两类新型双光子荧光分子探针的光学性质及响应机理研究

发布时间：2017-10-15 20:34

  本文关键词：两类新型双光子荧光分子探针的光学性质及响应机理研究

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【摘要】：自20世纪60年代激光器出现以来,非线性光学迅速发展起来。新型的有机非线性分子材料得到国内外学者的深入研究,其中有机双光子分子材料以其本身特有的优势,在生命、信息科学等诸多领域具有较大地应用价值。近年来,由于其吸收波长在生命可承受范围内且灵敏度高、选择性强等优势,双光子荧光探针在生命、医学、环境等领域受到了人们高度地关注。目前已有很多阴离子、阳离子、小分子探针被设计和合成出来,但相对于丰富的实验研究而言,对双光子荧光分子探针的理论研究特别是其响应机理的研究还比较少。针对目前对气体分子尤其是细胞内源性气体小分子探针的研究较少的现状,选取了基于“三大内源性气体”中的H2S和NO气体的双光子荧光分子探针光学性质进行理论研究,同时对在探针的设计合成中最常见的两种机理—分子内电荷转移(ICT)和光诱导电子转移(PET)做了理论分析。具体工作可分为两部分:第一部分是研究了两种基于ICT机理的双光子分子H2S荧光探针的光学性质与响应机理;第二部分是研究了两实验组合成的皆以联氨苯为NO受体的两种双光子分子NO荧光探针的光学性质,并在分子水平上分析了其光诱导电子转移机理。下面简要介绍两部分的主要内容:1、基于ICT机理的双光子分子H2S荧光探针基于密度泛函理论水平上的解析响应函数方法,采用极化连续模型(PCM)研究了两种新型的截断型双光子分子H2S荧光探针AcHS-1,2的单双光子吸收及荧光发射性质,并对其响应机制进行了理论分析。计算结果表明,AcHS-1,2在与H2S反应后,生成物的单双光子吸收性质特别是荧光发射性质发生了明显的变化,它们的吸收峰都有较大的红移。进一步地分析了不同末端基团对探针分子光学性质的影响,结果表明具有羟乙基的AcHS-2探针展示了较好的非线性光学性质。分析了探针分子AcHS-1,2与H2S反应前后的Mulliken布局及电荷转移过程,结果表明反应后分子内电荷转移量增大,从而改变了分子的光学性质,实现了对H2S的探测。2、基于PET机理的双光子分子NO荧光探针采用密度泛函理论和极化连续模型研究了实验室新近合成的基于光致电子转移机理的NO探针QNO和LNO响应前后的单、双光子吸收及发射性质。在探针分子QNO和LNO与NO结合后,荧光强度与双光子吸收截面出现明显增强,从理论上说明了二者有望成为良好的双光子分子NO荧光探针,此外,QNO由于其更优秀的荧光团而表现出更优秀的性质。我们采用分子轨道理论对QNO和LNO与NO的探测响应机理进行了分析。本论文共分为六章。第一章介绍了非线性光学以及非线性光学材料和双光子分子材料的研究情况。第二章简要介绍了荧光探针的设计原理和对目标分子的主要探测响应机理。第三章是本文计算工作的理论基础,包括多电子体系的量子化学方法和双光子吸收截面的计算方法。第四章研究了基于萘酰亚胺荧光团的双光子分子H2S荧光探针的结构与光学性质,并对其响应机理进行理论分析。第五章研究了两种基于PET机理的双光子分子NO荧光探针的光学性质,并在分子水平上以前线轨道理论分析了其响应机理。第七章进行了总结和展望。
【关键词】：荧光探针 双光子吸收 分子内电荷转移 光诱导电子转移
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3
【目录】：

• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 非线性光学10-16
• 1.1 非线性光学概述10-11
• 1.2 非线性光学与材料的研究进展11-12
• 1.3 双光子吸收材料12-16
• 1.3.1 双光子吸收现象12-14
• 1.3.2 双光子吸收材料的应用14-16
• 第二章 荧光分子探针16-22
• 2.1 荧光分子探针概述16-17
• 2.2 荧光分子探针的结构17-18
• 2.3 荧光分子探针的主要响应机理18-21
• 2.3.1 光诱导电子转移18-20
• 2.3.2 分子内电荷转移20-21
• 2.4 本文主要研究内容21-22
• 第三章 理论基础22-32
• 3.1 多电子体系的量子化学理论概述22-23
• 3.2 含时微扰理论23-26
• 3.2.1 单光子跃迁24-26
• 3.2.2 双光子跃迁26
• 3.3 双光子吸收截面的计算方法26-29
• 3.4 溶剂模型29-32
• 第四章 双光子荧光H2S分子探针性质及响应机理32-42
• 4.1 研究背景32-33
• 4.2 计算方法33
• 4.3 分子结构33-35
• 4.4 单光子吸收35-36
• 4.5 双光子吸收36-37
• 4.6 荧光性质37-38
• 4.7 响应机理分析38-39
• 4.8 小节39-42
• 第五章 双光子荧光NO分子探针性质及响应机理42-52
• 5.1 研究背景42
• 5.2 计算方法42-43
• 5.3 分子结构43-44
• 5.4 单光子吸收44-46
• 5.5 双光子吸收46-47
• 5.6 荧光性质47-49
• 5.7 响应机理分析49-51
• 5.8 小节51-52
• 第六章 总结与展望52-56
• 6.1 总结52-53
• 6.2 展望53-56
• 参考文献56-60
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文60-61
• 致谢61

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本文编号：1038584