几种具有生物检测和诊断功能的荧光分子设计、合成及应用

发布时间：2020-04-02 07:49

【摘要】：作为一种重要的吸电子基团,氰基在荧光染料和药物分子设计中具有广阔的应用前景。基于新颖的氰基近红外荧光染料,改善近红外有机小分子荧光探针的灵敏度、稳定性和水溶性是当前研究的热点之一。本论文重点关注二氰基近红外荧光染料的合成,通过结构修饰和引入不同识别基团,开发新型的近红外荧光探针,并探索其在诊断治疗前药中的应用;此外,基于二氰基异佛尔酮类荧光染料优异的荧光性能和氰基在药物的生理功能中重要的作用,对二氰基异佛尔酮-维生素D衍生物进行了研究,主要内容如下:1.从异佛尔酮出发,经Knoevenagel反应生成二氰基异佛尔酮,分别以丙烯酸酯、吡啶甲酰胺、芳基硼酸酯、马来酰亚胺为识别基团,合成了5种检测不同客体的近红外探针。筛选出的有效探针2.2和2.6对过氧化氢(H2O2)的检测限分别为0.42 μmol和0.78 μmol,响应至完全所需的时间分别为30和50min。其中,探针2.2仅需两步即可获得,产率为77.2%。细胞应用实验表明,探针2.2可成功检测HeLa细胞内的H2O2。2.以邻羟基苯乙酮为原料,经4步反应合成二氰基苯并吡喃衍生物。并以此为荧光骨架,分别以吡啶、吡啶甲酸酯和苯硼酸为识别基团,合成了3种检测不同客体的近红外探针。筛选出的探针3.7对H2O2的检测限为0.16μmol,响应至完全需30 min,并且表现出更好的水溶性、光稳定性。在对人宫颈癌细胞HeLa细胞中的H2O2检测时,探针3.7可以对其内部的H2O2实现明显的色差效果。3.利用萘环修饰的二氰基异佛尔酮衍生物为荧光团,丙烯酰酯为识别基团,构建了专一性检测半肮氨酸(Cys)比率型荧光探针4.2。探针4.2具有很好的光稳定性和选择性,能够避免谷胱甘肽(GSH)和同型半胱氨酸(Hcy)的干扰,响应时间仅为3min。值得注意的是,探针4.2在590nm和525nm的荧光强度比值(Ⅰ590/Ⅰ525)与Cys的浓度成线性关系,检测限为0.48 μmol。最后,在对HeLa细胞中的Cys检测时,效果依然显著,而细胞毒性则较低。4.首先以二氰基异佛尔酮衍生物为荧光团,维生素D2为活性药物,通过二硫键将两者相连得到近红外诊断治疗型前药DSVD。随后又以4-氨基-N-乙基-1,8-萘二甲酸酐为荧光骨架,利用二硫键将其与维生素D2相连,得到参比前药NSVD。在GSH作用下,两种前药的二硫键均可以被切断,释放出荧光团和活性维生素D2。前药DSVD和参比前药NSVD对GSH的检测限分别为0.87μmol和1.98μmol,响应至完全所需的时间分别为50和30min,在pH=6-10的范围内具有良好的荧光增强能力,同时还表现出优异的选择性。当激发波长为555nm时,前药DSVD的荧光发射波长为660nm,可以实现近红外荧光检测。前药DSVD还具有类似维生素D2的抗癌活性和可视化监控药物释放的能力。5.以二氰基异佛尔酮为原料,经羟醛缩合、Steglich酯化反应制备了荧光增强的二氰基异佛尔酮-维生素D衍生物。在酯化反应中,利用微波辅助加热技术提高了目标产物的产率(由64.1%提升为80.2%),缩短了反应时间(由2h缩短为15min)。随后又以VD2或CD片段醇为原料,和制备的12种具有不同取代基的香豆素-3-羧酸进行酯化反应得到一系列香豆素-维生素D衍生物。经测试,二氰基异佛尔酮-维生素D衍生物(λem=500nm)的荧光性能要好于香豆素-维生素D衍生物(λem=460nm),更适用于荧光分析法的进一步应用。
【图文】：

