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衍生于双氰基二苯代乙烯的用于活体成像的双光子荧光锌离子探针

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Vo1.36 2015年4月 高等学校化学学报 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES No.4 646~653 衍生于双氰基二苯代乙烯的用于活体成像的 双光子荧光锌离子探针 黄池宝 ,梁 兴 ,曾启华 ,陈华仕 ,曾伯平 ,易道生 ,陈晓远 (1.遵义师范学院化学化工学院,遵义563002; 2.韶关学院英东农业科学与工程学院,韶关512005) 摘要制备了衍生于双氰基二苯代乙烯的双光子荧光锌离子探针,该探针以4一(2一吡啶甲基)哌嗪为锌离子 受体,当络合锌离子时,探针的荧光强度增强了72.5倍和580 GM的双光子吸收截面.该探针无细胞毒性且 在体内环境中无pH敏感性,其解离常数 =(0.52 ̄0.01)txmol/L.性能测试结果表明,该探针能选择性地 检测活细胞中的游离锌离子,耐时长达约1500 s,且能探测活体组织80~150 m深处的锌离子,不受其它 金属离子与生物膜的干扰. 关键词 双光子荧光探针;锌离子;活体成像;双光子发射截面 中图分类号0655.25 文献标志码A 生物体内的zn 是继Fe 之后的第二个含量较为丰富的重金属离子,在许多生理过程中起着重要 作用 I2 .锌不但广泛参与各种生命活动的生化过程,同时也是生命体的构成元素.自1987年第一个 锌离子荧光探针(TSQ) 被合成以来,已研制出多种锌离子单光子荧光探针,如Zinquinl4 J,ZnAF_5 J, Zinpyr ,FluoZin一3H ,TFLZn ,ACF一1,ACF一2 和Bis—terpyridinyl—calix 等,这些单光子荧光探针 能方便快捷地检测zn ,但在检测时易导致光致毒及光漂白,易受组织自发荧光的干扰,只能用于组 织或细胞的浅层成像.为了克服这些问题,双光子锌离子探针被陆续开发,但其检测性能尚不够理想, 亟待开发性能更优良的双光子锌离子探针¨卜H J. 本文以双氰基二苯代乙烯(DCS)作为双光子荧光母体,设计开发了性能优良的双光子荧光锌离子 探针(DZn),该探针以双氰基二苯乙烯¨ 作为双光子荧光团,以4一(吡啶一2一甲基)哌嗪(PMP)作为 锌离子受体.对该探针的光物理性质、对离子的识别作用及细胞成像进行了研究. 1 实验部分 1.1试剂与仪器 Ⅳ,Ⅳ,Ⅳ ,Ⅳ 一四(2一吡啶基)乙二胺(TPEN)、s一亚硝基半胱氨酸(SNOC)、乙二醇一双一(2.氨基乙醚) 四乙酸(EGTA)、3一(Ⅳ一吗啉代)丙磺酸(MOPS)、胎牛血清(FBS)、磷酸盐缓冲液(PBS)、达尔伯克 (氏)改良伊格尔(氏)培养基(DMEM)、人工脑脊髓培养液(ACSF+138.6 mmol/L NaCI+3.5 mmol/L KCI+2 1 mmol/L NaHCO3+0.6 mmol/L NaH2 PO4+9.9 mmol/L D-glucose十1 mmol/L CaC12+3 mmol/L MgC1 )和噻唑蓝(MTF)均为分析纯试剂,使用前均经除水处理. Varian Inova 400 MHz核磁共振仪(美国Varian公司);HP 8453型紫外一可见分光光度仪(美国惠普 公司);RF一5000型荧光分光光度仪(日本岛津公司);Spectra maxl90型分光光度计(美国分子仪器公 司);GC—TOFMS型电子轰击质谱仪(EI源,美国Waters公司);XT-4型双目体视显微熔点测定仪(北 收稿日期:2014—104)8.网络出版日期:2015-03-27. 基金项目:中国博士后科学基金(批准号:20100471224)、广东省自然科学基金(批准号:s2011040000536)、湖南省科技计划项目 (批准号:2011RS4020)、深圳大学省部重点实验室开放基金项目(批准号:201202)、韶关市科技计划项目(批准号:2011CX/KI9)和贵 州省教育厅自然科学重点研究项目(批准号:黔教合KY字[2014]296). 联系人简介:黄池宝,男,博士,教授,主要从事双光子荧光探针研究.E-mail:huangchibao@163.com No.4 黄池宝等:衍生于双氰基二苯代乙烯的用于活体成像的双光子荧光锌离子探针 647 京泰克公司);HP1100LC/ESI—MSD型电喷雾质谱仪(美国安捷伦公司);FT/IR-430型红外光谱仪(波 数扫描范围为350~7800 cm~,KBr压片,日本Jasco公司);Perkin2400(II)型元素分析仪(美国Per— kin公司);Mira 900.F型锁模飞秒钛蓝宝石激光器(美国Coherent公司). 