發(fā)布時間：2017-12-16 11:21

  本文關(guān)鍵詞：四苯基乙烯衍生物的設(shè)計合成及其在生物檢測和生物成像中的應用

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【摘要】：生物檢測和生物成像對聚集誘導發(fā)光(AIE)材料的設(shè)計制備提出了與普通AIE材料不同的要求,具有水溶性的材料具有較高的檢測的分辨率和可靠性;而具有紅光發(fā)射的材料能夠獲得較高的信噪比和成像靈敏度;同時,具有雙光子性能的熒光染料能夠在雙光子熒光顯微鏡下獲得比普通單光子顯微鏡更深的成像深度。然而由于設(shè)計合成上的困難,目前這類材料的種類和數(shù)量還十分有限,本論文通過改造傳統(tǒng)熒光生色團、在AIE分子中引入D-A結(jié)構(gòu)、制備水溶性納米粒子和在四苯基乙烯(TPE)基團中引入正負電荷等方法制備紅光AIE材料和水溶性AIE材料,并且研究它們在生物檢測和生物成像中的應用。首先,作為實驗室前期工作的延續(xù),本畢業(yè)論文在花酰亞胺的亞胺位修飾TPE基團,合成了 TPE-N-PBI和DTPE-N-PBI,并且發(fā)現(xiàn)它們具有與海灣位修飾TPE基團的傒酰亞胺衍生物截然不同的光學性質(zhì)和聚集行為。由于TPE基團較大的分子體積和剛性,這兩種化合物在混合溶劑體系中會形成X聚集體,并且在稀溶液中、聚集態(tài)下和固態(tài)薄膜中均只有微弱的熒光,這是它們分子結(jié)構(gòu)中電子給體TPE基團和電子受體PBI基團之間的光致電荷轉(zhuǎn)移過程導致的。因此,這類通過亞胺位修飾TPE基團得到的花酰亞胺衍生物是二元染料。其次,本畢業(yè)論文通過在分子中引入推拉電子結(jié)構(gòu)的方法,使用強吸電子基團修飾TPE,通過簡單高效的Knoevenagel縮合反應合成了 TPE-TCF和TPE-DTCF。它們均為兼具TICT和AIE性質(zhì)的紅光染料,在稀溶液中、聚集態(tài)下和固態(tài)薄膜中的發(fā)光波長在620 nm以上,且其固態(tài)量子效率分別高達24.8%和13.8%,在已被報道的紅光AIE分子中處于較高水平。TPE-TCF和TPE-DTCF都存在溶致變色效應,當溶劑極性從低到高轉(zhuǎn)變時,它們的最大熒光發(fā)射波長分別具有120和80nm的紅移。此外,且由于分子的晶態(tài)/非晶態(tài)轉(zhuǎn)變,TPE-TCF在機械力作用下能夠表現(xiàn)出熒光發(fā)光波長和發(fā)光強度的雙重響應;而TPE-DTCF由于其A-π-D-π-A結(jié)構(gòu)具備雙光子熒光性能,在溶液中和聚集態(tài)下的雙光子吸收橫截面分別為150和280 GM。再次,本畢業(yè)論文使用兩親性聚合物包裹上述兩種紅光AIE化合物,制備了水溶性AIE納米粒子,并且在其表面修飾了具有細胞膜穿透功能的穿膜肽。通過對制備條件的優(yōu)化,得到的兩種紅光納米粒子均具有100 nm以下的粒徑和較窄的粒徑分布;同時,由于兩種化合物的紅光AIE性能,它們在水溶液中均具有長波長發(fā)射和較大的Stokes位移,適用于細胞染色。當與HeLa細胞共同培養(yǎng)2 h后,在激光共聚焦顯微鏡下能夠觀察到細胞質(zhì)內(nèi)的明亮的紅色熒光,說明它們具有較好的細胞膜穿透功能和染色效果。同時,由于TPE-DTCF具有雙光子性能,當其納米粒子與A549細胞共同培養(yǎng)2 h后,在雙光子熒光顯微鏡下能夠觀察到細胞質(zhì)內(nèi)的雙光子熒光,說明它有望成為一種新型雙光子成像的紅光染料。接著,本畢業(yè)論文通過在TPE基團上引入正負電荷分別制備了季銨鹽和磺酸鹽修飾的TPE衍生物。熒光測試結(jié)果表明,前者能夠?qū)Ω嗡剡M行特異性檢測,其檢測靈敏度高,選擇性好,且當肝素濃度在0-1.0μg/mL范圍內(nèi)時,溶液的熒光強度與肝素的濃度存在良好的線性關(guān)系。通過對照實驗的對比研究,我們認為這一體系的檢測機理為靜電相互作用,這種作用不存在飽和性和方向性,但對被檢測物質(zhì)的電荷密度存在依賴性,同時具有空間效應。后者被用于研究與肝素/魚精蛋白自組裝體系的相互作用過程,熒光測試結(jié)果表明它與魚精蛋白之間的結(jié)合是靜電吸引和非靜電結(jié)合共同作用的結(jié)果,并且混合溶液的熒光變化受到溶液中物質(zhì)添加順序的影響。最后,本畢業(yè)論文合成了雙硼酸基團修飾的TPE衍生物并且分離了它們的順反異構(gòu)體,通過一維、二維核磁共振氫譜和理論計算模擬確定了其分子結(jié)構(gòu)。順、反異構(gòu)體均具有AIE性質(zhì),但由于溶解性的不同,它們的AIE行為有所區(qū)別。兩種異構(gòu)體在pH為10.5的強堿性緩沖溶液中都具有良好的水溶性,但與β-環(huán)糊精存在不同的熒光響應。結(jié)合前期文獻報道和熒光光譜、圓二色光譜數(shù)據(jù),我們認為這種區(qū)別性熒光響應與兩種異構(gòu)體和β-環(huán)糊精之間的不同相互作用模式有關(guān)。疏水作用驅(qū)動的主客體識別、硼酸與反式鄰二醇之間的動態(tài)化學鍵合、空間距離的匹配性在熒光響應過程中都發(fā)揮了作用,這是一個靠多重弱相互作用協(xié)同實現(xiàn)特異性識別的典型案例,一方面給研究弱相互作用帶來一種新的手段,另一方面有望為有機合成中異構(gòu)體的分離提供新的方法。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O625.12;O657.3
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本文編號：1295845