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)
- 课题背景
近年来快速发展的生物荧光成像技术将荧光显像技术与分子探针结合,对特定分子靶点和通路在组织水平、细胞和亚细胞水平进行非侵袭性显影,实现在活体状态下可视、无损分析和监测不同阶段疾病发展,为疾病的诊断和治疗开启了一片崭新的天地。
现有的荧光成像检测模式是以荧光发光强度作为目标物的分析参考指标,由于生物样本的复杂性以及生物体内大量内源性荧光物质产生的荧光背景噪音干扰,导致荧光探针的强度信号无法准确预测生物活性分子的生物体内的表达、分布,降低了成像信噪比,增加了定量检测的难度。此外,大部分荧光分子光漂白严重,Stokes位移较小,易发生聚集诱导淬灭,也限制了其在成像中的应用。荧光发光寿命是发光过程的一项重要指标参数,时间分辨荧光成像将探针分子的荧光发光寿命这一时间维度引入生物成像,在激发光和检测窗口之间引入适当的延迟时间,从而高效区分具有长寿命发光的探针分子信号(微秒-秒级)与内源性物质的短寿命荧光干扰(纳秒级),极大地提高成像信噪比和检测的准确性1。
近年来,热活化延迟荧光(TADF)材料往往由电子供体和电子受体组成,通过分子内电荷转移(ICT)发射荧光。由于其最低激发单重态(S1)和最低激发三重态(T1)之间的能级差Delta;EST较小,T1态激子可以通过反向系间窜越过程转换到S1态,实现T1态激子参与的荧光发射,大大提高了发光效率,其荧光寿命可达微秒至毫秒级2-4。
前期,课题组已成功构建了基于热活化延迟荧光的靶向型长荧光寿命分子探针,通过在TADF分子中引入靶向基团分别实现了细胞线粒体、溶酶体及细菌的特异性成像,并通过细胞器内源性生物大分子包裹TADF分子策略和两亲性TADF单体的自组装策略避免了TADF分子长荧光寿命易受氧气淬灭的缺点,为进一步的生物时间分辨成像研究奠定了基础5, 6。但目前TADF分子探针用于生物标志物的响应型检测还鲜有报道,特别是构建响应型的TADF分子探针平台极具挑战性。开发新型高响应性、高特异性的荧光分子探针,避免背景荧光噪音干扰,提高成像信噪比,将成为未来荧光影像技术研究发展的重点需求。
图一 响应型TADF分子探针
- 要解决的问题
由于TADF分子结构的特点,构建响应型的TADF分子探针平台极具挑战性。本课题拟构建新型“激发态分子内质子转移诱导热活化延迟荧光(ESIPT-DF)”响应型分子探针,建立以荧光寿命、荧光强度作为信号的检测方法,提高成像质量和检测精准性,为探讨生物活性物质在生理及病理条件下的活性及表达变化奠定基础。
三、可行性分析
1、实验设计:在前期实验中,已成功构建一个新型ESIPT-DF分子探针HBT-PXZ,并应用于细胞衰老标志物beta;-半乳糖苷酶的检测中,建立了分子探针的系统酶学评价方法。此外,本课题中ESIPT-DF分子探针的制备均为常规化学反应,所用商品化试剂均为市售可得试剂,保证了实验的可行性。
2、研究平台:本课题依托于中国医学科学院药物研究所天然药物活性物质与功能国家重点实验室、拥有分析筛选中心、分子影像中心以及仪器设备共享平台,合成、鉴定、评价、成像手段完善可靠,可以对荧光性质,荧光寿命测试、时间分辨成像进行及时的测定与分析。所有仪器处于国际领先水平,并拥有实验中所需要的所有仪器及经验丰富的分析测试人员,保证了实验的可行性。
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