1.2实验过程 中间体及目标化合物DZn的合成路线如Scheme 1所示,其中化合物2—7参考文献[17~19]方法 合成,表征结果见表1. O CUCN 厂__\ N Br O HCON(CHs)z 2 a、l、N a CCl ㈣ Br P(OC2H5)3 占篓 4 5 --CH’NH2 N 厂—、 N N 、 / K2CO3,CH3CN,KI reflux,7 d,58%—_63% 7 DZn Scheme 1 Synthetic procedure of compound DZn Table 1 High resolution mass spectrum[HRMS(E1)]data of compounds 2—7 Compd. Ref.HRMS(calcd.),m/z Compd. Ref.HRMS(calcd.),m/z 2 3 4 [17] [17] [18] 263.9207(263.9200) 313.8803(313.8801) 233.9747(233.9742) 5 6 7 [18] [19] [18] 292.0977(292.0977) 245.0374(245.0352) 383.0952(383.0952) 将化合物7(383 mg,1 mmo1)和无水K:CO,(414 mg,3 mmo1)置于装有MeCN(25 mL)的50 mL圆 底烧瓶中,在氮气保护下搅拌回流7 d.将所得混合物过滤除去不溶物,减压浓缩除去溶剂,得灰黄色 黏稠状液体.粗品经柱色谱(丙酮一二氯甲烷)分离纯化得黄棕色固体(251 mg,0.600 mmo1),产率 60%,于甲醇中重结晶得针型固体,m.P.245~246℃.。H NMR(CDC1 ,400 MHz),6:8.593(d,.,= 4.0 Hz,1H),7.967(S,1H),7.680(t,l,=7.6 Hz,1H),7.546(S,1H),7.472(d,‘,=8.8 Hz,2H), 7.450(d,J=8.8 Hz,1H),7.210(d,J=16.0 Hz,1H),7.199(d,J=7.2 Hz,1H),7.161(d, .,=16.4 Hz,1H),6.906(d,.,=8.8 Hz,2H),3.741(S,2H),3.328(t,J=4.8,5.2 Hz,4H),2.694 (t,J=4.8,5.2 Hz,4H),2.552(S,3H); C NMR(CDC1 ,100 MHz), :158.217,152.038, 149.548,139.726,139.467,136.659,134,807,134.412。128.909,128.734,126.343,123.519, 122.381,118.441,117.492,116.968,116.892,115.397,114.122,64.690,53.205,48.218, 29.856,20.079;IR(KBr), cm~:3425(OH),2223(C—N),1621(C—C);元素分析(%, c27H25N5计算值):c 77.18(7.30),H 6.08(6.01),N 16.73(16.69);HRMS(EI)(c27H25N5计算值), m/z:419.2113(419.2110). 2结果与讨论 2.1探针DZn在水中的溶解性 研究了探针DZn在水中的溶解性(图s1,见本文支持信息),结果表明,当DZn的浓度由0增至 20 p,mol/L时,溶液的单光子荧光强度逐渐增大,且与浓度成正比;当浓度进一步增大时,单光子荧光 强度增加缓慢,由DZn的浓度与单光子荧光强度构成的数据点背离了原来的直线,均落在原来直线的 高等学校化学学报 下方.由于荧光物质的荧光强度与其浓度呈正比,因此推断DZn的浓度大于20 I ̄mol/L时,DZn未能 完全溶解,否则数据点不会背离原来的直线.