高选择性一氧化氮荧光探针的构建及生物传感

发布时间：2020-07-26 22:48

【摘要】：在生物体中,一氧化氮(NO)是一个普遍存在的气体信使分子,在心血管系统、免疫系统、生殖系统、中枢及外围神经系统中发挥了重要作用。研究生物体内NO的生成及作用对了解相关生理和病理过程至关重要。在过去十年间,大量的NO荧光探针被开发出来,其中应用最广泛的是“邻苯二胺型”。然而“邻苯二胺型”NO荧光探针兼有荧光响应受到脱氢抗坏血酸/抗坏血酸/丙酮醛(DHA/AA/MGO)的严重干扰,以及pH范围窄和相对较慢的响应速率(NO半衰期:t_(1/2)=0.1-5 s)等缺点。因此我们致力于开发高选择性而且能够克服上述缺点,以期能够更好地用于复杂生物体系中的NO检测的荧光探针。本论文主要研究内容如下:(1)利用“单胺型”荧光探针对NO的响应不受DHA/AA/MGO的干扰的特点,以BODIPY为荧光团,同时在苯胺基团的邻对位引入富电子羟基和甲氧基,增加了氨基的亲核性,以期达到加快探针与NO的反应速度。筛选得到以对甲氧基苯胺作为反应基团的探针MA,并利用同样的反应机理设计合成了以三碳菁(Cy7)为荧光团的探针NIR-MA。两个探针不仅能够快速(基本几秒内完成),灵敏和特异性地影像NO,排除其它生物相关活性物质(包括ROS,DHA/MGO,生物硫醇和金属离子)的干扰。结合良好的细胞渗透性和低的细胞毒性,探针MA成功应用于HeLa中外源性NO和RAW264.7巨噬细胞中内源性NO的影像。探针NIR-MA成功应用于影像RAW264.7巨噬细胞中内源性NO和发炎老鼠模型中内源性NO。(2)保护了一个氨基的邻苯二胺基团对NO的识别虽然同样不受DHA/AA/MGO的干扰,但是基于罗丹明开关环机理的“邻苯二胺-罗丹明内酰胺型”NO荧光探针反应后生成的N-酰基三唑中间体,受到半胱氨酸(Cys)进攻生成关环的罗丹明内酰胺导致荧光猝灭。为此,我们开发了一个近红外区的邻苯二胺-脱氧硅罗丹明内酰胺的NO荧光探针deOxy-DALSiR。探针deOxy-DALSiR与NO反应后生成稳定的N-烷基三唑中间体,避免了后来开发的“罗丹明内酰胺型”NO荧光探针响应过程中受半胱氨酸(Cys)进攻引起的荧光淬灭。同时快的荧光响应速度(几秒钟内),巨大的荧光增长倍数(6300倍)和超低的检测限(0.12 nM)说明探针对NO的检测非常灵敏。探针deOxy-DALSiR成功用于影像RAW 264.7巨噬细胞,胰岛?细胞和EA.hy926内皮细胞中内源性NO,及小鼠发炎和糖尿病活体动物模型中内源性NO。(3)大部分NO荧光探针是通过检测其自身氧化产物N_2O_3来影像NO,然而由于NO同时会生成ONOO~-等其他的下游产物,检测N_2O_3并不能完整地反应NO的存在水平。我们开发了一个能够同时检测NO代谢的两种下游产物(N_2O_3和ONOO~-)的NO荧光探针DA。探针DA能够与N_2O_3或ONOO~-在数秒内完成反应,不受脱氢抗坏血酸/抗坏血酸/丙酮醛(DHA/AA/MGO)的干扰,而且背景荧光干扰小,反应后荧光分别增强了(23)(23)(15)倍和(24)(15)(15)倍,检测限分别低至(15)(13)(23)nM和0.14 nM。同时该探针具有较低的细胞毒性和良好的渗透性,能够成功影像HeLa细胞中外源性N_2O_3和ONOO~-以及RAW264.7巨噬细胞中内源性N_2O_3和ONOO~-,能够为与NO相关的疾病的诊断和治疗提供重要依据。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.3;TP212.3
【图文】：

第一章 综 述第一章 综 述言有机染料为载体的小分子荧光探针已成为生物医学研究必不可少的工具料对荧光探针的设计至关重要[1,2]。自十九世纪中期，研究者发现有机奎宁[3]以来，科学家们陆续开发了许多具有优异光物理性质的染料，包罗丹明[5]，BODIPY[6]，花菁[7]等染料。同时开发量子产率高和光稳定料更适用于生物体系的研究[7,8]。目前，主要通过扩大已有染料的共轭[结构中添加杂原子[11,12]以及对花菁染料结构的修饰[13]等方法来设计更染料。小分子荧光探针一般包括荧光基团和识别基团，目标化合物与分子作用或化学反应可以改变荧光基团的光谱性质，从而实现对目标。

