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近日,，美國西北大學教授,、藝術與科學院院士,、英國皇家科學院院士J. Fraser Stoddart報道了一種新型熒光探針，并且研究了該探針在成像領域的應用,。 自從30年多年前Stoddart教授報道了一種剛性主體分子——BlueBox后,，BlueBox及其衍生物便廣泛存在于主客體識別的研究中，并在多環(huán)芳烴的萃取,、催化,、分子機器等領域有著各種應用。但其中沒有關于這類化合物在生物成像中的研究,，作者推測,，這類可修飾的化合物如果具有熒光的特性，那么極有可能被用于生物成像,。因此,，作者在BlueBox的基礎上合成了一種兩邊不對稱的環(huán)番衍生物，并成功將其應用于活細胞的熒光成像,。該成果以“ExTzBox: A Glowing Cyclophane for Live-Cell Imaging”為題發(fā)表于《美國化學會志》（DOI: 10.1021/jacs.8b03066）,。
圖1. 化合物6·4X的合成過程 （圖片來源：J. Am. Chem. Soc.） 新型環(huán)番衍生物與傳統(tǒng)BlueBox相比,，不僅具有更大的空腔，而且其本身具備一定的光物理性質,，但是其合成方法與傳統(tǒng)BlueBox的合成方法基本相同,。傳統(tǒng)BlueBox的合成采用聯吡啶及其衍生物作為兩側的結構單元，與1,4-二溴甲基或者類似物反應形成環(huán)狀的產物,。而本文為了引入熒光特性并保持環(huán)番側邊單元長度基本一致,，特意引入了噻唑基團。首先,，作者通過1,4-二溴苯與4-吡啶甲醛及二硫代草酰的反應分別得到了環(huán)番側邊的結構單元1和3,；之后，結構單元1與兩當量的1,4-二溴甲基苯反應得到半環(huán)的中間產物5,；最后,，5與3通過成環(huán)反應得到了環(huán)番化合物6，進一步通過陰離子交換得到了水溶性的環(huán)番化合物6·4Cl,。此外,，為了在后續(xù)實驗中進行對比，作者對結構單元1和3進行了甲基化得到了帶有正電荷的2·2Cl和4·2Cl,。
圖2. a）化合物6·4Cl的穩(wěn)態(tài)吸收及發(fā)射光譜,；b）化合物6·4Cl的瞬態(tài)吸收光譜；c）化合物6·4Cl的循環(huán)伏安曲線 （圖片來源：J. Am. Chem. Soc.） 在得到了化合物6·4Cl后,，作者對其光物理及化學性質進行了研究：穩(wěn)態(tài)吸收光譜表明化合物6·4Cl在320 nm及410 nm處有明顯的吸收（圖2a）,，這兩個峰分別對應其結構中的兩個單元（ExBIPY2+和TzBIPY2+）；穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜表明化合物6·4Cl的水溶液在470 nm處具有較強的熒光發(fā)射（圖2a）,。此外,，化合物6·4Cl的穩(wěn)定性研究結果表明，其光穩(wěn)定性與商品化的核酸染料Hoechst 33258相當,，而且這種新型染料在強酸性溶液中也能保持穩(wěn)定,。
圖3. 化合物2·2Cl、4·2Cl和6·4Cl的細胞毒性測試及生物成像 （圖片來源：J. Am. Chem. Soc.） 由于化合物6·4Cl具有較好的光穩(wěn)定性及酸穩(wěn)定性,，并且其在血清中與溶液中的熒光光譜并無太大區(qū)別,，因此作者推測這類化合物能應用與生物成像。在進行細胞試驗前,，作者首先測試了其細胞毒性,。結果表明，在不同濃度下,，化合物6·4Cl都表現出了極低的毒性（圖3）,。在此之后，作者通過共定位測試發(fā)現化合物6·4Cl在進入細胞后主要集中在細胞質,，而最后的成像試驗表明化合物6·4Cl確實可以進行細胞成像,。在相同條件下與熒光結構單元4·2Cl相比,，化合物6·4Cl不僅不會在短時間內猝滅，而且其熒光強度高達4·2Cl的6倍,。 作者最后表示,，雖然試驗結果初步表明這種環(huán)番化合物可以被用于生物成像，但是如果想獲得更好的成像結果,，該熒光探針還需要進行多方面的改進,。 全部作者：Indranil Roy, Sharan Bobbala, Jiawang Zhou, Minh T. Nguyen, Siva Krishna Mohan Nalluri, Yilei Wu, Daniel P. Ferris, Evan Alexander Scott, Michael R. Wasielewski, and J. Fraser Stoddart. 通訊作者：
J. Fraser Stoddart J. Fraser Stoddart，1942年出生于英國愛丁堡,，1966年從愛丁堡大學獲得博士學位,，目前為美國西北大學化學教授。與Jean-Pierre Sauvage和Bernard L. Feringa分享了2016年諾貝爾化學獎,。 原文鏈接：https://www./zixun/23126 看更多新鮮資訊,，搜ChemBeanGo！ |
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