了深藍(lán)，藍(lán)綠以及近紅外發(fā)光的六芳基聯(lián)咪唑熒光分子開(kāi)關(guān)。這一結(jié)果充分地說(shuō)明了“非共軛”連接對(duì)于提高熒光量子產(chǎn)率和熒光開(kāi)關(guān)比的可行性。另一方面，我們也指出了“非共軛”連接沒(méi)有解決有色態(tài)褪色慢的問(wèn)題；相反，在一定程度上使得

6、褪色慢的問(wèn)題變得更嚴(yán)重。第五章著重討論了如何解決上述幾章中都存在的有色態(tài)褪色慢的問(wèn)題。在繼續(xù)沿用熒光基團(tuán)與六苯基聯(lián)咪唑采用“非共軛”連接的思路下，我們?nèi)匀徊捎幂刘啺愤@一熒光體系，設(shè)計(jì)了在分子內(nèi)將兩個(gè)三苯基咪唑自由基綁定在一起的“橋聯(lián)”結(jié)構(gòu)。我們發(fā)現(xiàn)，得到的NI-N-HABI比之前沒(méi)有橋聯(lián)結(jié)構(gòu)的HABI-NI（A）在溶液中的褪色速率快了三個(gè)數(shù)量級(jí)。有色態(tài)在溶液中完全褪色在幾秒鐘之內(nèi)就可以完成！之后，我們將NI-N-HABI作為熒光探針，