【摘要】：半花菁染料屬于花菁的一種,具有摩爾吸光系數(shù)較大、吸收和發(fā)射波長相對較長、熒光量子產(chǎn)率較高、斯托克斯位移大等優(yōu)點,在合成熒光探針時備受青睞。但是半花菁類染料結(jié)構(gòu)上沒有可以修飾的參與共軛的基團,難以用保護去保護的方式來構(gòu)建熒光探針。因此,有必要開發(fā)新的識別機理來構(gòu)建基于半花菁染料的熒光探針。非完全N烷基化的半花菁中含有席夫堿基團(SB,-C=N-),通過調(diào)控席夫堿中N原子的質(zhì)子化(PSB形式)/去質(zhì)子化平衡的移動,可實現(xiàn)對半花菁光譜的調(diào)控。此外,改變半花菁染料中席夫堿附近基團的吸電子能力,將會引起半花菁席夫堿pKa值的變化,從而引起染料光譜性質(zhì)的顯著改變,這種半花菁席夫堿的SB和PSB形式之間平衡的移動為調(diào)整染料光學(xué)性質(zhì)提供了一個新策略。本論文的主要工作是通過分子識別反應(yīng)調(diào)控半花菁的SB形式和PSB形式在水溶液中的平衡,構(gòu)建了檢測相鄰巰基蛋白(VDPs)、硒代半胱氨酸(Sec)和苯硫酚的新型熒光探針。主要工作如下:(1)利用分子識別反應(yīng)可改變半花菁熒光探針(MCAs)所處的微環(huán)境,從而改變MCAs中亞胺基團的pKa值。據(jù)此原理,我們構(gòu)建了一個專一檢測VDPs的熒光探針。在水溶液中,MCAs亞胺基團的pKa為4.8,因此在生理pH條件下(pH 7.4),MCAs主要以席夫堿(SB)的形式存在。由于缺乏可產(chǎn)生共軛的正電荷,MCAs的吸收波長較短且基本沒有熒光。當(dāng)MCAs與還原性牛血清蛋白(rBSA)結(jié)合之后(rBSA為VDPs的模型蛋白),MCAs從水相進入rBSA的疏水腔體,從而導(dǎo)致MCAs的pKa值顯著升高(pKa=7.1)。因此,在生理pH條件下,MCAs質(zhì)子化席夫堿(PSB)的形式增多,從而導(dǎo)致檢測體系的吸收波長顯著紅移,同時熒光強度顯著升高。該探針對VDPs的檢測具有很好的靈敏度和選擇性,利用該探針成功實現(xiàn)細胞中VDPs的成像分析。(2)文獻報道,吸電子基團可以顯著減低亞胺基團pKa值。據(jù)此原理,我們在半花菁席夫堿的結(jié)構(gòu)中引入強吸電子能力的2,4-二硝基苯磺酰基,構(gòu)建了專一檢測硒醇的熒光探針MC-Sec。MC-Sec的pKa值為6.40,在生理pH下,它主要以其SB形式存在。由于缺少亞胺陽離子,MC-Sec的SB形式熒光信號微弱。當(dāng)向其溶液中加入Sec后,Sec可以和MC-Sec中的2,4-二硝基苯磺酰胺鍵發(fā)生親核取代反應(yīng),釋放出pKa值較高的熒光團MCP(pKa=9.0)。因此,在生理pH條件下,MCP主要以其質(zhì)子化席夫堿(PSB)的形式存在,從而導(dǎo)致檢測體系的吸收波長顯著紅移,熒光強度顯著升高。該探針對Sec的檢測具有高的選擇性和靈敏度,并可實現(xiàn)血清和活細胞中內(nèi)源性和外源性Sec的檢測。(3)在前面工作的基礎(chǔ)上,根據(jù)半花菁甲川鏈上引入橋環(huán)結(jié)構(gòu),會使半花菁染料的波長紅移及吸電子基團可以顯著減低亞胺基團pKa值的原理,我們構(gòu)建了一種可專一檢測苯硫酚的近紅外熒光探針MCSH。該探針的發(fā)射波長在627 nm,pKa為4.11。中性條件下,它主要以沒有熒光的SB形式存在。與苯硫酚反應(yīng)后,MCSH內(nèi)的2,4-二硝基苯磺酰胺鍵斷裂,釋放出MCPD(pKa值為8.11)。中性條件下,它主要以PSB的形式存在,從而使得檢測體系的熒光發(fā)射波長發(fā)生紅移,熒光信號增強,實現(xiàn)了苯硫酚的檢測。MCSH對苯硫酚的檢測具有很好的專一性和較高的靈敏度。該近紅外熒光探針不僅可實現(xiàn)實際水樣中苯硫酚的定量檢測,還成功實現(xiàn)了活細胞中苯硫酚的生物成像。(4)除了上面三個工作之外,本論文還通過將羅丹明6G酸中兩個N原子亞硝化的方法,合成了一種新型光控NO供體NOG。該供體在水溶液中以無色無熒光的螺內(nèi)酯形式(關(guān)環(huán))存在。被365 nm紫外光照射后,NOG可釋放出NO和羅丹明6G酸(開環(huán)形式),在547 nm處產(chǎn)生強的熒光信號。利用該分子可實現(xiàn)準(zhǔn)確檢測所釋放NO的目的,克服一般NO供體釋放的不可控及難測量的缺陷。此外,該光控NO供體不受生物硫醇及其他物質(zhì)的干擾,可實現(xiàn)時間和空間上細胞內(nèi)NO釋放的實時監(jiān)測。
【圖文】：