由此可见,DZn在水中的溶解度为20 F ̄moL/L. 2.2探针DZn对金属阳离子的识别 2.2.1 锌离子对探针DZn的紫外一可见吸收滴定 由于探针DZn的分子结构设计是建立在光诱导电 子迁移机制(PET)上的,在未络合锌离子前,介于吡啶与芳胺氮原子之间的叔氮原子上的电子在光诱 导下能够跃迁至荧光团的HOMO轨道上,HOMO轨道的电子不能发生受激跃迁,因此荧光团无荧光; 当叔氮原子络合锌离子后,其轨道能级降低,电子不能跃迁,即PET禁阻,此时荧光团HOMO轨道上 的电子能够受激跃迁至LUMO轨道上,当电子回落至基态时发出荧光,由于是长波激发,短波发射, 故只能吸收2个光子,发出1个光子,即双光子诱导荧光,如Scheme 2所示. Scheme 2 Two-photon PET mechanism of DZn 在1 ixmoL/L DZn(30 mmoL/L MOPS+100 mmo ̄L KCI+10 mmo ̄L EGTA,pH=7.2)的水溶液中, 采用微量进样器加入Zn (0~60 ̄zmol/L)溶液,随锌离子浓度的增大测定其uV.Vis光谱(图S2,见本 文支持信息)的变化,加入量小于待测体积的2%.实验结果表明,探针DZn的uV—Vis光谱几乎不随 Zn“浓度的增大而发生明显变化,出现2个吸收带,一个是位于325~510 nm处的强吸收带(中心位于 403 nnl附近),另一个是位于300~325 nm处的弱吸收带(中心位于313 nm附近).强吸收带是探针 DZn固有的紫外吸收带,与znn络合后,自身的大 电子几乎不向zn 转移,仍能发生7r一7r 吸收跃 迁,因而吸收强度几乎不变.弱吸收带是探针DZn中苯环的紫外吸收带,与zn 络合后,由于大7r电 子并不向zn 转移,大7r共轭平面保持不变,单一苯环也保持原来的状态,因此其吸收强度不变. 2.2.2探针DZn对金属阳离子的选择性 分别用单光子荧光滴定和双光子荧光滴定法考察了探针 DZn对金属阳离子的选择性.配制含探针DZn(1.Ox10 mol/L)的30 mmol/L MOPS(100 mmo ̄L KCI+ 10 mmol/L EGTA,pH=7.2)缓冲溶液,取17份各3 mL的缓冲溶液,用微量进样器分别加入zn , K ,Ca2_Mg2+Ba2+Fe2+Fen,,,,,Pb2+co2+2+crnCd ,Mn2+Cu2+,, ,,,,Ag ,Na 和Hg2十,使离子 浓度分别为20 inmol/L,测定各离子与探针组成的混合溶液的单光子和双光子荧光光谱的变化;测定 后分别补加Zn ,使离子浓度为1 p,mol/L,再次测定混合溶液的单光子和双光子荧光光谱的变化.加 入量小于待测体积的2%,所有的单光子和 双光子荧光光谱均在A =403 nm和A = 川 ■■DZn+M 十Zn 810 nm的激发波长下测定,结果如图1所 ,。 示.由图1可见,探针DZn对各金属阳离子 富川 的选择性具有明显区别.在未补加锌离子 ” 前,探针对锌离子显示出相当强的选择性, 几乎没有其它离子产生干扰,Hg ,Cd 和 cu 虽能使荧光少量增强,但不足以干扰锌 JJJr|I广|.广|.厂JI厂|.厂1l广_ 厂1I a b c d e f g h i J k 1 m 11 O P q 离子.补加锌离子后,除K ,Ca ,Mg , Fi .】 Relative fluorescence intensities of 1 pmol/L DZn in Ba 和Na 不对锌离子产生掩蔽效应外,其 the presence of 20 mmot/L of some metal ions(emp- 它离子均能对锌离子产生强烈的掩蔽效果, ty bars)followed by addition of 1 pmol/L of Zn。 使荧光受到强烈的抑制.因此,在K ,Ca , (filled bars) Mg“,Ba 和Na 存在下探针能够很好地检 a.Zn ;b.K ;c.Ca ;d.Mg ;e.Ba ;f Fe ; 测锌离子,这些离子的存在不会对锌离子的 g.Fe ;h.Pb ;i.Co ;J.Ni ;k.Cr ;1.Cd ; 检测造成影响.一般的锌离子探针均会受 m.Mn ;n.Cu ;o.Ag ;P.Na ;q.Hg . No.4 黄池宝等:衍生于双氰基二苯代乙烯的用于活体成像的双光子荧光锌离子探针 c 的干扰,而探针DZn却对c 不产生响应. 2.2.3探针DZn对溶液pH值的响应 研究了溶液pH对探针DZn的影响(图s3,见本文支持信 息),结果表明,当溶液pH值从2增加到5时,探针的荧光强度从约75增加到约95,其原因可能是在 酸性较强的情况下,过多的H 与芳胺氮原子结合,导致共轭体系电子云密度大大降低,从而荧光较 弱;当溶液pH值从5增加到1 1时,探针的荧光强度大体上变化很小.存在zn 的情况与上述结果类 似.可见,在pH=5~11时,溶液pH值不影响探针DZn对锌离子的检测,即探针DZn的环境pH适应 范围较宽.很多基于PET机制的锌离子探针的pH适应范围很窄,如文献[12]报道的探针l1和12只 能适应生理pH范围. 