本文關(guān)鍵詞：香豆素與氧雜蒽類熒光探針構(gòu)建及生物傳感研究　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：在生命系統(tǒng)中,一些生物小分子、陰離子和陽離子參與生物體眾多的生理和病理過程,對人類的生命健康起著重要的作用。為了能夠更好的了解它們的功能及影響,進一步闡述其產(chǎn)生、運輸及下游功能,發(fā)展具有高選擇性和高靈敏性檢測方法已經(jīng)成為生物檢測領(lǐng)域的研究熱點。熒光分析方法具有高靈敏度、高選擇性、無損傷的樣品制備、快速實時的原位檢測、多信號輸出模式等優(yōu)點,因此熒光探針被認(rèn)為是檢測和研究活體動物和活細胞內(nèi)活性物質(zhì)生理、生化過程的重要工具之一,已被廣泛應(yīng)用于生物活性分子、陰離子和陽離子的檢測和分析。本論文基于“香豆素”染料、近紅外釋放的“半花菁-氧雜蒽”染料、“羧酸功能化的香豆素-α,β-不飽和丙二腈”染料和聚集誘導(dǎo)釋放增強的“Rhodol-HBT”染料設(shè)計合成了一系列熒光探針分子,在體外及細胞內(nèi)實現(xiàn)了對生物氣體信使分子H_2S、食品添加劑SO_3~(2-)、生物硫醇分子Cys和GSH、以及生物毒性離子Hg~(2+)和Ag~+的檢測與生物傳感應(yīng)用研究。本論文的主要研究內(nèi)容如下:1.以7-羥基香豆素-4-乙酸甲酯為熒光團,以2,4-二硝基苯基醚為識別基團,設(shè)計合成了一個基于ICT機理的比色熒光雙信號硫化氫探針DNPOCA。在DNPOCA的PBS(20 mM,pH 7.4,10%CH3CN,v/v)溶液中加入硫化氫后,其能夠選擇性硫解2,4-二硝基苯基醚,釋放7-羥基香豆素-4-乙酸甲酯,紫外可見吸收光譜中最大吸收波長從318 nm紅移至395 nm,同時溶液的顏色由無色變成淡黃色,熒光光譜中在463 nm處有明顯的熒光釋放增強,在365 nm紫外燈下探針溶液熒光由沒有變?yōu)榱了{色熒光,實現(xiàn)了對硫化氫的裸眼和熒光檢測。該探針具有良好的選擇性和靈敏度,其對硫化氫的線性響應(yīng)檢測下限可達49.7 nM。此外,該探針具有低毒性,良好的膜滲透性,被成功用于活細胞中硫化氫熒光成像研究,展示其潛在的實用價值。2.以近紅外熒光釋放的半花菁-氧雜蒽染料為熒光團,設(shè)計合成了一個能夠區(qū)分檢測硫化氫和亞硫酸根的雙功能近紅外探針NIR-DNP。在PBS(10 mM,pH 7.4,10%DMSO,v/v)溶液體系中,探針NIR-DNP自身沒有熒光,這是由于激發(fā)態(tài)半花菁-氧雜蒽熒光母體向2,4-二硝基苯基醚發(fā)生了d-PET過程,導(dǎo)致熒光淬滅。當(dāng)加入硫化氫后,其能選擇性硫解2,4-二硝基苯基醚,釋放半花菁-氧雜蒽熒光母體,紫外可見吸收光譜中最大吸收波長從595 nm紅移至685 nm,溶液由藍紫色變成藍綠色,熒光光譜中在707 nm處有明顯的近紅外熒光釋放。當(dāng)加入亞硫酸根后,其能和探針的不飽和雙鍵發(fā)生加成,破壞探針的大共軛體系,紫外可見吸收光譜中最大吸收波長從595 nm藍移至375 nm,溶液由藍紫色變成無色。該探針分別對硫化氫和亞硫酸根具有高的選擇性及靈敏性,其對二者的檢測限分別為36.3 nM和33.3 nM。此外,該探針被制成經(jīng)濟實用的試紙條用來亞硫酸根的快速比色檢測,同時該探針也被成功用于活細胞中內(nèi)源及外源H_2S的熒光成像。3.以羧酸功能化的香豆素-α,β-不飽和丙二腈熒光染料為熒光團,并在羧酸基團位置引入對甲基苯硫酯或?qū)ο趸搅蝓?設(shè)計合成了具有三個硫醇潛在反應(yīng)位點的能夠區(qū)分檢測生物硫醇Cys和GSH的探針CR1和CR2。探針能與Cys、GSH、Hcy分別發(fā)生硫醇-硫酯交換-重拍-環(huán)化反應(yīng)、硫醇-硫酯交換-環(huán)化反應(yīng)、硫醇-硫酯交換反應(yīng),分別產(chǎn)生了藍綠色熒光產(chǎn)物CR-Cys、黃綠色熒光產(chǎn)物CR-GSH、無熒光產(chǎn)物CR-Hcy。