比率型荧光探针的设计及其在生物小分子中的检测应用

发布时间：2020-11-06 01:15

　　 比率荧光探针,即两个不同荧光发射峰的物质组合而成的对特定目标物进行检测的探针。与单发射的荧光探针相比,该探针的优势在于能够消除外界环境的影响,探针分子自身浓度等因素带来的误差,同时探针的检测速度快、灵敏度高、选择性强,能够获得更加准确的实验结果,给研究金属离子,生物小分子等物质提供了极大的方便,在环境监测,生化传感,生命科学,免疫分析等多个领域都有重要应用。为了提高比率荧光探针在生物小分子的检测、选择性以及在生物样品方面的可视化检测能力,本论文设计合成了两种比率荧光探针,并开展了以下研究工作:(1)我们设计合成了一种检测抗坏血酸(AA)的新型纳米复合物比率荧光探针(CdSe@SiO_2@CdTe)。该探针是由发射红光的碲化镉量子点(CdTe QDs)共价连接到二氧化硅(SiO_2)包覆的发射绿光的硒化镉量子点(CdSe QDs)上。加入KMnO_4溶液后,由于碲离子被KMnO_4氧化,红色荧光发生猝灭。当加入AA后,红色荧光由于量子点表面CdTeO_3/TeO_2被还原成CdTe而切换到“on”状态,即荧光恢复,SiO_2包埋的绿色荧光的CdSe QDs荧光保持不变。因此,探针溶液荧光颜色有明显的变化(从绿色到橙色)。在最佳条件下,AA浓度为0.1~5μM范围内,量子点在616 nm到522 nm处的荧光强度比值(I_(616)/I_(522))与AA浓度呈现良好的线性相关性,AA检出限达到35 nM。此外,该比率荧光传感器成功应用于果汁样品中AA的分析,结果令人满意。(2)另外,我们还设计了一种快速、高选择性和可视化的比率荧光探针(CdSe@SiO_2@CdTe)来检测还原型谷胱甘肽(GSH)。与工作(1)不同的是,CdTe QDs表面的修饰剂改成了N-乙酰-L-半胱氨酸(NALC)。加入Hg~(2+)后,CdTe QDs红色荧光由于发生电子转移和离子结合的过程而猝灭。进一步加入GSH后,由于GSH和Hg~(2+)之间的强亲和力导致红色荧光再次恢复,而硅球内的CdSe QDs绿色荧光保持不变,导致探针溶液有一个明显的荧光颜色的变化(从绿色到橙红色)。在最佳条件下,量子点在619 nm到535 nm处的荧光强度比值(I_(619)/I_(535))显示出良好的线性相关性(GSH浓度范围,0.1-10μM),其检出限低至42 nM。另外,该量子点比率荧光探针被成功地应用于可视化检测蔬菜和水果样品中的GSH。
【学位单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O657.3
【部分图文】：

图 1.1 荧光共振能量转移能量传递过程。Fig.1.1 Illustrationg energy transfer during FRET.光共振能量转移时，必须同时满足以下几个条件：（1）供体的够大，即供体、受体的激发光谱要尽可能分开，同时供体的发射收光谱必须重叠；（2）供体与受体的荧光生色团必须以适当的供体、受体之间必须足够接近，距离在 10 nm 以内，这样发生才会高。 理论的提出对许多 D-A 对的分析研究提供了有利的帮助。例如共轭萘发色团连接到罗丹明 B 和亲脂性三苯基膦(TPP)阳离子上高效的检测 Fe3+的探针。溶液在 431 nm（λEx = 371 nm）表现出，当加入 Fe3+后，Fe3+与罗丹明 B 中的肼基配位发生开环现象发 594 nm），由于罗丹明 B 开环结构的激发光谱与萘的发射光谱

图 1.2 基于 FRET 的荧光探针及其传感机制。[38]Fig.1.2 FRET-based fluorescent probe and recognition mechanism.[38]1.3.2 光诱导电子转移光诱导电子转移（photoinduced electron transfer, PET）[39]是指在光照激发下荧光分子的荧光团（fluorophore，F）和受体部分（receptor，R）发生电子转的过程。基于 PET 的探针由荧光团和受体以及连接识别受体和荧光团的连接基（spacer，如-CH2-）构成。荧光团与受体结合时，发生光诱导电子转移，荧光生猝灭，电子从供体转移到激发态荧光团。当客体即目标分析物加入后，客体体结合，PET 过程受到抑制，荧光就会打开，探针就会出现荧光“off-on”状态另外，PET 过程还可以用分子前线轨道理论来解释，如图 1.3 所示，当荧光分受到激发时，最高占据分子轨道（HOMO）上的电子被激发跃迁到最低未占据

图 1.3 光诱导电子转移过程及其分子前线轨道理论。Fig.1.3 Photoinduced electron transfer process and its molecular front-line orbit theory.1.3.3 分子内电荷转移分子内电荷转移（internal charge transfer, ICT）机理[40]设计的探针是分子内的给电子基团（Ｄ）和吸电子基团（Ａ）共价连接，形成“推－拉”作用的 Tt 电子共轭体系。在激发光照射下，电荷从给电子基团转移到吸电子基团，分子内电荷重排，正负电荷分离，偶极矩相应也会发生变化，荧光光谱就会出现红移或蓝移现象。当目标分析物存在时，将与其中一基团发生反应，影响分子内电荷的重排，导致荧光光谱移动，从而实现对分析物的比率检测。这类探针被广泛用于阳离子检测，当阳离子与给电子基团相互作用时，给电子体基团的供电子能力下降，分子共辄程度降低，导致探针荧光光谱发生蓝移。相反，当阳离子和吸电子基团相
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本文编号：2872458