新型长发射波长的氟硼二吡咯类荧光探针的合成及其应用

发布时间：2018-02-28 16:41

本文关键词： BODIPY 卟啉荧光探针离子检测蛋白细胞成像　出处：《华南理工大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：BODIPY类化合物是一类具有摩尔吸光系数高、荧光量子产率高、光化学物理性质稳定、结构易于修饰的荧光染料。BODIPY的吸收峰的位置一般处在500 nm左右,其荧光为绿色。经过修饰的BODIPY类化合物的吸收峰的位置可以达到550 nm以上,并且其荧光可以达到橙光、红光甚至是近红外光。而具有长吸收发射波长的荧光探针在实际检测中具有突出的优势。本文主要开展了以下几个方面的工作:第一方面,通过修饰BODIPY母体,在母体的3,5位通过碳碳双键连接基引入苯酚基以延长其共轭结构。引入了苯酚基团一方面是由于其为供电子基团能够拓宽分子的吸收和发射波长,另一方面羟基上的氧原子能够作为一个识别基团络合Fe3+。因此我们设计合成了一种新型的检测Fe3+的turn-on型小分子荧光探针L。L在乙醇中的吸收为571 nm,其发射峰为602 nm,达到了橙红色。L与Fe3+作用后,溶液颜色从粉红色变为黄色,实现了裸眼比色检测Fe3+。达到滴定平衡时,其530 nm处的绿色荧光发射峰强度增大为原来的27倍。其检测机理是:Fe3+与L中的对苯酚羟基络合形成了络合物。Fe3+络合了氧原子上的一对孤对电子对,从而阻碍电子从对苯酚羟基部分流向BODIPY母体,也即是阻碍了ICT过程,导致了吸收光谱蓝移,并且表现出荧光增强的结果。最后细胞实验表明L具有良好的细胞相容性,能够进入细胞,并能够检测细胞中的Fe3+。此外,L羟基上的氢原子能够作为一个识别基与F-作用。在乙腈溶液中,酚羟基与F-作用后形成了酚氧负离子,而酚氧负离子富含电荷,通过PET过程猝灭了母体激发态时的荧光。L与F-作用后,在337 nm、528 nm和565 nm处的吸收峰的吸收值逐渐变小,并且在402 nm和683 nm处出现了新的吸收峰,溶液颜色从粉红色变为靛蓝色,这实现了裸眼比色检测F-。通过四次滴定TFA的循环实验,说明了L能够循环再生检测F-。第二方面,结合共轭聚合物具有荧光放大、高灵敏性、高选择性、低检测限、实时监测、操作方便的特点。我们将芴炔与BODIPY单体通过Sonogashira偶合反应合成了中性聚合物P1。由于共轭链延长以及空间位阻较小,P1的发射波长达到了深红的波段,发射波长为648 nm,P1能够灵敏选择性检测F-和CN-。P1分别与F-和CN-反应后,溶液颜色分别从粉红色变为橘黄色和黄色,这实现了裸眼检测这两种离子。P1与F-反应后,579 nm处的发射峰强度增强为原来的74.1倍,溶液的荧光颜色由红色变为黄色;而与CN-反应后,514 nm和563 nm处的发射峰强度分别增强为为原来的43.6和104.2倍,溶液的荧光颜色由红色变为天蓝色。通过研究P1中的组成单元化合物3-4与F-和CN-作用的硼谱、氟谱、氢谱,我们得到的机理是P1中BODIPY单元中的杂化硼是反应的中心,由于F-和CN-具有亲核性,能够将BODIPY单元中吡咯杂环上的B-N键逐个断掉,形成不同的化合物而呈现出不同的光谱变化以及颜色的变化。最后细胞实验表明P1能够进入细胞,具有良好的细胞相容性,并可以用于细胞成像。此外,根据阳离子聚合物不但具有传统共轭聚合物独特的光电性能,而且还具有聚电解质良好的水溶性等优点以及DNA的重要性,我们将P1的侧链离子化后得到阳离子聚合物P2。P2能够灵敏选择性检测DNA。通过静电相互作用形成了P2/DNA聚集体。P2在360 nm和574 nm处的吸收峰强度逐渐下降。当DNA的浓度达到6×10-5M时,360 nm和574 nm处的吸收峰强度分别下降了27.2%和27.5%。同时,P2的在648 nm处的红色荧光发射峰的强度淬灭了66%。P2与DNA的检测限为1×10-13 M,该结果说明了P2有望应用于在实际上检测DNA。细胞实验表明P2能够应用于活细胞内的细胞成像。第三方面,由于BODIPY跟卟啉十分相似,都是含有吡咯的结构,并且合成的方法相似,于是我们一方面考虑到卟啉大环可能具有更长的吸收和发射波长,另一面也考虑到共轭聚合物检测的灵敏性,我们设计合成了含有卟啉单元的共轭聚合物P6。P6通过糖-凝集素特异性识别作用能够选择性灵敏性检测Con A。P6与Con A作用后,由于发生了糖凝集素的特异性识别,导致了分子之间距离的靠近,发生能量从能量供体聚芴-亚苯基到能量受体卟啉单元的荧光共振能量转(FRET),当加入的Con A的浓度达到10-6 M时,聚芴-亚苯基部分的蓝色荧光(456 nm)下降了57%,而卟啉单元部分的红色荧光发射峰(625 nm)增加了5.3倍。选择性实验表明其他非特异性蛋白均不能使P6发生FRET,说明了P6具有良好的选择性。细胞毒性实验证明P6具有低毒性,这表明其有望应用于细胞成像实验中。
[Abstract]:In this paper , we have designed a novel turn - on type small molecular fluorescent probe , which has a high absorption peak at 337 nm , 528 nm and 565 nm . The results showed that P1 was able to enter the cell , the fluorescence color of the solution was increased to 74.1 times , the fluorescence color of the solution was decreased by 27 . 2 % and 27.5 % respectively . The red fluorescence emission peak ( 625 nm ) of the porphyrin unit was increased by 5.3 times . The selective experiment showed that none of the other non - specific proteins could make P6 , indicating that P6 has good selectivity . The cytotoxicity test proves that P6 has low toxicity , which indicates that it is expected to be applied to the cell imaging experiment .

【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3

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