荧光探针的设计当中。但是其与 NO 反应生成的 N 酰基三氮唑产物水解作容易受 Cys 等生物硫醇的进攻而导致荧光猝灭。因此解决这一问题应该引重视。（3）目前为止，影像 NO 的荧光探针大多数是影像 NO 的下游产物 N2O3，映的 NO 的存在情况。因此开发能够直接选择性影像 NO 或者更加全面影像产物的荧光的探针能够更加全面的反映 NO 的参与的生理和病理过程。鉴于 NO 重要的生理病理作用，解决以上挑战能够为生物体中 NO 的研究提影像工具，能够为与其相关的疾病的诊断治疗和药物开发提供更好的研究 荧光的产生机理处于基态（S0态）的荧光分子吸收一个或多个光子的能量，跃迁到激发态S2态、S3态等）。从激发态经过内转换和振动弛豫跃迁至 S1态的最低振动能回 S0态的过程发射荧光。若电子从 S1态系间窜越至 T1，在低温或刚固定化射磷光并返回 S0态。另外一种回到 S0态的方式为非辐射跃迁。如图 1.2 所

供体阳离子和受体阴离子组成的电荷分离状态，最团可作为电子供体或者受体，所以又分为 d-PeT 程发生时，荧光团作为电子供体，识别基团作为基团的 LUMO 轨道能级位于发色团的 HOMO 和的 HOMO 轨道电子被激发跃迁到其 LUMO 轨道发色团的 LUMO 轨道能级差最小，所以发色团激通过非辐射跃迁到相近能级的识别基团的 LUMO 色团的 LUMO 向其 HOMO 轨道的辐射跃迁，导致程发生时，荧光团作为电子受体，识别基团作为基团的 HOMO 轨道能级位于荧光团的 HOMO 和的 HOMO 轨道电子被激发跃迁到其 LUMO 轨道荧光团的 HOMO 轨道能级差最小，所以电子由识团的 HOMO 轨道，发生 a-PeT 过程，阻碍了荧光射跃迁，导致荧光猝灭[50]。

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 董天宇;朱昱;李宏达;刘思佳;;硫离子荧光探针的研究进展[J];山东化工;2018年14期

2 陈博;褚文道;;小分子荧光探针的设计和展望[J];广州化工;2018年16期

3 张晓梦;杜吕佩;;检测钾离子通道的小分子荧光探针的研究进展[J];药学进展;2017年01期

4 刘海兴;刘清;郇延富;;基于罗丹明类荧光探针的研究进展[J];现代化工;2017年04期

5 尚玉婷;;动植物体系中锌离子荧光探针的设计、合成及初步应用[J];分析仪器;2016年S1期

6 徐龙华;方国臻;王硕;;碳点荧光探针在食品检测中的应用[J];食品研究与开发;2017年12期

7 刘清玉;陈军宪;;基于香豆素衍生物的锌离子荧光探针作用机理的理论研究[J];广东化工;2017年11期

8 李檬;高天初;朱为宏;;β-半乳糖苷酶荧光探针的研究进展[J];中国科学:化学;2017年08期

9 张晓兵;;前言:分子荧光探针专刊[J];中国科学:化学;2017年08期

10 祝新月;王建西;张海霞;;生物小分子巯基化合物荧光探针研究进展[J];分析测试技术与仪器;2017年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 付艳艳;贺庆国;程建功;;有机薄膜荧光探针的设计及应用[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十一分会：π-共轭材料[C];2016年

2 张涛;杨国强;;疏水性二氧化硅气凝胶负载有机荧光探针[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十七分会：光化学[C];2016年

3 刘翔;姜国玉;李勋;范小林;王建国;李永东;;基于四苯乙烯衍生物小分子生物硫醇荧光探针的设计合成及传感研究[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十七分会：光化学[C];2016年

4 宋波;;基于超分子组装的纳米荧光探针[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十四分会：超分子组装与软物质材料[C];2016年