前药,癌症,近红外,局部治疗

，邋Ｈ0逦ｗ邋－逡逑图１．１８近红外探针１．４３，邋１．４４的化学结构逡逑总的来说，虽然近红外Ｈ２０２探针己经得到了较多的发展，但菁类染料的光不稳逡逑定性，芳基硼酸酯的溶解度较差、近红外染料难于合成的缺点限制了其应用范围。因逡逑此，探索光稳定更好、结构简单易得、水溶性和灵敏度更高的的近红外Ｈ２０２探针十逡逑分必要。逡逑１．４邋ＧＳＨ触发的诊断治疗型抗癌前药研究进展逡逑近百年来，癌症由于具有无限增殖、易转移性和强浸润性等特点，一直是严重威逡逑胁人类健康和生命安全的疾病之一。目前，治疗癌症的传统手段主要是手术治疗、放逡逑射治疗、药物化疗。手术治疗和放射治疗通常作为局部治疗手段应用用于癌症初期，逡逑而大部分癌症患者确诊时已是中晚期，癌细胞扩散严重，局部治疗手段己无法有效治逡逑疗癌症

荧光光谱,荧光团,紫外光谱,有机溶剂

２．３．２荧光团１．９缓冲溶液体系的选择逡逑理论上，，探针２．２和２．６与Ｈ２０２作用后，会生成荧光团１．９，显示的荧光特性与逡逑荧光团１．９密切相关。首先测试不同溶剂对荧光团１．９的紫外影响，如图２．２ａ所示，逡逑当ＤＭＳＯ和Ｉ？ＢＳ以体积比５０：５０混合溶剂作为测试体系，在其紫外光谱上出现了邋４３０逡逑ｎｍ和５５５邋ｎｍ两个紫外吸收峰。有机溶剂更改为ＡＣＮ、ＥｔＯＨ、ＴＨＦ、ＤＭＦ，紫外光逡逑谱中５５５邋ｎｍ处的吸收峰明显降低或不出现。确定为ＤＭＳＯ－ＰＢＳ体系之后，进一步了逡逑解ＤＭＳＯ－ＰＢＳ两者之间的比例的影响。结果如图２．２ｂ所示，当溶剂为纯水时，５５５邋ｎｍ逡逑处没有峰；更改有机溶剂比例的增加，５５５邋ｎｍ处吸收峰会随之减弱或者没有，所以逡逑我们选择ＤＭＳＯ／ＰＢＳ＝５０：５０的混合溶剂作为测试环境（ｐＨ＝７．４）。逡逑（ａ）邋０．５（ｂ）邋０．５邋ｎ逡逑——％５０邋ＤＭＳＯ逡逑３００逦４００逦５００逦６００逦７００逦４００逦５００逦６００逦７００逡逑Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋（ｎｍ）逦Ｗａｖｅｌｅｒ＞0ｔｈ邋（ｎｍ）逡逑图２．２邋（ａ）不同种类有机溶剂对荧光团１．９的紫外光谱影响：（ｂ）不同的ＤＭＳＯ／ＰＢＳ比例对荧光团逡逑１．９的紫外光谱影响逡逑２．３．３荧光探针２．２和２．６的荧光和紫外特性逡逑首先，利用紫外吸收光谱分析了探针２．２和２．６的最大吸收波长，如阁２．３ａ，它逡逑们分别在４００邋ｎｍ和４２０邋ｎｍ左右表现出一个吸收峰。其中探针２．２的吸收峰强度是２．６逡逑的１．５倍左右，说明探针２．２的光化学性能较好。它们的荧光光谱在６６０邋ｎｍ处基本无逡逑荧光峰。随后
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.3;TQ460.1

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