【摘要】：礦石的開采,冶煉及工業(yè)廢水的大肆排放等人為活動導(dǎo)致了大量的重金屬離子進入環(huán)境。重金屬離子不同于其他污染物,其無法被微生物所降解,還會隨著食物鏈不斷的遷移和富集,最后被人體攝入從而引發(fā)健康問題。因此環(huán)境中重金屬離子的有效監(jiān)測是至關(guān)重要的,其也是環(huán)境治理的重要前提。熒光檢測技術(shù)是一種具有選擇性好,靈敏度高,檢測成本低,響應(yīng)快,信號肉眼可見等優(yōu)點的有效檢測技術(shù),其已經(jīng)被成功的用于環(huán)境檢測及生物醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域。其中在重金屬離子檢測方面的應(yīng)用尤為廣泛。近年來,國內(nèi)外報道的熒光探針對于特定目標金屬離子的檢測均能達到了較好的效果,但同時大多數(shù)探針存在的制備過程繁瑣,檢測靈敏度偏低,響應(yīng)單一等缺陷在推廣應(yīng)用上也受到了很大的局限,這已然成了科學(xué)研究者亟待解決的問題。本論文構(gòu)建了一系列制備簡單、良好檢測效果的單重可逆型熒光探針,接力識別型熒光探針,雙重響應(yīng)型熒光探針及多重響應(yīng)型熒光探針,并實現(xiàn)了對環(huán)境及生物體內(nèi)特定目標金屬離子的選擇性識別檢測。通過對探針體系的光學(xué)性質(zhì)進行一系列的表征,檢測及機理實驗,闡明了其物化性質(zhì),光學(xué)信號變化機制及對目標離子的選擇性響應(yīng)原理等。1、一種可逆型的Cu~(2+)熒光探針的構(gòu)建及其應(yīng)用研究基于簡單的C=N雙鍵增加肉桂醛體系共軛度的原理構(gòu)建一種新型的ON-OFF熒光探針。該探針對Cu~(2+)具有獨特的熒光響應(yīng)選擇性。在紫外燈的照射下向探針溶液體系中加入Cu~(2+)離子,體系綠色熒光發(fā)生淬滅,熒光信號肉眼可見。通過光學(xué)譜圖等對探針的光學(xué)性質(zhì)及識別性能進行了一系列的討論分析。發(fā)現(xiàn)該探針對Cu~(2+)離子表現(xiàn)出較低的檢出限(2.65×10~(-9) M),強的抗干擾性及可逆性等優(yōu)點。同時,基于密度泛函理論分別對探針和[探針-Cu~(2+)]復(fù)合物的幾何構(gòu)型和能級分布進行了計算分析來進一步輔助理解響應(yīng)機制。最后還將具有低的毒理性和良好細胞穿透性的探針用于活體細胞中目標Cu~(2+)的成像分析,展示了該探針在活體細胞中的實際應(yīng)用價值。2、一種Fe~(3+)和磷酸根離子的接力識別型熒光探針的構(gòu)建及應(yīng)用研究以剛性平面結(jié)構(gòu)的氰基聯(lián)苯為熒光信號基團,并引入含強親合性氮原子的苯基噻唑提高其選擇性識別,設(shè)計制備了一種新型的Fe~(3+)和PO_4~(3-)離子的接力識別型熒光探針。該探針先對Fe~(3+)表現(xiàn)出極好的選擇性熒光猝滅響應(yīng),形成的[探針-Fe~(3+)]復(fù)合物體系又可以作為一個新的原位檢測體系用于接力識別PO_4~(3-)并釋放出自由探針使體系恢復(fù)紅色熒光�；诖罅康墓鈱W(xué)實驗分析得知該探針及[探針-Fe~(3+)]復(fù)合體分別對Fe~(3+)和PO_4~(3-)表現(xiàn)出了高的選擇性,靈敏性及抗干擾性等檢測優(yōu)點。還通過質(zhì)譜和紫外可見吸收光譜對[探針-Fe~(3+)]復(fù)合體的形成進行了驗證。并基于實驗工作曲線和理論計算相結(jié)合的方式探討了探針與Fe~(3+)的結(jié)合計量比及結(jié)合方式。同樣成功地將探針用于實際水樣中對Fe~(3+)離子的加標檢測及活體細胞中Fe~(3+)離子的成像。該探針為開發(fā)設(shè)計新型的熒光探針用于金屬陽離子和陰離子的接力檢測提供了平臺。