开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
- 选题依据及意义
活性氧（ROS）一般是生物体内一类性质活泼并且含氧原子的物质总称，主要包括过氧化氢、单线态氧分子、超氧阴离子自由基、羟基自由基和次氯酸盐。在多种活性氧（ROS）中，过氧化氢是生命系统中最重要的一种。研究表明，生理水平的过氧化氢对于细胞内多种过程的调控是必不可少的, 如免疫细胞的活化、哺乳动物的血管重塑、植物中气孔的关闭和根的生长等。此外，过氧化氢还可作为第二信使参与多种严重疾病的调节，包括恶性肿瘤、神经退行性疾病如帕金森氏症和阿尔兹海默综合症等[1]。而且过氧化氢广泛应用于各行各业，在生产过程中被大量排放到外界环境中，所以在大气中，海洋环境中都能检测到过氧化氢的存在。鉴于过氧化氢在生活中的重要性，需要能够简单快速的检测生物体内或环境中过氧化氢的浓度。但是过氧化氢稳定性差，通常情况下稳态浓度低，反应活性高，而且生物体内有多种氧化物和抗氧化物存在，因此测定难度大。目前，检测过氧化氢的方法有电化学法、荧光法、比色法。其中荧光法具有操作简单、灵敏度高、选择性高等优点[2]。以下介绍近年来发展起来的几种不同种类的过氧化氢探针,分为小分子过氧化氢荧光探针和高分子过氧化氢荧光探针。
传统的小分子过氧化氢荧光探针如2′,7′-二氯二氢荧光素 (DCFH)的选择性较差, 它们的荧光响应是一种氧化机理, 不仅对细胞内活性氧有响应, 而且对其他的氧化物质亦有响应。在荧光团分子中引入硼酸酯或硼酸基团作为探针的识别集团很好地解决了这一问题。硼酸酯或硼酸基团能淬灭荧光团的荧光, 因此探针自身不发光或发微弱的荧光, 当硼酸酯与过氧化氢反应后能够被水解为羟基, 从而发出荧光。以硼酸酯基团作为荧光开关，和不同的荧光基团相连，设计合成了许多不同的探针，如Chang以荧光素为荧光团,以硼酸酯基团作为荧光开关合成了PF1、PO1、PG1、NPF1等[3]。除了硼酸酯类还有苯偶酰类荧光探针，此类探针是基于苯偶酰光电子诱导的PET机理。PET效应使探针本身的荧光团淬灭, 在过氧化氢作用下, 偶酰基发生断裂, PET消失, 荧光恢复。在2011年，Nagano等由荧光素和硝基苯甲酰两部分合成了一种新型的单光子激发的过氧化氢荧光分子NBzF，其中苯甲酰上的硝基很大程度上降低了NBzF的荧光强度从而能够增加信号比。而Bai等通过六步反应合成了一种新的双光子激发的苯偶酰类荧光探针，该探针与双氧水反应后, 苯偶酰转化为苯甲酸酐然后进一步水解为苯甲酸, 进而释放出荧光[4]。李保生等以苯偶酰为识别基团，BODIPY为荧光团，设计合成了对过氧化氢具有荧光增强的响应的新型探针BD-3[5]。此外，还有金属络合物ZP1Fe2荧光探针，该探针是铁离子和荧光团的复合物, 顺磁性的铁能够使荧光团淬灭, 经过过氧化氢的激活, 铁离子的载体与荧光团发生分子内氧化分裂, 从而使荧光恢复。Nam等用2个铁离子和含有荧光团的ZP1设计出这种基于铁离子络合物型的荧光探针[6]。
但小分子荧光探针有着水溶性差、结构相对不稳定、不容易进一步功能化等固有的缺陷，而高分子探针在这一方面有显著优势。Jang等设计合成了荧光硼酸盐修饰的聚丙烯腈纳米微球荧光探针BPAN，该探针利用席夫碱和硼酸盐之间的光诱导电子转移进行调控，与硼酸酯类小分子荧光探针相比, 该探针具有更好的热稳定性、更高的机械强度。而Liu等用改性沉淀法将具有荧光团的TPETPAFN染料7和CPPO氧草酰试剂包封在聚乙烯乙二醇 (DSPE-PEG2000) 中，设计合成了一种粒径约为50nm的氧草酰纳米粒子探针。该探针利用氧草酰试剂CPPO与过氧化氢反应生成更高能量的1, 2-二氧杂环丁烷二酮, 然后将电子转移给旁边的荧光团, 最后激发它们产生化学发光[6]。
Ye等人基于串联的Payne/Dakin反应开发了一个新的过氧化氢识别基团，该反应由缺电子腈活化过氧化氢生成过氧亚胺酸，随后，邻羟苯甲醛发生Dakin氧化转化，在中性PH下生成苯酚，随后产生一系列反映，释放荧光产物[7]。基于这种独特化学策略的新型H2O2探针可以通过一般的偶联反应轻松合成。并且通过可视化活细胞中内源产生的H2O2证实了这些探针的实际适用性。尤其在共聚焦成像和流式细胞实验中，通过新型探针检测了小鼠巨噬细胞中饥饿诱导的H2O2产生。但是，这种类型的探针能否应用于动物仍需进一步探索。因此我们基于串联的Payne/Dakin反应合成了一种新型近红外荧光探针TPD-MB，用于选择性检测H2O2，同时希望这种策略可用于体内成像。
参考文献：