2.2.4探针DZn对锌离子的单、双光子荧光滴定探针DZn对锌离子的单、双光子荧光滴定在含探 针DZn(1.0x10 mol/L)的30 mmol/L MOPS(100 reoolt/L KCI+10 mmol/L EGTA,pH=7.2)缓冲溶液 中进行,单、双光子激发波长分别为A =403 nm和A =810 Ilm. 由图S4和图s5(见本文支持信息)可见,探针DZn具有单发射峰,位于450~800 nm处(中心位 于610 Bil附近),随着zn 浓度的增大,荧光逐渐增强.探针DZn的双光子发射峰与其单光子发射峰 相类似,峰宽稍微变窄,位于450~750 nm处(中心位于610 nm附近),随着zn“浓度的增大,荧光亦 逐渐增强. 由探针DZn的单、双光子荧光谱可见,探针的荧光峰不但较宽,且最大发射波长达610 nm,这与 单光子最大吸收峰403 nm相差高达207 nm,为探针的斯托克斯位移(Stokes shitf),这是作为探针所要 求的显著优点,可以避免激发光对荧光的干扰,提高检测的准确性.发射波长610 nm接近近红外成像 窗口(650~900 nm),便于显微镜的观测成像. 由单、双光子荧光滴定曲线(图s4和s5,见本文支持信息)可得到探针DZn的单、双光子荧光强 度随锌离子浓度的变化关系图(图s6和s7,见本文支持信息),再进行数据的Sigmoidal拟合得到曲线 (图s8和s9,见本文支持信息),同时也可获得在单、双光子荧光滴定中络合物DZn—Zn 的解离常数 Ko :(0.51±0.02)mol/L和 一=(0.52_+0.01)Ixmol/L.其倒数即为探针与锌离子的络合常数. 2.2.5 探针DZn络合锌离子的工作曲线 将探针DZn和ZnC1:溶于缓冲溶液(30 mmol/L MOPS+100 mmoL/L KCI+10 mmol/L EGTA,pH=7.2)中,按锌离子摩尔分数分别为0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6, 0.7,0.8和0.9配成总摩尔浓度为1.0x10 mol/L[即 (DZn)+ (Zn )=1.0xl0 mol/L]的溶液各5 mL,每份溶液均以A =403 nm的光激发,测定在A =610 H1TI处的单光子荧光强度,通过所得荧光 强度并结合其络合常数,分别计算出9份溶液中所生成络合物的摩尔浓度,对应络合物浓度最大的数 据点指示的横坐标值即为形成络合物的探针与锌离子的摩尔配比关系. 由图S10(见本文支持信息)可见,当锌离子摩尔分数为0.5时,络合物DZn—Zn 的浓度达到最大, 此时探针DZn的摩尔分数为0.5,即探针DZn与锌离子形成了1:1的配合物. 2.3探针DZn的双光子吸收截面 使用双光子诱导荧光测量技术测定双光子吸收截面,计算公式如下式所示. =丽SsT]r ̄rCr6 (1) 式中,S与r分别代表样品与参比分子;S为由光电倍增管探测器(PMT)采集的双光子诱导荧光信号强 度;叼为荧光量子产率;咖为仪器采集荧光效率(包含信号检测器、光学仪器以及参比与样品所溶溶剂 的折射率的差别对检测波长的依赖程度);C为色素浓度;6为双光子吸收截面 . 以荧光素水溶液(pH=11)的双光子激发荧光发射 作参比,在室温及同一波长下分别测定样品 与参比(溶液为空气所饱和)的双光子激发荧光信号,溶液浓度为10~~10 mol/L时测定样品的6. 测定了向1/xmol/L探针DZn缓冲溶液(30 mmol/L MOPS+100 mmol/L KC1+10 mmol/L EGTA, pH:7.2)中加入6 txmol/L Zn 时的双光子发射谱.由图S11(见本文支持信息)可见,DZn与锌离子在 缓冲水溶液中达到络合饱和时,其双光子发射截面( )和双光子吸收截面(6)分别从8和400 GM增 至580和935 GM,分别增加了72.5倍和2.3倍;DZn的最大双光子激发波长为810 nm. 650 高等学校化学学报 Vo1.36 a.Absorption maximum with the lowest energy,e(DZn)=10一mo ̄L;b.emission m ̄imHm,c(DZn)=10 moL/L,A =403 nm; c.relative to quinine sulfate 10-。’m0L/L in 0.05 m0l/L H2SO4,estimated error,土10%of the given values;d.two—photon excitation maximum; e.the peak TPA cmss—sections in 10一 。cm ・s・photon一 f GM). 