3、一種對Zn~(2+)和Hg~(2+)具有雙識別性能的熒光探針的構(gòu)建及其應(yīng)用研究首先設(shè)計合成了具有對稱結(jié)構(gòu)的2,6-二甲�；�-4-甲基苯酚,并基于向兩個甲�；弦肽繕穗x子響應(yīng)位點而構(gòu)建了一種具有雙識別性能的新型熒光探針。該探針對純水環(huán)境中的Zn~(2+)和Hg~(2+)離子分別表現(xiàn)出了綠色和紅色的熒光響應(yīng)信號及高的選擇性和靈敏性。基于系列的光譜實驗分析可知該探針對Zn~(2+)和Hg~(2+)離子的檢測限可達納摩爾級,而且結(jié)合常數(shù)較高且抗干擾能力強。同時基于密度泛函理論對探針、[探針-Zn~(2+)]離子以及[探針-Hg~(2+)]復(fù)合體的幾何構(gòu)型,前沿分子軌道能級分布及NBO等進行了計算分析,合理闡述了探針對Zn~(2+)和Hg~(2+)離子的熒光響應(yīng)機理。同時還將探針用于真實環(huán)境水樣中Zn~(2+)和Hg~(2+)的加標檢測及活體細胞中目標離子的成像分析。此工作提出了一種探針識別雙金屬離子的熒光檢測方法,提高了環(huán)境、生物體中金屬離子檢測效率、降低了人力及檢測成本,為多重響應(yīng)型熒光檢測技術(shù)的開發(fā)提供了新思路。4、一種新型的多重響應(yīng)型金屬離子熒光探針的構(gòu)建及應(yīng)用研究基于金屬離子控制羅丹明染料螺環(huán)開環(huán)及對氰基聯(lián)苯酚異構(gòu)化來實現(xiàn)熒光可控的原理構(gòu)建了一種對Zn~(2+)、Al~(3+)、Fe~(3+)和Cr~(3+)具有多重識別性能的新型熒光探針。該探針自身無熒光發(fā)射,當(dāng)探針的溶液體系加入目標金屬離子后,金屬離子誘導(dǎo)探針結(jié)構(gòu)發(fā)生不同的變化而分別呈現(xiàn)出不同的熒光信號。通過系列的光學(xué)實驗討論了探針對Zn~(2+)、Al~(3+)、Fe~(3+)和Cr~(3+)四種目標離子的選擇性及高靈敏性。此外還討論了常見金屬離子及陰離子共存時對目標離子檢測的影響。采用密度泛函理論對探針與探針-金屬復(fù)合體幾何構(gòu)型進行了優(yōu)化,并對熱力學(xué)參數(shù)及前沿分子軌道能級分布進行了分析,并結(jié)合~1H NMR光譜分析對探針體系呈現(xiàn)出的不同熒光響應(yīng)及其機制進行了解釋說明。最后探針被成功的用于實際水樣中目標離子的加標檢測,同時還將探針制備成了便捷式檢測條,可用于目標離子的快速定性分析。本研究為成功將熒光檢測技術(shù)應(yīng)用實際樣品中多種金屬離子的簡單、快速檢測奠定基礎(chǔ)。5、一種雙識別位點的pH熒光響應(yīng)型及Cu~(2+)比色響應(yīng)型探針的構(gòu)建及其應(yīng)用研究基于酸控制羅丹明染料螺環(huán)開環(huán)和堿控制3-甲酰基-4-羥基-4-氰基聯(lián)苯的烯醇式異構(gòu)化為酮式結(jié)構(gòu)構(gòu)建了一種雙位點的新型熒光探針。該探針不僅可以對體系pH進行熒光檢測,同時在中性條件下還可以對Cu~(2+)離子進行比色識別。探針在酸性pH條件下,體系呈現(xiàn)出明顯的紅色熒光;堿性pH條件下,體系呈現(xiàn)出黃綠色熒光;中性條件下無色無熒光,銅離子的加入會導(dǎo)致探針體系的顏色發(fā)生由無色到粉紅色的變化。通過光學(xué)實驗討論了探針在不同pH條件下的光譜變化,驗證了探針的熒光性質(zhì)能會隨所處環(huán)境的pH變化而變化,而且具有可逆性。此外探針對Cu~(2+)的比色識別也表現(xiàn)出了選擇性,高靈敏性及抗干擾等優(yōu)點。除了Cu~(2+)離子外常見陰陽離子對pH的檢測并無影響。最后還通過細胞成像實驗討論了探針對生物細胞內(nèi)pH的響應(yīng)效果。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X832
【圖文】：

