化学学报 ›› 2022, Vol. 80 ›› Issue (4): 553-562.DOI: 10.6023/A21120578 上一篇 下一篇
所属专题: 中国科学院青年创新促进会合辑
综述
许宁a,b, 乔庆龙a,*(), 刘晓刚c, 徐兆超a,b,*()
投稿日期:
2021-12-23
发布日期:
2022-04-28
通讯作者:
乔庆龙, 徐兆超
作者简介:
许宁, 博士研究生, 2018年7月毕业于山东理工大学化学化工学院, 获理学硕士学位. 目前就读于大连理工大学张大煜(化学)学院, 主要从事新型荧光团的开发以及荧光成像工作. |
乔庆龙, 大连化学物理研究所副研究员. 2017年获得大连理工大学博士学位, 2018年加入大连化学物理研究所徐兆超教授课题组, 2020年任副研究员, 主要研究方向为新型荧光染料开发、超分辨动态成像和蛋白质荧光探针. |
徐兆超, 大连化学物理研究所研究员, 博士生导师. 2006年毕业于大连理工大学, 师从钱旭红教授. 随后, 进入梨花女子大学的Juyoung Yoon教授课题组, 担任博士后研究员. 2008年10月起在剑桥大学David R. Spring教授课题组担任Herchel Smith Research Fellow. 2011年至今在中国科学院大连化学物理研究所任课题组组长. 主要研究方向为新型的荧光团设计和发光构效关系研究、蛋白质标记和传感、荧光探针、超分辨率荧光成像. |
基金资助:
Ning Xua,b, Qinglong Qiaoa(), Xiaogang Liuc, Zhaochao Xua,b()
Received:
2021-12-23
Published:
2022-04-28
Contact:
Qinglong Qiao, Zhaochao Xu
About author:
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有机小分子荧光染料研究已有170余年历史, 其结构和性能随着合成方法和应用需求的发展而不断革新, 已被广泛应用于荧光标记、探针和生物成像中. 近年来发展起来的超分辨荧光成像技术对有机小分子荧光染料的亮度、稳定性和开关性能等均提出了更高的要求, 这为染料发展带来了新的机遇. 当前, 化学工作者也将更多精力聚焦在染料结构改造提升有机小分子荧光染料的亮度与光稳定性. 激发态扭转的分子内电荷转移(TICT)是有机小分子荧光染料中主要的非辐射衰减途径之一. 因而, 抑制TICT能够很好地提升染料的亮度和光稳定性, 并成为目前针对超分辨成像技术发展高亮度和光稳定性的有机小分子荧光染料的主要方法. 本综述首先简要回顾了TICT的机制和发展过程, 而后重点介绍近些年通过抑制TICT策略来提升不同结构有机小分子荧光染料光谱性能方面的进展.
许宁, 乔庆龙, 刘晓刚, 徐兆超. 基于抑制扭转的分子内电荷转移(TICT)提升有机小分子荧光染料亮度及光稳定性※[J]. 化学学报, 2022, 80(4): 553-562.
Ning Xu, Qinglong Qiao, Xiaogang Liu, Zhaochao Xu. Enhancing Brightness and Photostability of Organic Small Molecular Fluorescent Dyes Through Inhibiting Twisted Intramolecular Charge Transfer (TICT)※[J]. Acta Chimica Sinica, 2022, 80(4): 553-562.
[1] |
Planchon, T. A.; Gao, L.; Milkie, D. E.; Davidson, M. W.; Galbraith, J. A.; Galbraith, C. G.; Betzig, E. Nat. Methods 2011, 8, 417.
doi: 10.1038/nmeth.1586 pmid: 21378978 |
[2] |
Hell, S. W. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 8054.
doi: 10.1002/anie.201504181 |
[3] |
Huang, B.; Babcock, H.; Zhuang, X.-W. Cell 2010, 143, 1047.
doi: 10.1016/j.cell.2010.12.002 pmid: 21168201 |
[4] |
Jones, S. A.; Shim, S.-H.; He, J.; Zhuang, X.-W. Nat. Methods 2011, 8, 499.