2.4探针DZn对锌离子的核磁滴定 图S12(见本文支持信息)示出了探针DZn(9.5 mmol/L,DMSO—d )分别在0,9.5和95 mmol/L锌 离子存在下的 H NMR谱,相应的各种氢的核磁峰值如表3所示.除了H ,H 和H 的化学位移几乎 保持不变外,其余H(H ,H ~H。)的化学位移均向低场移动.由于锌离子与氮原子上的孤对电子络 合,哌嗪环上的碳原子所受的诱导效应增强较大,从而促使哌嗪环上的碳原子上氢的化学位移向低场 大幅移动(H 和H );同时由于吡啶氮原子与锌离子的络合,吡啶上H 和H 的化学位移也显著向低场 移动.尤为异常的是,除了氢的化学位移向低场移动外,峰与峰之问的间距也随锌离子浓度的增加而 显著增大,表明探针络合锌离子的能力相当强. Table 3 H NMR data for DZn、】.{tll various zinc ion concentrations c(zn )/ H NMR(DMSO—d6,400 MHz),6 竺 : : 2 0 9.5 95 ! 8.419 8.421 8.418 ! 7.920 7.923 7.920 7.785 7.908 7.989 里! 7.567 7.572 7.570 旦 7.478 7.486 7.490 旦g 7.281 7.411 7.586 旦 7.066 7.074 7.075 6.982 6.993 6.997 里 3.669 3.789 3.869 里 3.262 3.338 3.38l 2.584 2.676 2.741 2.502 2.502 2.500 8.508 8.563 8.597 2.5探针DZn用于活细胞中锌离子的双光子显微成像(TPM) 2.5.1 小鼠成纤维细胞的培养 将10%(质量分数)FBS、青霉素(100 units/mL)和链霉素(100 mL)加入细胞培养基DMEM中并混合均匀,用于培养小鼠成纤维细胞.成像前2 d进行细胞筛选处理. 为了标记,先除去培养介质再换上不含FBS的DMEM介质.将细胞用1 ixmol/L DZn在组织培养室中 (5%CO:,37℃)孵化30 min,然后用PBS缓冲液洗涤3次,并于无色血清游离介质中再孵化15 min 后进行成像操作. 2.5.2小鼠脑组织切片的制备与染色小鼠脑组织切片的制备与染色参照文献[12,24]方法.切片取 自出生14 d的小鼠海马体,用薄片切片机于ACSF中切成冠状薄片.将切片用10 izmoL/L DZn于37℃ 在ACSF中充气(95%0 和5%CO:)浸泡1 h,取出后用ACSF洗涤3次,转移至透明显微镜用贮存盒 (MatTek)中,在双光子共焦显微镜下观察成像. 2.5.3 细胞与组织显微成像 图2为探针DZn应用于小鼠成纤维细胞内锌离子的双光子共聚焦荧光 显微照片(20倍目镜).可见,当探针未与锌离子络合时,其双光子荧光很弱,甚至难以观察到;而当 它与细胞内释放出的锌离子络合后发出强烈的荧光,且当加入TPEN俘获锌离子后,荧光又再次减弱. 由此可见,探针DZn能清晰地成像细胞中的锌离子,可用于细胞中锌离子的检测与成像分析,且不存 在来自膜绑探针的干扰(在360~460 nm处没有荧光). 为了更进一步研究探针在组织深处的成像,用10 ̄xmol/L DZn在37℃,含5%CO 的细胞培养箱 中孵育小鼠脑组织切片0.5 h后,经双光子共聚焦显微镜得到双光子荧光照片.在120 vm处的同一平 面获得了3个图像,加入SNOC前的图像很暗淡[图3(A)];加入30 mmol/L SNOC后,图像变得明亮 清晰[图3(B)];当加人0.3 mmol/L TPEN后,图像又快速变得模糊暗淡[图3(C)].DZn.Zn 荧光持 续时长达约1500 S[图3(D)],类似地,在细胞成像过程中荧光亦持续相当长的时间.另外,80~150 m组织深处的荧光照片(图4)示出了锌离子在脑组织中的分布情况.以上结果证明,DZn能够成像 细胞内游离的锌离子,且能成像活体组织80—150 ixm深处的锌离子分布. No.4 黄池宝等:衍生于双氰基二苯代乙烯的用于活体成像的双光子荧光锌离子探针 65l Fig・2 Bright-ifeld image(A)and two-photon microscopy(TPM)images(B—D)of 1 p.mol/1 DZn-labeled mouse fibroblast collected at 55O—165O nm (B)Befi)Fe addition ol 10 mmol/1 SNOC;(C)afte r’a(hlilion ot 10 mmol/I SNOC:(D)aft¨a (C)・ I IWO。