荧光识别响应调控：拓展染料应用

        中化新网讯  成果名称：荧光染料识别与响应调控的理论与应用基础研究 

 

        获奖级别：国家自然科学二等奖 

 

        完成单位：大连理工大学等 

 

        随着化学工业的发展，染料在使纤维获得鲜明而牢固的色彩之外，又有了新的用武之地。由大连理工大学精细化工国家重点实验室主任彭孝军教授主持的荧光染料识别与响应调控的理论与应用基础研究项目，将染料的应用拓展到了信息、能源、环境、生物等全新领域。特别是该团队对荧光染料进行的深入探索，让困扰全球业界150多年的长波长菁染料大斯托克斯位移荧光双发射和比例荧光响应难题有了破解之道，使国内外与这类染料母体结构相关的新型染料荧光探针快速涌现，目前发展起来的相关探针分子已达900余种。该项目也因此荣获国家自然科学二等奖。 

 

 

        据大连理工大学吕东光老师介绍，荧光染料识别响应调控的研究成果的重要创新是在近红外发光的同时，具有高的荧光量子产率和高的化学稳定性。目前该成果构建的近红外、大斯托克斯位移和比例荧光发射的菁染料平台，已成为国内外学者广泛应用于染料荧光探针与该菁染料母体相关，为全球不断拓宽染料应用领域打造了一个重要的平台。 

 

 

        项目组从染料母体结构、识别基团、作用机理三个方面，揭示了通过染料激发态调控、实现荧光比例发射与响应的理论规律，在染料对客体的专一性识别和荧光响应这一现代分子工程、生命科学和环境科学共同关注的重大课题上取得了突破性成就。研究显示出对专一性识别和比例荧光响应向实用化目标发展的重要指导价值，破解了长波长菁染料大斯托克斯位移荧光双发射和比例荧光响应的难题，得到了斯托克斯位移长达155nm的氨基取代七甲川菁染料，形成了近红外比例荧光体系构建的平台。德国《化学新闻》评价该项目创制的平台染料“具有其他近红外染料所没有的优越性”。它使国内外与这类染料母体结构相关的新型染料荧光探针快速涌现，目前发展起来的相关探针分子已达900余种。 

 

 

        大连理工大学在染料的设计、荧光的响应方面跟国际相关研究的不同之处在于：用新的方法调控染料激发态的电子转移、电荷转移、能量转移，并巧妙地应用于荧光探针设计。荧光探针数据采集简化度高、灵敏程度高、显微成像分辨率高，能够将识别基团与染料母体按照特定结构共轭连接，形成了多种比例荧光响应体系。 

 

 

        针对生命体内干扰因素多、荧光响应的强弱不能反应真实情况的问题，为使染料能够在生命体内的响应具有专一性和可靠性，他们发明了新的方法产生比例荧光。比例荧光是从复杂体系中获取客体定量信息的理想模式，染料探针就是通过荧光的产生和变化将生命过程可视化，他们用裸眼在紫外灯下可以清楚地看到患者的病毒、癌细胞、病原体等生命体系的生物、化学过程，并可望用于病灶组织的边界界定。 

 

 

        之后，他们应用有毒离子的专一性比例荧光探针，用简便、易得、便宜的方法，对复杂环境体系中有毒物质实施有效检测，为环境保护发挥了特殊作用。例如，贵州地区煤资源中氟含量高，氟污染直接影响了当地居民的身体健康。针对此，他们专门研制了氟离子试纸，当地百姓可以方便、准确地检测家庭饮用水质量，而且试纸成本一个月仅1元钱。目前，该技术已经为国内多个氟污染县、5０００多万病源区人口进行了预警。此外，他们还应用比例荧光探针获得国际第一张活细胞中镉离子的比例荧光成像，破解了镉、锌离子区分的世界难题。 

 

 

        他们的研究应用领域还拓展到了核酸检测领域，基于相关的菁类平台染料，发明了对核酸荧光响应的染料，规模化应用于五分类血液细胞分析系统，打破了国外少数国家的技术垄断。