doi: 10.1038/nmeth.1605 pmid: 21552254 |
[5] |
Balzarotti, F.; Eilers, Y.; Gwosch, K. C.; Gynna, A. H.; Westphal, V.; Stefani, F. D.; Elf, J.; Hell, S. W. Science 2017, 355, 606.
doi: 10.1126/science.aak9913 pmid: 28008086 |
[6] |
Baddeley, D.; Bewersdorf, J. Annu. Rev. Biochem. 2018, 87, 965.
doi: 10.1146/annurev-biochem-060815-014801 pmid: 29272143 |
[7] |
Yu, J. Annu. Rev. Phys. Chem. 2016, 67, 565.
doi: 10.1146/annurev-physchem-040215-112451 |
[8] |
Sydor, A. M.; Czymmek, K. J.; Puchner, E. M.; Mennella, V. Trends Cell Biol. 2015, 25, 730.
doi: 10.1016/j.tcb.2015.10.004 |
[9] |
Huang, B.; Bates, M.; Zhuang, X.-W. Annu. Rev. Biochem. 2009, 78, 993.
doi: 10.1146/annurev.biochem.77.061906.092014 pmid: 19489737 |
[10] |
Wang, L.; Frei, M. S.; Salim, A.; Johnsson, K. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 2770.
doi: 10.1021/jacs.8b11134 pmid: 30550714 |
[11] |
Fernández-Suárez, M.; Ting, A. Y. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2008, 9, 929.
doi: 10.1038/nrm2531 |
[12] |
Uno, S. N.; Tiwari, D. K.; Kamiya, M.; Arai, Y.; Nagai, T.; Urano, Y. Microscopy 2015, 64, 263.
doi: 10.1093/jmicro/dfv037 |
[13] |
van de Linde, S.; Heilemann, M.; Sauer, M. Annu. Rev. Phys. Chem. 2012, 63, 519.
doi: 10.1146/annurev-physchem-032811-112012 |
[14] |
Yang, Z.-G.; Xiong, J.; Zhang, W.; Li, W.; Pan, W.-H; Zhang, J.-G.; Gu, Z.-Y.; Huang, M.-N.; Qu, J.-L. Acta Chim. Sinica 2020, 78, 130. (in Chinese)
doi: 10.6023/A19100374 |
(杨志刚, 熊佳, 张炜, 李文, 潘文慧, 张建国, 顾振宇, 黄美娜, 屈军乐, 化学学报, 2020, 78, 130.)
doi: 10.6023/A19100374 |
|
[15] |
Shcherbakova, D. M.; Sengupta, P.; Lippincott-Schwartz, J.; Verkhusha, V. V. Annu. Rev. Biophys. 2014, 43, 303.
doi: 10.1146/annurev-biophys-051013-022836 pmid: 24895855 |
[16] |
Mishin, A. S.; Belousov, V. V.; Solntsev, K. M.; Lukyanov, K. A. Curr. Opin. Chem. Biol. 2015, 27, 1.
doi: 10.1016/j.cbpa.2015.05.002 |
[17] |
Yu, M.; Zhang, Z.-J.; Zhu, G.-W.; Gu, Z.-H.; Duan, Y.-L.; Yu, L.-C.; Gao, G.-B.; Sun, T.-L. Acta Chim. Sinica 2021, 79, 1281. (in Chinese)
doi: 10.6023/A21070333 |
(余梦, 张子俊, 朱国委, 谷振华, 段玉霖, 余良翀, 高冠斌, 孙涛垒, 化学学报, 2021, 79, 1281.)
doi: 10.6023/A21070333 |
|
[18] |
Jin, D.-Y.; Xi, P.; Wang, B.-M.; Zhang, L.; Enderlein, J.; van Oijen, A. M. Nat. Methods 2018, 15, 415.