5 宋功武;方光荣;;核酸荧光探针的研究与应用[A];中国分析测试协会科学技术奖发展回顾[C];2015年

6 杨坤;褚昆昆;袁朝圣;苏磊;;基于荧光探针的液体高压粘度测量研究[A];第十八届中国高压科学学术会议缩编文集[C];2016年

7 谌春阳;刘伟;徐聪;刘伟生;;一种检测细胞内谷胱甘肽的比色荧光探针[A];2015年中西部地区无机化学化工学术研讨会会议论文集[C];2015年

8 郭炜;;有机荧光探针的构建及传感研究[A];全国第十七届大环化学暨第九届超分子化学学术研讨会论文摘要集[C];2014年

9 斯雯菲;柳志学;;一种检测亚硫酸盐的比率型荧光探针[A];全国第十七届大环化学暨第九届超分子化学学术研讨会论文摘要集[C];2014年

10 巨泽民;沈康;陈曙光;郑和根;;配位聚合物在荧光探针方面的应用[A];中国化学会第九届全国无机化学学术会议论文集——B配位化学[C];2015年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 本报记者 赵秋丽 冯帆 本报通讯员 姚昌;“荧光探针”点亮细胞世界[N];光明日报;2019年

2 本报记者 王海滨 通讯员 张瑶 周君彦;阴彩霞：在细胞里玩转“小分子”[N];科技日报;2017年

3 通讯员 姚燕燕　记者 胡德荣;我国学者开发独特荧光探针[N];健康报;2011年

4 衣晓峰　金鸥 记者 吴天飞;荧光探针可超早期发现“癌魔”[N];哈尔滨日报;2009年

5 记者 胡晓军 杨力勇 通讯员 刘永胜;渐冻人症有望实现早期诊疗[N];健康报;2015年

6 江其勤;多组分显微荧光探针分析技术成功应用[N];中国石化报;2007年

7 记者 胡德荣;新型荧光探针可筛选高效抗癌化合物[N];健康报;2015年

8 特约记者 郭金明 通讯员 姚化成;大连理工大学研制出SARS病毒快速检测荧光探针[N];光明日报;2003年

9 记者 马爱平 通讯员 雷鸣 周圆;新型探针材料可快速检测贫血症[N];科技日报;2016年

10 王令仪;“向科学进军”影响他一生[N];联合时报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 张洪星;基于吡Up红平台荧光探针和荧光染料的开发及生物传感研究[D];山西大学;2018年

2 霍莹莹;高选择性一氧化氮荧光探针的构建及生物传感[D];山西大学;2018年

3 苗俊峰;活性氮化物一氧化氮和过氧亚硝基阴离子荧光探针的构建和生物传感[D];山西大学;2018年

4 侯玲杰;分子荧光探针用于离子检测及细胞成像研究[D];山西大学;2018年

5 岳永康;半胱氨酸荧光探针的设计及生物成像应用[D];山西大学;2018年

6 程丹;高选择性荧光探针构建及其在炎症和药物诱导肝损伤检测中的应用[D];湖南大学;2018年

7 张晟瑞;半花菁类荧光探针的构建及应用研究[D];西北大学;2018年

8 唐永和;新型活性羰基（RCS）小分子荧光探针的设计、合成及其成像研究[D];济南大学;2018年

9 聂景;活性氧小分子荧光探针的设计、合成与生物成像研究[D];中国矿业大学;2018年

10 高敏;新型荧光探针设计及其在缺氧胁迫下生物活性分子的成像分析研究[D];中国科学院大学(中国科学院烟台海岸带研究所);2018年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王逸骏;新型部花菁荧光探针设计及其应用于生物小分子分析研究[D];湖南大学;2015年

2 刘仁杰;新型金属离子荧光探针的设计制备及其在环境水样和生物体内的应用研究[D];江苏大学;2018年

3 黄美玉;氰化氢荧光探针以及同时检测硫醇和脂肪伯胺荧光探针的设计、合成及其荧光成像应用研究[D];江苏大学;2018年

4 王宁;新型氰化物、亚铁离子荧光探针的设计、合成及其荧光成像应用研究[D];江苏大学;2018年

5 秦楠;单糖用于艾杜糖醛酸、工业油剂和荧光探针的合成与性能研究[D];南京理工大学;2018年

6 王材江;一种新型聚集诱导荧光探针的设计与合成[D];南京理工大学;2018年

7 崔丽霞;取代基对半花菁类pH荧光探针的作用研究[D];山西大学;2018年

8 佟宗轩;用于pH值及组蛋白去乙酰化酶生物成像的新型荧光探针的合成及性质研究[D];湖南大学;2017年

9 黄晖;用于SO_2衍生物及蛋氨酸亚砜还原酶生物成像的荧光探针的合成及性质研究[D];湖南大学;2017年

10 刘维岩;肼荧光探针的构建及细胞成像研究[D];河北大学;2018年

本文编号：2771403