photon t xt’ilation tluolvst、 ̄nee(TI El )images wcIe( ollected upon excitatiml at 810 nm with a femR)sec(md pulse. Cells were showed representative inmges if'mn replit’ale experimenls(n=5).SNOC is an end‘)genous NO donor that triggers the releasl nf Zn“.TPEN is a menlhFane—penneahle Zn chelaII)r that can m n1t ve Zf1 eIkc.tivelv. 30()60(J 900 l 2O()15()()l 8 Tm)e/s Fig.3 TPM images of a mouse brain tissue slice (A)Before addition ot’30 mmoI/L SNOC;(B)after addition 0f'30 mlllOl/1 SNOC;(C)afte)・ad‘Iill(1r1 0t’0.3 fl1n1《)l/1 TI EN tl 】(B);(D)“ lative TPEF inlensity‘)f a mouse brain tissue slit-P stained with IO txmol/L DZn【・ollectett 11 550—650『ll¨as a funeliIIl1 )f time.The TPEF images were eollet’Ied at 550—_65O rim at a depth of ca.120 LLm with magnification lOOx upon cxt-itati(m at 810 1n1 With a femtoseeond DulSe. Fig・4 TPM images of a mouse brain tissue slice stained with 10 pmol/L DZn by magnification 100x at diferent penetration depth of 80(A),lOO(B),120(C)and 150 tma(D) rr TPEF images WeFt'coilected at 55()—_650 Hm upon exeitati(J『1 at 8】0 rim with a femtoseeond pulse. 652 高等学校化学学报 V01.36 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ¨ 2.6探针DZn的光稳定性 探针的光稳定性是探针在实际应用中的一个重要参数.对DZn.Zn 进行光照射分解发现,在光照 射1 h后,DZn—Zn 在610 nm处的单、双光子荧光强度分别降低了4.3%和1%(图S13,见本文支持信 息),证明DZn有极好的光稳定性. 2.7探针DZn的细胞毒性 采用体外M1_r小鼠成纤维细胞毒性实验测试了探针DZn是否有毒及毒性大小.MTF浓度采用比 色法于570 nm测定,细胞处理与MTY分析参照文献[25,26]方法进行.采用Soft max pro software(ver— sion 5)进行分析,结果如图S14所示(见本文支持信息).可见,DZn(0~20 ̄mol/L)对小鼠成纤维细 胞无毒性. 3 结 论 开发了一个性能优良的双光子荧光锌离子探针,该探针的分子尺寸小,双光子发射截面大( = 580 GM),无细胞毒性,发射波长较长(610 nm左右,接近理想的可见光成像窗口范围650~900 llm), 具有明显的斯托克斯位移(207 nm)、极好的光稳定性、适宜的水溶性和优良的细胞渗透性.该探针络 合锌离子后荧光可增强72.5倍;在生理pH范围内,探针不显示pH敏感性;能选择性地检测活细胞 中的游离锌离子,耐时长达约1500 s,且能探测活体组织80~150 Ixm深处的锌离子,不受其它金属离 子与生物膜的干扰. 支持信息见http://www.cjcu.jlu.edu.cn/CN/10.7503/ejcu20l40891. 