doi: 10.1038/s41592-018-0012-4 |
[19] |
Pan, L.-X.; Huang, Y.-Q.; Sheng, K.; Zhang, R.; Fan, Q.-L.; Huang, W. Acta Chimica Sinica, 2021, 79, 1097. (in Chinese)
doi: 10.6023/A21050219 |
(潘立祥, 黄艳琴, 盛况, 张瑞, 范曲立, 黄维, 化学学报, 2021, 79, 1097.)
doi: 10.6023/A21050219 |
|
[20] |
Cai, Z.; Zhang, Y.-W.; Jiang, L.-P.; Zhu, J.-J. Acta Chim. Sinica 2021, 79, 481. (in Chinese)
doi: 10.6023/A20120583 |
(蔡政, 张颖雯, 姜立萍, 朱俊杰, 化学学报, 2021, 79, 481.)
doi: 10.6023/A20120583 |
|
[21] |
Gao, H.-Q.; Jiao, D.; Ou, H.-L.; Zhang, J.-T.; Ding, D. Acta Chim. Sinica 2021, 79, 319. (in Chinese)
doi: 10.6023/A20100501 |
(高贺麒, 焦迪, 欧翰林, 章经天, 丁丹, 化学学报, 2021, 79, 319.)
doi: 10.6023/A20100501 |
|
[22] |
Luo, X.-R.; Chen, M.-W.; Yang, Q.-L. Acta Chim. Sinica 2020, 78, 373. (in Chinese)
doi: 10.6023/A20020045 |
(罗兴蕊, 陈敏文, 杨晴来, 化学学报, 2020, 78, 373.)
doi: 10.6023/A20020045 |
|
[23] |
Sang, R.-Y.; Xu, X.-P.; Wang, Q.; Fan, Q.-L.; Huang, W. Acta Chim. Sinica 2020, 78, 901. (in Chinese)
doi: 10.6023/A20050190 |
(桑若愚, 许兴鹏, 王其, 范曲立, 黄维, 化学学报, 2020, 78, 901.)
doi: 10.6023/A20050190 |
|
[24] |
Ren, J.-B.; Wang, L.; Guo, R.; Tang, Y.-H.; Zhou, H.-M.; Lin, W.-Y. Acta Chim. Sinica 2021, 79, 87. (in Chinese)
doi: 10.6023/A20080399 |
(任江波, 王蕾, 郭锐, 唐永和, 周红梅, 林伟英, 化学学报, 2021, 79, 87.)
doi: 10.6023/A20080399 |
|
[25] |
Hübner, K. Chem. Unserer Zeit 2006, 40, 274.
doi: 10.1002/ciuz.200690054 |
[26] |
Travis, A. S. Technol. Cult. 1990, 31, 51.
doi: 10.2307/3105760 |
[27] |
Beija, M.; Afonso, C. A.; Martinho, J. M. G. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 2410.
doi: 10.1039/b901612k |
[28] |
Lavis, L. D. Annu. Rev. Biochem. 2017, 86, 825.
doi: 10.1146/annurev-biochem-061516-044839 pmid: 28399656 |
[29] |
Lavis. L. D.; Raines. R. T. ACS Chem. Biol. 2014, 9, 855.
doi: 10.1021/cb500078u pmid: 24579725 |
[30] |
Lavis, L. D.; Raines, R. T. ACS Chem. Biol. 2008, 3, 142.
doi: 10.1021/cb700248m pmid: 18355003 |
[31] |
Zheng, Q.-S.; Lavis, L. D. Curr. Opin. Chem. Biol. 2017, 39, 32.
doi: 10.1016/j.cbpa.2017.04.017 |
[32] |
Grabowski, Z. R.; Rotkiewicz, K.; Rettig, W. Chem. Rev. 2003, 103, 3899.
pmid: 14531716 |
[33] |
Rotkiewicz, K.; Grellmann, K. H.; Grabowski, Z. R. Chem. Phys. Lett. 1973, 19, 315.
doi: 10.1016/0009-2614(73)80367-7 |
[34] |
Rettig, W. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1986, 25, 971.
