基于咔唑母体的双光子荧光探针的设计、合成及性能研究

发布时间：2017-08-19 04:26

  本文关键词：基于咔唑母体的双光子荧光探针的设计、合成及性能研究

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【摘要】：近年来,荧光探针由于具有很高的敏感性和选择性,可以实时监测,并且容易操作等优点被人们认为是一种有效的生物检测工具。迄今为止,大部分报道的荧光探针都是单光子荧光探针,由于单光子荧光探针是用短波长激发的,存在很多缺点,比如容易造成光损伤,光漂白和背景颜色的干扰。因此,为了克服单光子荧光探针存在的缺陷,我们急需要寻求一种在长波下激发,能够应用于细胞中进行检测,且具有高的荧光量子产率,大的吸收截面积和更灵敏识别的双光子荧光探针。次氯酸是生物体内重要的活性氧之一,具有强氧化性,对生物体有着重要影响,也广泛应用于日常生活中。然而,过量的次氯酸会导致一些疾病的发生,例如癌症等。金是一种贵重金属,可以制作货币、珠宝以及一些首饰品,金离子有抗炎特性,可以用于合成关节炎、癌症等药物。尽管金离子有如此多的应用,但我们还应该注意金离子有很大的毒性,因为金离子可以和DNA紧密的结合,会导致肝脏、肾脏及神经系统的损坏,所以我们一定要注意控制金离子的含量。Cu是继Fe和Zn之后的重要过渡金属元素,对维持生物体正常运转起着重要作用。Cu2+离子在生物体中的含量虽然很少,但是缺乏Cu2+离子会导致生物体生长过程的紊乱,同样,如果Cu2+含量过多的话也会对生物体产生很大的毒害。鉴于此,检测生物体中次氯酸,金离子,铜离子的含量,研究活细胞中次氯酸,金离子,铜离子的动态分布,已经成为了当今生物学和医学研究的重要课题。本论文在查阅了大量文献的基础上,设计合成了基于咔唑的能够选择性识别ClO-Au3+、Cu2+的双光子荧光探针,通过1HNMR、13CNMR以及质谱等测试对目标探针进行了结构表征,而且通过紫外、单光子/双光子荧光等研究了光学性质,并成功地用于细胞成像,部分还成功定位线粒体。一、我们设计并合成了两个水溶性的以咔唑为母体的次氯酸双光子荧光探针。使用咔唑为母体,是因为从已报道的咔唑类荧光探针中发现,咔唑具有很好的光稳定性,很低的细胞毒性以及很大的双光子吸收截面积等优点。以咔唑基团作为电子供体,吡啶正离子作为电子受体,形成D-π-A型双光子荧光探针,这种卓越的分子内电荷转移(ICT)体系保证了探针的双光子性质。以肟作为识别基团,通过C=N键的旋转从而实现对次氯酸的检测。吡啶正离子可以定位到线粒体中,而且可以增加探针的水溶性。二、在第一个工作及文献的基础之上,我们又以咔唑基团作为电子供体,乙烯基吡啶正离子作为电子受体,合成了一个新的检测金离子的双光子荧光探针,以2-肼吡啶作为识别基团,通过金离子的水解作用实现对金离子的检测。该探针具有很高的灵敏度、很低的检测限以及很大的Stokes位移,并成功地定位到线粒体中。三、我们设计并合成了以咔唑为母体的"turn-on"型铜离子双光子荧光探针,该探针具有很好的光稳定性,很低的细胞毒性以及很大的双光子吸收截面积等优点。我们用2-甲酰吡啶肼与醛基反应可得到席夫碱类有机物,通过铜的水解作用成功的检测铜离子。
【关键词】：咔唑 双光子荧光探针 细胞成像 ClO~- Au~(3+) Cu~(2+)
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-9
• 第一章 前言9-18
• 1.1 概述9-10
• 1.2 荧光探针的识别机理10-12
• 1.2.1 荧光探针的构造10
• 1.2.2 荧光探针的光物理机理10-12
• 1.3 次氯酸荧光探针12-14
• 1.4 金离子荧光探针14-16
• 1.5 铜离子荧光探针16-17
• 1.6 选题背景和主要设计思想17-18
• 第二章 基于ClO~-离子线粒体定位的双光子荧光传感器的合成及光学性质研究18-37
• 2.1 引言18-19
• 2.1.1 设计思路18-19
• 2.2 仪器与试剂19-20
• 2.3 光谱测试条件20-21
• 2.3.1 测试溶液的配制20-21
• 2.3.2 ClO~-离子的滴定实验21
• 2.3.3 离子选择性和竞争性21
• 2.3.4 双光子吸收截面的测试21
• 2.4 目标化合物的合成及结构表征21-25
• 2.4.1 HCH/HCM的合成路线21-22
• 2.4.2 化合物的合成步骤及结构表征22-25