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开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
- 选题依据及意义
活性氧（ROS）一般是生物体内一类性质活泼并且含氧原子的物质总称，主要包括过氧化氢、单线态氧分子、超氧阴离子自由基、羟基自由基和次氯酸盐。在多种活性氧（ROS）中，过氧化氢是生命系统中最重要的一种。研究表明，生理水平的过氧化氢对于细胞内多种过程的调控是必不可少的, 如免疫细胞的活化、哺乳动物的血管重塑、植物中气孔的关闭和根的生长等。此外，过氧化氢还可作为第二信使参与多种严重疾病的调节，包括恶性肿瘤、神经退行性疾病如帕金森氏症和阿尔兹海默综合症等[1]。而且过氧化氢广泛应用于各行各业，在生产过程中被大量排放到外界环境中，所以在大气中，海洋环境中都能检测到过氧化氢的存在。鉴于过氧化氢在生活中的重要性，需要能够简单快速的检测生物体内或环境中过氧化氢的浓度。但是过氧化氢稳定性差，通常情况下稳态浓度低，反应活性高，而且生物体内有多种氧化物和抗氧化物存在，因此测定难度大。目前，检测过氧化氢的方法有电化学法、荧光法、比色法。其中荧光法具有操作简单、灵敏度高、选择性高等优点[2]。以下介绍近年来发展起来的几种不同种类的过氧化氢探针,分为小分子过氧化氢荧光探针和高分子过氧化氢荧光探针。
传统的小分子过氧化氢荧光探针如2′,7′-二氯二氢荧光素 (DCFH)的选择性较差, 它们的荧光响应是一种氧化机理, 不仅对细胞内活性氧有响应, 而且对其他的氧化物质亦有响应。在荧光团分子中引入硼酸酯或硼酸基团作为探针的识别集团很好地解决了这一问题。硼酸酯或硼酸基团能淬灭荧光团的荧光, 因此探针自身不发光或发微弱的荧光, 当硼酸酯与过氧化氢反应后能够被水解为羟基, 从而发出荧光。以硼酸酯基团作为荧光开关，和不同的荧光基团相连，设计合成了许多不同的探针，如Chang以荧光素为荧光团,以硼酸酯基团作为荧光开关合成了PF1、PO1、PG1、NPF1等[3]。除了硼酸酯类还有苯偶酰类荧光探针，此类探针是基于苯偶酰光电子诱导的PET机理。PET效应使探针本身的荧光团淬灭, 在过氧化氢作用下, 偶酰基发生断裂, PET消失, 荧光恢复。在2011年，Nagano等由荧光素和硝基苯甲酰两部分合成了一种新型的单光子激发的过氧化氢荧光分子NBzF，其中苯甲酰上的硝基很大程度上降低了NBzF的荧光强度从而能够增加信号比。而Bai等通过六步反应合成了一种新的双光子激发的苯偶酰类荧光探针，该探针与双氧水反应后, 苯偶酰转化为苯甲酸酐然后进一步水解为苯甲酸, 进而释放出荧光[4]。李保生等以苯偶酰为识别基团，BODIPY为荧光团，设计合成了对过氧化氢具有荧光增强的响应的新型探针BD-3[5]。此外，还有金属络合物ZP1Fe2荧光探针，该探针是铁离子和荧光团的复合物, 顺磁性的铁能够使荧光团淬灭, 经过过氧化氢的激活, 铁离子的载体与荧光团发生分子内氧化分裂, 从而使荧光恢复。Nam等用2个铁离子和含有荧光团的ZP1设计出这种基于铁离子络合物型的荧光探针[6]。
但小分子荧光探针有着水溶性差、结构相对不稳定、不容易进一步功能化等固有的缺陷，而高分子探针在这一方面有显著优势。Jang等设计合成了荧光硼酸盐修饰的聚丙烯腈纳米微球荧光探针BPAN，该探针利用席夫碱和硼酸盐之间的光诱导电子转移进行调控，与硼酸酯类小分子荧光探针相比, 该探针具有更好的热稳定性、更高的机械强度。而Liu等用改性沉淀法将具有荧光团的TPETPAFN染料7和CPPO氧草酰试剂包封在聚乙烯乙二醇 (DSPE-PEG2000) 中，设计合成了一种粒径约为50nm的氧草酰纳米粒子探针。该探针利用氧草酰试剂CPPO与过氧化氢反应生成更高能量的1, 2-二氧杂环丁烷二酮, 然后将电子转移给旁边的荧光团, 最后激发它们产生化学发光[6]。
Ye等人基于串联的Payne/Dakin反应开发了一个新的过氧化氢识别基团，该反应由缺电子腈活化过氧化氢生成过氧亚胺酸，随后，邻羟苯甲醛发生Dakin氧化转化，在中性PH下生成苯酚，随后产生一系列反映，释放荧光产物[7]。基于这种独特化学策略的新型H2O2探针可以通过一般的偶联反应轻松合成。并且通过可视化活细胞中内源产生的H2O2证实了这些探针的实际适用性。尤其在共聚焦成像和流式细胞实验中，通过新型探针检测了小鼠巨噬细胞中饥饿诱导的H2O2产生。但是，这种类型的探针能否应用于动物仍需进一步探索。因此我们基于串联的Payne/Dakin反应合成了一种新型近红外荧光探针TPD-MB，用于选择性检测H2O2，同时希望这种策略可用于体内成像。
参考文献：
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