圖 1.4 探針對銅離子的熒光響應(yīng)示意圖hematic diagram of fluorescence respond mechanism of pro等人[40]合成了一種新型羅丹明 6G 衍生物熒光增對銅離子表現(xiàn)出高靈敏的熒光響應(yīng)，當(dāng)加入 10了約 80 倍。銅離子的檢測限可低達 3.0×10-7M應(yīng)的，而且是可逆的。更重要的是銅離子加入引會因其他重金屬或過渡金屬離子的共存而受到干檢測應(yīng)用對探針的要求。該探針還成功的被用于對活體細胞中銅離子的熒光成像分析，這也表明際應(yīng)用價值。

f fluorescence respond mechanism of probe to Cu2+.Yan Zhao 等人[40]合成了一種新型羅丹明 6G 衍生物熒光增強型探針。如圖1.5 所示，該探針對銅離子表現(xiàn)出高靈敏的熒光響應(yīng)，當(dāng)加入 10 當(dāng)量的 Cu2+時，體系的熒光增強了約 80 倍。銅離子的檢測限可低達 3.0×10-7M。該探針對 Cu2+的傳感是瞬間響應(yīng)的，而且是可逆的。更重要的是銅離子加入引起的溶液顏色和熒光的變化并不會因其他重金屬或過渡金屬離子的共存而受到干擾，這一性質(zhì)也恰好滿足了實際檢測應(yīng)用對探針的要求。該探針還成功的被用于真實水樣中目標離子的檢測以及對活體細胞中銅離子的熒光成像分析，這也表明了探針在環(huán)境和生物細胞中的實際應(yīng)用價值。圖 1.5 探針對 Cu2+的熒光響應(yīng)示意圖及細胞成像Fig. 1.5 Schematic diagram of fluorescence respond mechanism of probe to Cu2+and the cellimaging.

基于熒光響應(yīng)的金屬離子傳感器的構(gòu)建及其應(yīng)用研究Sivaiah Areti 等人[41]報道了一種基于香豆素的 Cu2+熒光傳感探針，其是以熒光團香豆素與水溶性的葡萄糖通過 C=N 雙鍵結(jié)合制備而成，該探針化合物由于葡萄糖的引入大大增強了體系的水溶性，減少了有機溶劑的引入。探針自身在490 nm 處有一個強的發(fā)射峰，當(dāng)與銅離子結(jié)合后體系的熒光發(fā)生了很大程度的猝滅，猝滅程度高達 95%以上，而其他常見金屬離子的加入并沒有引起體系熒光的變化，這表明該探針對 Cu2+具有特異性識別性能。為了討論銅離子與探針的結(jié)合方式，研究人員還采用了密度泛函理論計算（DFT）對金屬與探針復(fù)合物的兩種異構(gòu)形式的構(gòu)型進行了優(yōu)化分析。此外還將探針附于硅膠板上制備了便攜式的 Cu2+檢測固體板，而且探針對血清及活體細胞中的 Cu2+也表現(xiàn)出很好的熒光響應(yīng)。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 湯立軍;鄭竹軒;邊延江;;具有接力識別功能的熒光探針研究進展[J];化學(xué)通報;2015年05期

2 羅艷玲;劉亞軍;;超氧負離子在生物發(fā)光中的作用[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報;2015年01期

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本文編號：2795748