• 2.5 结果与讨论25-36
• 2.5.1 探针HCH/HCM与ClO~-反应的机理研究25
• 2.5.2 探针HCH/HCM对ClO~-的响应时间、荧光滴定光谱及紫外吸收光谱25-28
• 2.5.3 检测限28-29
• 2.5.4 探针HCH/HCM的pH的影响29-30
• 2.5.5 探针HCH的离子选择性及竞争性实验30-31
• 2.5.6 试纸实验31-32
• 2.5.7 探针HCH/HCM的双光子性质32-33
• 2.5.8 探针HCH的细胞毒性测试33-34
• 2.5.9 探针HCH的双光子细胞成像实验34-35
• 2.5.10 探针HCH的线粒体定位成像35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 基于金离子线粒体定位的双光子荧光传感器的合成及光学性质研究37-56
• 3.1 引言37-38
• 3.1.1 设计思路37-38
• 3.2 仪器与试剂38-39
• 3.3 光谱测试条件39-40
• 3.3.1 测试溶液的配制39-40
• 3.3.2 Au~(3+)子的滴定实验40
• 3.3.3 离子选择性和竞争性40
• 3.3.4 双光子吸收截面的测试40
• 3.4 目标化合物的合成及结构表征40-41
• 3.4.1 PyCM的合成路线40-41
• 3.4.2 化合物的合成步骤及结构表征41
• 3.5 结果与讨论41-55
• 3.5.1 探针PyCM对Au~(3+)/Au~+的荧光光谱及紫外吸收41-43
• 3.5.2 检测限43
• 3.5.3 探针PyCM对Au~(3+)的反应时间43-44
• 3.5.4 探针PyCM的离子选择性及竞争性实验44-46
• 3.5.5 探针PyCM的pH影响46-47
• 3.5.6 探针PyCM对Au~(3+)离子的反应机理47-51
• 3.5.7 探针PyCM的双光子性质51-52
• 3.5.8 探针PyCM的细胞毒性测试52-53
• 3.5.9 探针PyCM的双光子细胞成像实验53-54
• 3.5.10 探针PyCM的线粒体定位成像54-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第四章 基于铜离子双光子荧光传感器的合成及光学性质研究56-71
• 4.1 引言56-57
• 4.1.1 设计思路57
• 4.2 仪器与试剂57-58
• 4.3 光谱测试条件58-59
• 4.3.1 测试溶液的配制59
• 4.3.2 Cu~(2+)离子的滴定实验59
• 4.3.3 离子选择性和竞争性59
• 4.3.4 双光子吸收截面的测试59
• 4.4 目标化合物的合成及结构表征59-60
• 4.4.1 CuCM的合成路线59-60
• 4.4.2 化合物的合成步骤及结构表征60
• 4.5 结果与讨论60-70
• 4.5.1 探针CuCM对Cu~(2+)离子的紫外吸收和荧光光谱60-61
• 4.5.2 检测限61-62
• 4.5.3 探针CuCM对Cu~(2+)的反应时间62-63
• 4.5.4 探针CuCM的离子选择性及竞争性实验63-64
• 4.5.5 探针CuCM的pH影响64-65
• 4.5.6 探针CuCM与Cu~(2+)离子反应的机理研究65-67
• 4.5.7 探针CuCM的双光子性质67-69
• 4.5.8 探针CuCM的细胞毒性测试69
• 4.5.9 探针CuCM的双光子细胞成像实验69-70
• 4.6 本章小结70-71
• 参考文献71-88
• 第五章 总结88-89
• 硕士期间发表的论文89-90
• 致谢90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 SONG FengLing;NING HouFu;SHE HaiYing;WANG JingYun;PENG XiaoJun;;A turn-on fluorescent probe for Au~(3+) based on rodamine derivative and its bioimaging application[J];Science China(Chemistry);2014年07期

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本文编号：698685