doi: 10.1002/anie.198609711 |
[35] |
Ozawa, R.; Hayashita, T.; Matsui, T.; Nakayama, C.; Yamauchi, A.; Suzuki, I. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 2008, 60, 253.
doi: 10.1007/s10847-007-9373-5 |
[36] |
Wang, C.; Chi, W.-J.; Qiao, Q.-L.; Tan, D.; Xu, Z.-C.; Liu, X.-G. Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 12656.
doi: 10.1039/D1CS00239B |
[37] |
Grabowski, Z. R.; Rotkiewicz, K.; Siemiarczuk, A. J. Lumin. 1979, 18-19, 420.
doi: 10.1016/0022-2313(79)90153-4 |
[38] |
Jones, G.; Jackson, W. R.; Choi, C. Y.; Bergmark, W. R. J. Phys. Chem. 1985, 89, 294.
doi: 10.1021/j100248a024 |
[39] |
Whitaker, J. E.; Haugland, R. P.; Ryan, D.; Hewitt, P. C.; Haugland, R. P.; Prendergast, F. G. Anal. Biochem. 1992, 207, 267.
pmid: 1481981 |
[40] |
Kubin, R. F.; Fletcher, A. N. J. Lumin. 1982, 27, 445.
|
[41] |
Song, X.-Z.; Johnson, A.; Foley, J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 17652.
doi: 10.1021/ja8075617 |
[42] |
Grimm, J. B.; English, B. P.; Chen, J.-J.; Slaughter, J. P.; Zhang, Z.-J.; Revyakin, A.; Patel, R.; Macklin, J. J.; Normanno, D.; Singer, R. H.; Lionnet, T.; Lavis, L. D. Nat. Methods 2015, 12, 244.
doi: 10.1038/nmeth.3256 |
[43] |
Grimm, J. B.; Muthusamy, A. K.; Liang, Y.-J.; Brown, T. A.; Lemon, W. C.; Patel, R.; Lu, R.-W.; Macklin, J. J.; Keller, P. J.; Ji, N.; Lavis, L. D. Nat. Methods 2017, 14, 987.
|
[44] |
Liu, X.-G.; Qiao, Q.-L.; Tian, W.-M.; Liu, W.-J.; Chen, J.; Lang, M. J.; Xu, Z.-C. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 6960.
doi: 10.1021/jacs.6b03924 |
[45] |
Du, J.-J.; Gu, Q.-Y.; Chen, J.-Y.; Fan, J.-L.; Peng, X.-J. Sens. Actuators B Chem. 2018, 265, 204.
doi: 10.1016/j.snb.2018.02.176 |
[46] |
Xu, Z.-Y.; Zhao, X.-F.; Zhou, M.; Zhang, Z.-J.; Qin, T.-Y.; Wang, D.; Wang, L.; Peng, X.-J.; Liu, B. Sens. Actuators B Chem. 2021, 345, 130367.
doi: 10.1016/j.snb.2021.130367 |
[47] |
Ye, Z.-W; Yang, W.; Wang, C.; Zheng, Y.; Chi, W.-J; Liu, X.-G; Huang, Z.-L; Li, X.-Y.; Xiao, Y. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 14491.
doi: 10.1021/jacs.9b04893 |
[48] |
Lv, X.; Gao, C.-M.; Han, T.-H.; Shi, H.; Guo, W. Chem. Commun. 2020, 56, 715.
doi: 10.1039/C9CC09138F |
[49] |
Lv, X.; Han, T.-H.; Wu, Y.; Zhang, B.-R.; Guo, W. Chem. Commun. 2021, 57, 9744.
doi: 10.1039/D1CC03360C |
[50] |
Singha, S.; Kim, D.; Roy, B.; Sambasivan, S.; Moon, H.; Rao, A. S.; Kim, J.; Joo, Y. T.; Park, J. W.; Rhee, Y. M.; Wang, T.; Kim, K. H.; Shin, Y. H.; Jung, J.; Ahn, K. H. Chem. Sci. 2015, 6, 4335.
