本文關(guān)鍵詞：氧雜蒽反應(yīng)型熒光探針合成及細(xì)胞成像研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：近年來,具有靈敏度高、可實(shí)時(shí)和空間分辨成像、對活細(xì)胞或組織光損傷小及背景干擾低等特點(diǎn)的熒光探針標(biāo)記成像技術(shù),是監(jiān)控活細(xì)胞與活體中生物分子及其生物過程的重要手段,同時(shí),該技術(shù)對于從分子水平上研究各種疾病的發(fā)病機(jī)制具有重要前景。熒光成像技術(shù)在本質(zhì)上是一種弱光成像技術(shù),成像質(zhì)量非常依賴熒光染色所使用染料的光物理性能。本論文針對羅丹明熒光染料作為光學(xué)信號報(bào)告基團(tuán)在熒光成像中的缺陷,以及已報(bào)道熒光探針在亞細(xì)胞層次細(xì)胞器熒光標(biāo)記檢測的不足等關(guān)鍵科學(xué)問題。本論文從新型氧雜蒽熒光染料的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新入手,主要開展了以下工作:通過直線延長氧雜蒽共軛體系合成出一類熒光性能可以通過“開-關(guān)”環(huán)結(jié)構(gòu)調(diào)控的近紅外熒光染料TJ730,系統(tǒng)研究了其光物理性能和細(xì)胞標(biāo)記成像性能以及在熒光探針設(shè)計(jì)合成中的應(yīng)用。TJ730最大吸收波長大于600 nm、最大發(fā)射波長處于近紅外光區(qū)(3730 nm)、斯托克斯位移大(100 nm);在活細(xì)胞熒光成像實(shí)驗(yàn)中,TJ730展示出較好的生物相容性,低的細(xì)胞毒性,具有靶向定位溶酶體的功能。利用該類染料共軛體系中S原子與ClO-發(fā)生氧化作用后引起共軛體系電子能級改變,從而導(dǎo)致熒光信號變化的原理,通過對其簡單酯化衍生化后獲得了探針1和2。探針1和2實(shí)現(xiàn)了對ClO-高選擇性和高靈敏度的比率型熒光檢測;同時(shí)實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞中外源次氯酸的真時(shí)間熒光成像檢測。另外,基于染料TJ730螺環(huán)內(nèi)酯“關(guān)-開”可以控制熒光信號“關(guān)-開”機(jī)制,設(shè)計(jì)合成了一系列對金屬離子(Hg~(2+),Cu~(2+))具有專一選擇性的近紅外熒光探針LC1、LC2、LC3和LC4。制備了一系列具有溶酶體靶向定位功能的熒光探針,并對熒光識別性能和細(xì)胞器靶向定位性能做了系統(tǒng)研究。首先,開展了針對溶酶體ClO-檢測的熒光探針設(shè)計(jì)合成與性能研究。利用吩噻嗪結(jié)構(gòu)單元同時(shí)作為對ClO-的識別位點(diǎn)和PET熒光機(jī)制的電子給體對萘二酰亞胺熒光基團(tuán)的發(fā)光信號進(jìn)行調(diào)控,設(shè)計(jì)合成了熒光探針PT-1和PT-2,系統(tǒng)的光譜研究和細(xì)胞標(biāo)記成像研究表明探針對ClO-具有選擇性強(qiáng)、靈敏度高(檢測限分別為0.32 nM和0.88 nM)、響應(yīng)快速等優(yōu)良的熒光識別檢測性能;實(shí)現(xiàn)了溶酶體內(nèi)外源和內(nèi)源ClO-真時(shí)間的熒光成像檢測。基于PT-1的靶向定位檢測模型,以染料TJ730為光學(xué)信號報(bào)告基團(tuán),進(jìn)一步設(shè)計(jì)合成了具有長波長熒光發(fā)射性能和溶酶體靶向定位功能的比率型熒光探針PT-3。探針PT-3實(shí)現(xiàn)了對ClO-高選擇性和高靈敏度(3.2 nM)的比率熒光檢測;細(xì)胞標(biāo)記熒光成像檢測工作表明該探針具有細(xì)胞膜透性好、生物毒性低等性能,可以實(shí)現(xiàn)溶酶體中外源次氯酸的真時(shí)間熒光成像檢測。其次,開展了針對溶酶體Cu~(2+)檢測的熒光探針設(shè)計(jì)合成與性能研究。在設(shè)計(jì)合成具有FRET發(fā)光性能的萘二酰亞胺-羅丹明雙熒光基團(tuán)和對溶酶體具有靶向定位功能嗎啉官能團(tuán)的通用染料分子平臺III的基礎(chǔ)上,利用該染料中螺環(huán)內(nèi)酯“開-關(guān)”結(jié)構(gòu)控制熒光信號“開-關(guān)”的結(jié)構(gòu)基元設(shè)計(jì)合成了熒光探針V,光譜研究結(jié)果和細(xì)胞標(biāo)記熒光成像表明探針V對銅離子具有高選擇性、高靈敏度(檢測限達(dá)到1.45 nM)的FRET比率熒光檢測功能;對溶酶體中的銅離子具有靶向定位標(biāo)記的FRET比率熒光成像檢測功能。在此基礎(chǔ)上,以TJ730為光學(xué)信號報(bào)告基團(tuán),進(jìn)一步設(shè)計(jì)合成了具有近紅外熒光發(fā)射性能和溶酶體靶向定位功能的熒光探針LC5。系統(tǒng)研究表明,探針在pH為4-9的范圍內(nèi)對Cu~(2+)具有專一選擇性和高靈敏度(檢測限為14 nM)的熒光識別檢測性能;利用該探針實(shí)現(xiàn)了溶酶體中Cu~(2+)的近紅外靶向定位熒光成像檢測。通過對羅丹明染料取代官能團(tuán)的改造設(shè)計(jì),合成了鄰二胺基羅丹明模型熒光探針L。光譜研究表明L與甲醛、丙酮醛和乙二醛三種醛類反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)產(chǎn)物的熒光性能均存在顯著差異,利用這些差異可實(shí)現(xiàn)對甲醛和丙酮醛的區(qū)分檢測和熒光成像檢測。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：Q2-33;O657.3

【參考文獻(xiàn)】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 張延如;基于羅丹明衍生物熒光探針的設(shè)計(jì)、合成及應(yīng)用研究[D];山東大學(xué);2016年

2 倪靜凱;新型羅丹明探針的合成及其對汞離子和半胱氨酸分子傳感性能的研究[D];中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2015年

3 武絮蒙;高穩(wěn)定性近紅外熒光探針及其活體成像研究[D];華東理工大學(xué);2014年

4 袁林;新型氧雜蒽類熒光染料與熒光探針的設(shè)計(jì)、合成與成像應(yīng)用研究[D];湖南大學(xué);2013年

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本文編號：1309040