發(fā)布時間：2020-07-13 16:57

【摘要】：各種陰離子、陽離子、酶及生物小分子在生物體的生理病變中扮演著獨特的角色,并對維持其生命體的健康發(fā)揮著重要的作用。高效、專一、靈敏的檢測方法是深入了解這些物質(zhì)在生命活動中的功能及影響,進一步的闡述其產(chǎn)生過程、運輸途徑以及作用部位等的重要手段,也是生物分析和化學分析領(lǐng)域的熱點問題之一。熒光分析法作為一類獨特的分析檢測技術(shù),具有靈敏度高、選擇性強、對生物樣品無損傷性等優(yōu)點,且具有實時原位檢測以及多重信號輸出的功能,已經(jīng)應(yīng)用于多種生物相關(guān)物質(zhì)的生物檢測及分析,被視為是研究分析生物體內(nèi)各類物質(zhì)生理、生化過程的重要檢測工具之一。本論文以新型有機小分子熒光探針為核心,選取了一些在生命過程中起到重要作用的有機分析物為檢測目標,通過對羅丹明類熒光染料的合理設(shè)計、合成,成功地構(gòu)建了一系列基于羅丹明類比率型有機小分子熒光探針。在實現(xiàn)對這些分析物識別檢測的同時,通過對其結(jié)構(gòu)和識別環(huán)境進行改進和創(chuàng)新,改善探針自身的一些不足,不僅增加了探針的功能化,還對檢測分析物的靈敏度和自身水溶性得到了提高。本論文主要研究結(jié)果如下:1、以羅丹明-香豆素染料為熒光母核,以異硫氰酸苯酯為識別基團,設(shè)計、合成出兩種對HClO響應(yīng)的比率型熒光探針RHClO-1和RHClO-2。RHClO-1能夠在包含30%乙醇的磷酸鹽緩沖液(PBS:EtOH=7:3,v/v,p H 7.4)體系下對HClO進行靈敏、專一的識別,其檢出限能夠達到0.64μM。優(yōu)化后的探針RHClO-2能夠在包含1%二甲亞砜的PBS溶液(PBS:DMSO=99:1,v/v,p H 7.4)體系下對HClO進行更為靈敏的識別,其檢出限能夠達到0.042μM。兩種探針溶液都擁有加入HClO之后發(fā)生從無色變?yōu)榧t色的比色現(xiàn)象,從而可以制備成經(jīng)濟、實用的試紙條用于HClO的快速檢測,實現(xiàn)裸眼識別HClO的目的。此外,具有低毒性、良好的膜滲透性以及更為優(yōu)異水溶性的RHClO-2(相對于RHClO-1)被成功應(yīng)用于內(nèi)源性HClO的生物細胞成像研究,展示了其潛在的實用價值。2、以羅丹明-萘甲酰亞胺染料為熒光團,設(shè)計、合成出兩種對~-ONOO響應(yīng)的溶酶體定位型比率熒光探針RH-NO1和RH-NO2。利用分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化、泛密度函數(shù)理論以及光譜學性能,證明探針RH-NO1的母體結(jié)構(gòu)包含PET和FRET兩種機理,為實現(xiàn)只在溶酶體酸性環(huán)境中,以及目標分析物出現(xiàn)的情況下實現(xiàn)熒光分析提供了理論基礎(chǔ)。通過優(yōu)化改善后的RH-NO2能夠在包含1%乙醇的PBS溶液(PBS:EtOH=99:1,v/v,p H5.5)體系下對~-ONOO進行更為靈敏的識別,其檢出限能夠達到0.02μM。最終,具有更快響應(yīng)速率的RH-NO2通過嗎啉環(huán)對溶酶體進行定位,成功實現(xiàn)對細胞溶酶體內(nèi)的內(nèi)源性~-ONOO熒光成像分析。3、通過將羅丹明染料與色原酮分子骨架有機結(jié)合,設(shè)計、合成出一種對NH_2NH_2和H_2O_2具有不同響應(yīng)的多功能熒光探針RH-1。RH-1能夠在實驗所選的35中分析物中通過比色的方法對NH_2NH_2進行分析檢測,其檢出限為0.27μM(9.8 ppb),低于美國環(huán)境保護署規(guī)定人體內(nèi)最高攝入量(10 ppb)。另外能夠通過熒光的方法對H_2O_2進行分析檢測。其檢出限為0.16μM,遠遠低于人體最大承受量(1μM)。最后探針成功的制備成簡單方便的試紙條用于NH_2NH_2快速檢測以及成功實現(xiàn)外源性H_2O_2的生物細胞成像實驗。綜上所述,本研究通過對羅丹明類染料的合理設(shè)計及合成,通過更進一步的對探針結(jié)構(gòu)及檢測體系進行優(yōu)化、改進,成功地構(gòu)建了三種功能化的有機小分子熒光探針,實現(xiàn)了對活性氧物質(zhì)(HClO、~-ONOO和H_2O_2)以及生物毒性物質(zhì)(NH_2NH_2)的高靈敏性、高選擇性的檢測。該研究為羅丹明類有機小分子熒光探針在生物分析領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了研究基礎(chǔ)和指導(dǎo),同時也為構(gòu)建更加靈敏和高效的羅丹明類有機小分子熒光探針提供了新的方法和思路。
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O657.3
【圖文】：

羅丹明類比率型熒光探針構(gòu)建及生物傳感應(yīng)用輻射躍遷回到 S1，在這個非輻射躍遷過程中能量以振動弛豫（VR）、內(nèi)竄越（ISC）等形式釋放�；氐� S1的電子再通過輻射躍遷到 S0，在這中能量以發(fā)射光的形式被釋放，此時的發(fā)射光被認為是熒光。而激發(fā)第一激發(fā)三重態(tài)（T1），然后再通過輻射躍遷到 S0的過程中就會釋放過程中，由于能量會以 VR、IC 以及 ISC 的形式損失消耗掉，因此熒高于其發(fā)射光頻率，故而在光譜圖中一般會展現(xiàn)出物質(zhì)的吸收波長要Fernandez et al. 2016; Desai et al. 2018; Kalyanaraman et al. 2017）。

圖 1-2 熒光探針的結(jié)構(gòu)示意圖。Fig. 1-2 Structure diagram of fluorescent probe探針主要是由三個功能單元組成，如圖 1-2 所示，或者與目標檢測物能夠發(fā)生特定的化學反應(yīng)的識別

團是整個探針分子提供光學信號的核心，它的主要功能是將轉(zhuǎn)化為光學信號（Roy et al. 2015; Tse et al. 2016）。大多數(shù)的熒光物理性能，都具有剛性平面結(jié)構(gòu)以及連續(xù)的共軛π鍵（Wei構(gòu)的不同，不同類型的熒光基團常常表現(xiàn)出差異性很大的光學光探針的設(shè)計中，常常根據(jù)目標分析物性質(zhì)以及產(chǎn)生的來源性、熒光量子產(chǎn)率、Stokes 位移值、吸收與發(fā)射波長、光化學（Huang et al. 2014; Cheruku et al. 2015;Shi et al. 2018）。見的熒光基團包括氧雜蒽類（Xu et al. 2013; Lv et al. 2017）、香Xiong et al. 2018）、菁染料類（Lin et al. 2017; Yu et al. 2012）、萘、氟硼熒類（Zhang et al. 2017g;Xu et al. 2017a）、四苯乙烯類（Jia015）以及丹磺酰氯類（Xi et al. 2018）等。下面就本文涉及的蒽類

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

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相關(guān)博士學位論文 前3條

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本文編號：2753729