doi: 10.1039/C5SC01076D |
[51] |
Hoelzel, C. A.; Hu, H.; Wolstenholme, C. H.; Karim, B. A.; Munson, K. T.; Jung, K. H.; Zhang, H.; Liu, Y.; Yennawar, H. P.; Asbury, J. B.; Li, X.-S.; Zhang, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 4785.
doi: 10.1002/anie.201915744 pmid: 31922642 |
[52] |
Butkevich, A. N.; Bossi, M. L.; Lukinavičius, G.; Hell, S. W. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 981.
doi: 10.1021/jacs.8b11036 pmid: 30562459 |
[53] |
Kuznetsova, N. A.; Kaliya, O. L. Russ. Chem. Rev. 1992, 61, 683.
doi: 10.1070/RC1992v061n07ABEH000992 |
[54] |
Winters, B. H.; Mandelberg, H. I.; Mohr, W. B. Appl. Phys. Lett. 1974, 25, 723.
doi: 10.1063/1.1655376 |
[55] |
Chen, C.-C.; Lu, C.-S.; Mai, F.-D.; Weng, C.-S. J. Hazard. Mater. 2006, 137, 1600.
doi: 10.1016/j.jhazmat.2006.04.047 |
[56] |
Li, X.-Z.; Liu, G.-M.; Zhao, J.-C. New J. Chem. 1999, 23, 1193.
doi: 10.1039/a906765e |
[57] |
Evans, N. A. J. Soc. Dyers Colour. 1973, 89, 332.
|
[58] |
Grimm, J. B.; Xie, L.-Q.; Casler, J. C.; Patel, R.; Tkachuk, A. N.; Falco, N.; Choi, H.; Lippincott-Schwartz, J.; Brown, T. A.; Glick, B. S.; Liu, Z.; Lavis, L. D. JACS Au 2021, 1, 690.
doi: 10.1021/jacsau.1c00006 |
[59] |
Rappoport, D.; Furche, F. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1277.
pmid: 14746501 |
[60] |
Köhn, A.; Hättig, C. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 7399.
doi: 10.1021/ja0490572 |
[61] |
Jödicke, C. J.; Lüthi, H. P. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 252.
doi: 10.1021/ja020361+ |
[62] |
Wang, C.; Qiao, Q.-L.; Chi, W.-J.; Chen, J.; Liu, W.-J.; Tan, D.; McKechnie, S.; Lyu, D.; Jiang, X.-F.; Zhou, W.; Xu, N.; Zhang, Q.-S.; Xu, Z.-C.; Liu, X.-G. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 10160.
|
[1] | 杨志刚, 熊佳, 张炜, 李文, 潘文慧, 张建国, 顾振宇, 黄美娜, 屈军乐. 可用于活细胞线粒体随机光学重构超分辨成像的分子内可逆环化五甲川菁染料探针[J]. 化学学报, 2020, 78(2): 130-139. |
[2] | 赵秘, 李浩华, 沈小平. 电化学沉积法制备CeO2@Ag@CdSe纳米管阵列及其光电化学性能研究[J]. 化学学报, 2016, 74(10): 825-832. |
[3] | 钱妍, 蔡敏敏, 解令海, 黄维. 基于2-(2 -羟基苯基)苯并噻唑的激发态分子内质子转移化合物的光物理行为研究[J]. 化学学报, 2010, 68(22): 2285-2289. |
[4] | 郭丰启,赵泉波,王夺元. 五氮齿大环金属配合物的光褪色动力学研究[J]. 化学学报, 2001, 59(6): 815-819. |
[5] | 郑曼丽,刘日新,吴世康. 高分子三重态敏化剂的研究IV: 高分子苯乙酮及其衍生物的光谱, 磷光量子产率及光敏化光稳定问题的研究[J]. 化学学报, 1990, 48(4): 406-410. |
[6] | 戴光松,刘鲁生,张建科,吴世康. β-二酮化合物光稳定行为的研究[J]. 化学学报, 1987, 45(6): 564-568. |
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