参考文献 Frederickson C.J.,Koh J.Y.,Bush A.I.,Nature Reviews Neuroscience,2005,6(6),449—462 Vallee B.L.,Falchuk K.H.,Physiological Reviews,1993,73(1),79一l18 Frederickson C.J.,Kasarskis E.J.,Ringo D.,Frederickson R.E., Neurosci.Methods,1987,20(2),91一l03 Am.Chem.Soc.,2003,125(13),3889--3895 Hendrickson K.M.,Geue J.P.,Wyness O.,Lincoln S.F.,Ward A.D., Komatsu K.,Kikuchi K.,Kojima H.,Urano Y.,Nagano T.,-,.Am.Chem.Soc.,2005,127(29),10197--10204 Burdette S.C..Frederickson C.J.,Bu W.,Lippard S.J.,l,.Am.Chem.Soc.,2003,125(7),l778—1787 Gee K.R.,Zhou Z.L.,Qian W.J.,Kennedy R., Am.Chem.Soc.,2002,124(5),776_778 Budde T.,Minta A.,White j.A.,Kay A.R.,Neuroscience,1997,79(2),347_358 Hirano T.,Kikuchi K.,Urano Y.,Higuchi T.,Nagano T.,_,.Am.Chem.Soc.,2000,122(49),12399--12400 Li L..Du L.T.,Sun J.,Yan C.G.,Chem.Res.Chinese Universities,2013,29(5),874——878 Belifeld K.D.,Bondar M.V.,Frazer A.,Morales A.R.,Kachkovsky O.D.,Mikhailov I.A.,Masunov A.E.,Przhonska O.V. 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McCord—Maughon D.,Perry J.W.。Rockel H.,Rumi M.,Subramaniam G.,Webb W.W.,Wu X.L.,Xu C.,Science,1998 281(5383),1653—1656 [21] Day P N.,Nguyen K.A.,Pachter R., Phys.Chem.B,2005,109(5),1803—1814 No.4 黄池宝等:衍生于双氰基二苯代乙烯的用于活体成像的双光子荧光锌离子探针 653 [22]Pond S.J.K.,Tsutsumi O.,Rumi M.,Kwon 0.,Zojer E.,Jean—Luc B.,Marder S.R.,PenT J.w.,J.Am.Chem.Soc.,2004 126(30),9291—93O6 23 24 25 26 Xu C.,Webb W.W., Opt.Soc.Am.B,1996,13(3),48l__491 Wang W.,Zhang Y.,Li Y.,Zhao Q.,Chem.Res.Chinese Universities,2013,29(4),632—__637 Rapid M T.,J.Immuno1.Meth..1983,65(1/2),55—63 I i X.D.,Yang S.M.,Xu H.,Ma Y G.,Chem.J.Chinese Universities,2012,33(1),2lO一2l4(李晓东,杨淑敏,徐红,马於 光.离等学校化学学报,2012,33(1),210—2l4) Dicyan0stilbene-derived Two—photon Fluorescence Probe for Free Zinc Ions in Live Cells and Living Tissues HUANG Chil)ao ’ ,LIANG Xing ,ZENG Qihua ,CHEN Huashi , ZENG Boping ,YI Daosheng ,CHEN Xiaoyuan (1.Chemistry am]Chemical Engineering College,Zunyi Normal University,Zunyi 563002,China 2.School of Yingdong Agricuhural Scielwe and Engineering, Shaoguaag l/niversity,Shaoguan 5 12005,China) Abstract A novel two—photon fluorescence probe for Zn derived from dicyanostilbene as a two—photon tluorophore