[3-10]。圖1.1 經(jīng)典菁染料的兩個極限共振體一般來說，花菁染料可以被分為：花菁染料、半花菁染料、oxonol 染料、部花菁染料和方酸菁染料[11-16]。作為花菁家族的一個主要成員，半花菁被經(jīng)常用于開發(fā)和構(gòu)建熒光探針[17-20]。在結(jié)構(gòu)上，半花菁包含一個具有正電荷的季胺雜環(huán)（如吡啶、喹啉、吲哚、噻唑、吡咯等鹽，作為電子受體）和一個末端羥基、烷氧基或者氨基（如常見的苯胺結(jié)構(gòu)，，作為電子供體），它們之間通過一個共軛體系連接在一起（如常見的甲川）[8, 21-28]。由于兩邊發(fā)色團電性的不同，半花菁具有典型的推-拉烯烴式（電子供體-共軛橋-電子受體）結(jié)構(gòu)[29, 30]。早在二十世紀(jì)九十年代，F(xiàn)romherz P.等人就將半花菁熒光染料應(yīng)用于水蛭神經(jīng)元細胞方面的研究[31, 32]。目前

Scheme 2.1 MCAs 對 VDPs 熒光響應(yīng)的示意圖，所有化學(xué)藥品都是市售試劑，使用之前沒有進一步和 DAPI 均購于西格瑪奧德里奇。實驗中所用水都是存還原型牛血清白蛋白和其他還原型蛋白質(zhì)[12]。 2.1。主要步驟MCAs 溶于丙酮得到儲備液（1 mM）。在一系列含有 pH 7.4）和 45 μL（或 15 μL）MCAs（1 mM）的試管，隨后用水稀釋到 5.0 mL。在 37 °C 水浴中反應(yīng) 25
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O657.3

【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張偉;苯乙烯吡啶鹽類半花菁熒光染料設(shè)計、合成和應(yīng)用[D];蘇州大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 徐阿強;半花菁類近紅外有機熒光染料的設(shè)計、合成及其生物成像應(yīng)用[D];南京郵電大學(xué);2017年

2 于鵬美;半花菁熒光染料的合成及其構(gòu)效關(guān)系的分析[D];蘇州大學(xué);2016年

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5 常麗芳;基于新型半花菁染料的DNA熒光探針[D];天津理工大學(xué);2014年

本文編號：2670068