生物硫醇荧光探针的设计、合成及其性质研究

发布时间：2021-10-14 13:05

　　生物体中的生物硫醇在细胞信号的转换、传递、细胞死亡的调控、蛋白质的合成、免疫系统调节、维持生物体内生理平衡和氧化还原平衡等方面中发挥着重要的作用。生物硫醇主要包括半胱氨酸（Cys）、同型半胱氨酸（Hcy）和谷胱甘肽（GSH）,它们含量异常是多种疾病的重要信号。因此,开发快速准确检测生物硫醇的荧光探针具有重要的科学价值和生理意义。近年来,荧光探针因其灵敏度高、选择性好、成本低、操作方便、实时成像等优点备受科研工作者的关注。反应型荧光探针是基于自身结合位点与被分析物发生特异性结合,从而产生荧光信号,达到检测的目的。在生物体内,反应型荧光探针对生物细胞的损伤和干扰最小,而且可以准确的对被检测物质进行识别和标记,使得定量分析更加准确。因此,反应型荧光探针在生命科学、环境科学、光电信息科学等领域得到广泛的应用。基于当前研究热潮,本文设计并合成了三种检测生物硫醇的反应型荧光探针（CN-NIR、Y-OH-NBD和F-OH-NBD）。通过紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、响应时间、选择性、抗干扰能力、适用的pH、检测限、毒活性和细胞成像等实验,对三个新探针的识别性能和生物应用进行了评估。主要内容如下:第一... 

【文章来源】：兰州交通大学甘肃省

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

荧光探针的结构和响应示意图

校?嗤?跫?掠胂赴?跤?0分钟，再加入终浓度为40μM的探针另孵育30分钟，用PBS缓冲液冲洗培养皿3次，然后重新加入培养液，在荧光显微镜下成像。外源硫醇检测组：将1mM的NEM加入到培养液中，相同条件下与细胞孵育30分钟，再用Cys(500μM)孵育30分钟，再加入终浓度为40μM的探针另孵育30分钟，用PBS缓冲液冲洗培养皿3次，重新加入培养液，在荧光显微镜下成像。2.3结果与讨论2.3.1探针的紫外吸收光谱和荧光光谱分析首先，我们研究了探针CN-NIR(20μM)分别与Cys(200μM)、Hcy(200μM)、GSH(200μM)反应的紫外吸收光谱。如图2.1所示，探针CN-NIR自身在480nm处有明显的吸收峰，加入Cys后，在610nm处出现了新的吸收峰，而Hcy和GSH没有引起吸收光谱变化，说明CN-NIR与Cys发生了反应，生成了新的物质。并且随着Cys(0-200μM)浓度的不断增加，480nm处吸收峰强度逐渐减弱，610nm处吸收峰强度逐渐增大，610nm和480nm(A610nm/A480nm)处的吸收比率与Cys浓度呈良好的线性关系(R2=0.996)，同时可以明显的观察到溶液的颜色由粉色变为紫色。说明探针CN-NIR在可见光区可以有效地识别Cys。图2.1(a)探针CN-NIR分别与Cys、Hcy、GSH的紫外吸收光谱；(b)探针与不同浓度的Cys反应的紫外吸收光谱，插图：探针加入Cys后的颜色变化；(c)探针与Cys反应时610nm和480nm(A610nm/A480nm)处的吸收比率随后检测探针CN-NIR与Cys反应的荧光光谱，如图2.2所示。在600nm波长激发下，探针CN-NIR溶液几乎没有荧光，这可能是酚羟基氧原子上的孤对电子转移到处

生物硫醇荧光探针的设计、合成及其性质研究-22-于激发态的类花青素环，存在光诱导电子转移效应(PET效应)，导致荧光淬灭。当加入Cys后，630nm附近的近红外荧光强度显著增强，是因为Cys与丙烯酸酯发生加成环化反应而释放出荧光基团CN-OH，电子跃迁受阻，PET效应消失使得荧光团的荧光恢复。图2.2探针CN-NIR与Cys反应的荧光光谱(λex=600nm)为了研究探针CN-NIR对Cys检测的灵敏度，进行了荧光滴定实验。如图2.3所示，随着Cys浓度的增加，630nm处的荧光强度逐渐增加，当Cys浓度为10当量时，荧光强度达到最大值，并且荧光强度与Cys浓度(0-140μM)呈现良好线性关系(R2=0.991)；根据LOD=3σ/k，计算出探针CN-NIR对Cys的检测限为1.03μM，该值远低于细胞中Cys的正常含量(30-200Μ)。如图2.4所示，该过程还伴随着溶液颜色的明显变化，随着Cys浓度增加溶液由红色变成紫色，可以用于Cys裸眼识别。因此，探针CN-NIR可以灵敏的检测活细胞中的Cys。图2.3探针CN-NIR与不同浓度Cys(0-10当量)反应的荧光光谱，插图：荧光强度与Cys浓度的线性关系(λex=600nm)

【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型荧光探针的合成及其对Ag+识别性能研究[J]. 付大勇,袁文静,王伟.  化学世界. 2020(03)
[2]罗丹明类Fe3+荧光探针的合成及光谱性能的研究[J]. 胡伟,刘玉婕,田茂忠,白云峰,秦君,陈泽忠,侯静,李尼浩,冯锋.  化学试剂. 2019(12)
[3]含氟香豆素荧光探针的合成及其荧光性能研究[J]. 陈晓冰,孙小强,熊敏秋,席海涛.  化学通报. 2010(10)
[4]对生物环境因素敏感的荧光探针[J]. 王可,马会民.  化学进展. 2010(08)
[5]识别金属离子客体的荧光传感开关的研究进展[J]. 徐凤波,李庆山,张正之,吴骊珠.  感光科学与光化学. 2001(03)

博士论文
[1]新型功能化有机小分子荧光探针的制备及其性能与应用研究[D]. 许龙斌.吉林大学 2019
[2]香豆素、螺吡喃和BODIPY类荧光染料的合成及性能研究[D]. 孟宪娇.中北大学 2019

硕士论文
[1]生物活性硫小分子荧光探针的设计及生物成像应用[D]. 解茜茜.山西大学 2019
[2]基于萘酰亚胺衍生物的H2S荧光探针[D]. 石旭蓉.山西大学 2019
[3]萘酰亚胺衍生物的合成及生物应用[D]. 郑加柱.大连理工大学 2019
[4]氯乙酰基类半胱氨酸荧光探针的设计及应用[D]. 王倩倩.兰州大学 2019
[5]几种新型生物硫醇反应型荧光探针的设计、合成与性能研究[D]. 俞岳文.南京师范大学 2018
[6]选择性半胱氨酸小分子荧光探针的设计合成及检测[D]. 陈梦桥.中国石油大学(华东) 2017



本文编号：3436213