and 4一(pyridine一2一yhnethy1)piperazine as a novel Zn ligand was developed,and its structure was eharacterized by H NMR.IR and elemental analysis.By UV—Vis absorption and absorption—titration experi— nlents,one—and two—photon excited fluorescence experiments in femtosecond pulses,as well as cell—imaging and tissue—imaging experiments,the probe showed a 72.5-foht fluorescence enhaneement in response to Zn“, a large two—photon action cross—seetion(580 GM),a noneytotoxic effect,and pH insensitivity in the[)iolo— gically relevant range,with a dissociation constant(KT。 )of(0.52-+-0.01) ̄mol/[ .The probe could detect lee Zn“ifons selectively in live(:ells for about 1 500 s and in living tissues at a depth of 80~1 50 LLm without interference from other metal ions or menlbrane—bound probes. Keywords Two—photon fluorescence probe;Zinc ion;Live—imaging;Two—photon absorption across—section (Ed.:P,H,N,K) 十Supported by the China Pos|doctoral Science Foundation Funded Pmjeet(No.20100471224),the Guangdong Provincial Natural St’ienee Foundation,China(No.¥201 1040000536),the Planned Scienee and Technology Pl"ojeet f】f Hunan Province,China(No.201 1RS4020),the Kt、Y Ia1)oratory of Optoeleetronie I)eviees a[1d Systems ofMinistry ofEdueation anti Guangdong Province,China(No.201202),the Planned Science an(I Tethnology Pn)jeel of Shauguan,CInna(No 20 1 1 CX/KI 9)alut the Natural Science Key Ilesearch Project of Delmrtment of Edueation of Guizhoa Province,China(No.Guizhou Provi,ace Offk・e ofEducation Coulrat[KY[2014]296). 化学工业出版社化学专业图书推荐 碳酸化重碱结晶过程与操作 l 仝著 本书详细论述了不冷式碳化联合制碱制取重碱结晶披术,并与常规联合制碱技术作了比较 和评价。全书按物理化学过程和工程基础,不冷式碳酸化工艺及牛产流程,环流式碳化塔, 工岂指标与操作控制,母液组成、物料平衡和热量甲衡计算等内容分章节介绍 本书可作 为联合制碱工厂引进不冷式碳化技术的培训读_拳 书 号:9787122219824 定价:98.oO元 开本:l6 fH版时间:2015年2月 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● - ● ● ● I ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 如需更多图 竹息,晴登录www.eip.eom ell服务【乜话:010 64518888,64518899(销售l{】心) 

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