在PBS(10 mM,pH 7.4,30%CH3CN,v/v)溶液體系中,當(dāng)探針中加入Cys后,紫外可見吸收光譜中最大吸收波長由510 nm紅移至417 nm,熒光光譜中在493 nm處有明顯的熒光增強。當(dāng)加入GSH,紫外可見吸收光譜中最大吸收波長從510 nm紅移至450 nm,熒光光譜中在503 nm處有明顯的熒光發(fā)射。該探針分別對Cys和GSH具有高的選擇性及靈敏性,其對二者的檢測限分別為29 nM和371 nM。此外,探針CR1被成功用于活細胞中Cys和GSH的熒光成像,展現(xiàn)其潛在實用價值。4.以氧雜蒽類Rhodol染料和具有ESIPT特性的HBT染料相結(jié)合,設(shè)計合成了一類新的具有聚集誘導(dǎo)釋放(AIE)性質(zhì)的化合物RBTP和RBTH,其中含酰胺基硫尿基團的化合物RBTP能夠作為新的熒光增強型探針,對Hg~(2+)和Ag~+實現(xiàn)了雙釋放通道區(qū)分檢測。光學(xué)性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果表明RBTP和RBTH的AIE機理為分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)和振動受限與ESIPT過程的協(xié)同作用。在HEPES(10 mM,pH 7.4,40%THF,v/v)溶液體系中,向探針RBTP中加入Hg~(2+),Hg~(2+)促使探針不可逆的開環(huán)及惡二唑形成,導(dǎo)致探針在595 nm呈現(xiàn)明顯的橙紅色熒光。當(dāng)加入Ag~+,其能夠與探針形成[RBTP-Ag]+復(fù)合物并在在水溶液中形成特殊的分子堆積,導(dǎo)致探針在520 nm處呈現(xiàn)明顯的綠色熒光。該探針對Hg~(2+)和Ag~+具有高選擇性和高靈敏性的雙通道識別,其對二者的檢測限分別為0.27μM和0.45μM。此外,初步研究表明,探針RBTP對細胞毒性小,能夠用于活細胞中Hg~(2+)的比率熒光成像分析,展現(xiàn)了其實用價值。
[Abstract]:In order to better understand their function and influence , the fluorescence probe is considered to be one of the most important tools for detecting and studying the physiological and biochemical processes of living animals and living cells , and has been widely used in the detection and analysis of bioactive molecules , anions and cations . In this paper , a series of fluorescent probe molecules were designed and synthesized in the presence of 2 , 4 - dinitrophenyl ether and 2 , 4 - dinitrophenyl ether . In the system of PBS ( 10 mM , pH 7.4 , 30 % CH3CN , v / v ) , the maximum absorption wavelength was shifted from 510 nm to 417 nm .

【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O657.3
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本文編號：1383326