比率型有机小分子荧光探针的合成及生物成像应用

发布时间：2017-09-14 07:25

  本文关键词：比率型有机小分子荧光探针的合成及生物成像应用

  更多相关文章： 酸度 过氧亚硝基阴离子 比率荧光探针 细胞成像 活体成像

【摘要】：在细胞的诸多生物学过程中,如细胞增殖和凋亡、离子运输、胞吞胞吐等,pH值都发挥着重要作用。某些细胞器内,如内涵体和植物液泡,它们有着区别于组织液的pH范围(大概在pH 4～6之间)。另如溶酶体,pH在4.5～5.5之间,有利于促进细胞代谢过程中蛋白的降解。通常细胞功能的失调与细胞pH值的异常密切相关,并且细胞酸度异常与某些重大疾病如癌症、老年痴呆等有着直接关系。因此,对细胞的pH进行有效监测,提供有关pH变化的有效信息,有助于了解细胞的生理和病理变化过程,一直以来都得到研究者的关注。活性自由基在细胞许多的生理病理过程中起着重要作用。细胞中产生的超氧阴离子(O_2~(·-))被认为是呼吸链电子传递过程中产生的首种自由基,具有一定的氧化性和亲核性。一氧化氮(NO)作为重要的信使分子,可快速透过生物膜扩散,在心、脑血管调节、神经、免疫调节等方面有着十分重要的生物学作用。O_2~(·-)和NO在生物体内通过反应可以生成具有强氧化性和亲核性的过氧亚硝基阴离子(ONOO~-)。研究表明ONOO~-的强氧化性质使得蛋白质、脂质、核酸等生物大分子发生变性,对机体造成不可逆的损伤,如心脑疾病的发生发展即与ONOO~-具有密切的关系。因此准确测定ONOO~-的含量,对于在分子水平上解释ONOO~-相关的损伤机制具有重要的意义。基于荧光探针的荧光成像方法由于具有无损、可视化、原位等特点,在细胞及活体中生物活性物种的检测中得到了广泛应用。在细胞及活体水平上对酸度或者ONOO~-进行荧光定量检测,可以提供更精准的生物学信息。然而由于生物样品的非均质性、仪器激发光源的波动、探针浓度的不均一性以及细胞泄漏等,单激发、单发射型的荧光探针不可避免的受到上述因素的影响,从而给出失真的物质信息,进而影响到对生物体系信息的有效提取。所以,发展比率型荧光探针,不仅可以有效避免上述因素的干扰,而且对样品的浓度波动可以给出定量的描述,从而保证了复杂生物环境下信息获取的准确性与有效性。本论文设计合成了两种比率荧光探针,分别实现了细胞及活体内pH值和ONOO~-的成像检测。(一)以花菁荧光染料为母体,基于A-D-A结构设计合成了三种近红外pH比率荧光探针Et-CY、PPh3-CY和morpholine-CY。三种探针均呈现随着pH值升高,长波处发射峰的荧光逐渐降低,短波处发射峰的荧光逐渐升高,两个发射峰之间的位移相差240～260 nm,具有良好的发射光谱分辨性。探针选择性好、低毒性。其中Et-CY能在细胞内pH值4～8的范围内灵敏变化。以Et-CY实现了Hep G2细胞在乏氧及氧糖剥夺-再灌注过程中pH的变化成像及定量检测,同时小鼠活体的pH荧光成像效果良好。所得结果为生物学研究提供了高光谱分辨率、宽响应范围的比率型酸度荧光探针。(二)以BODIPY为荧光团,偶联半花菁,合成了选择性响应ONOO~-的比率荧光探针BODIPY-Ratio。ONOO~-存在时,BODIPY-Ratio共轭结构中富电子的碳碳双键被氧化性的ONOO~-打断,呈现出长波处荧光强度降低,短波处荧光强度升高,荧光比值与ONOO~-的浓度呈良好的线性关系。BODIPY-Ratio对ONOO~-的响应灵敏度高、选择性好,成功用于细胞内源性ONOO~-的比率成像,同时小鼠活体的荧光成像效果良好。所得结果为生物学研究提供了选择性好、比率型的ONOO~-荧光探针。
【关键词】：酸度 过氧亚硝基阴离子 比率荧光探针 细胞成像 活体成像
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-37
• 1 小分子荧光探针的识别原理10-11
• 1.1 光诱导电子转移机理（Photoinduced Electron Transfer，PET）10
• 1.2 分子内电荷转移机理（Intramolecular Charge Transfer，，ICT）10
• 1.3 荧光共振能量转移机理（ Fluorescence Resonance Energy Transfer ，FRET）10-11
• 1.4 激发单体-激基缔合物机理（Monomer-Excimer）11
• 2 pH荧光分子探针的研究进展11-25
• 2.1 荧光增强型pH分子探针11-15
• 2.2 荧光比率型pH分子探针15-25
• 3 ONOO-荧光探针的研究进展25-32
• 参考文献32-37
• 第二章 检测细胞内pH的近红外比率荧光探针37-70
• 1 引言37-38
• 2 实验部分38-48
• 2.1 仪器及试剂38-40
• 2.2 试剂纯化40
• 2.3 探针的合成40-45
• 2.4 探针荧光光谱的测定45-48
• 3 结果与讨论48-67
• 3.1 pH探针的光谱性质考察48-55
• 3.2 干扰实验55-56
• 3.3 共聚焦细胞成像实验56-66
• 3.4 小鼠活体成像实验66-67
• 4 小结67-68
• 参考文献68-70
• 第三章 检测细胞内ONOO-的比率荧光探针的合成与应用70-85
• 1 引言70-71
• 2 实验部分71-77
• 2.1 仪器与试剂71-72
• 2.2 溶剂的纯化72
• 2.3 BODIPY-Ratio的合成72-74
• 2.4 BODIPY-Ratio的荧光性质考察74-77
• 3 结果与讨论77-83
• 3.1 BODIPY-Ratio的荧光光谱性质77-80
• 3.2 荧光干扰测试80
• 3.3 探针的MTT实验80-81
• 3.4 BODIPY-Ratio的共聚焦成像实验81-82
• 3.5 BODIPY-Ratio的小鼠活体成像实验82-83
• 4 小结83-84
• 参考文献84-85
• 附 合成产物谱图85-97
• 作者发表的论文及参加的课题97-98
• 致谢98

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1 王姗姗;;小分子荧光探针在硫醇检测中的最新研究进展[J];科技信息;2010年23期

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本文编号：848673