基于有机分子和稀土配位聚合物的荧光传感器的研究

发布时间：2020-08-14 07:24

【摘要】：荧光传感器由于具有结构简单、合成方便、快速响应、操作简单、高灵敏性和选择性、实时监测等优点,而被广泛应用于检测与生理进程或者重大疾病相关的阴阳离子、生物分子以及温度、湿度和压力等。随着荧光传感器在生命科学、材料科学、食品科学、环境检测、生化传感、生物成像、免疫分析、医学诊断等领域发挥着越来越重要的作用。因此,设计出成本更低、应用范围更广以及功能更加多样化的荧光传感器是非常有意义的!本论文基于荧光分析检测这一研究课题,我们合成了一系列有机分子和稀土配位聚合物荧光传感器,用于检测活性硫、离子和硝基爆炸物。并且,在已经报道的荧光传感器的基础上,我们做了一定程度的结构优化,使其具有更加优秀的性能。全文主要分为七个部分:一、简要介绍了荧光传感器的分类、设计原理和主客体识别的机理;重点总结了基于有机分子和稀土配位聚合物的荧光传感器的研究进展。二、以香豆素为荧光团,设计合成了一个基于Micheal加成机理的H_2S荧光探针。该探针对H_2S的检测限低至5×10~-88 M,并且对H_2S的检测过程可以在很短的时间内(60 s)完成。此外,该探针已经成功应用于检测细胞内的H_2S。三、以香豆素为荧光团,我们成功合成了一个双激发、双反应位点的硫醇荧光探针。当用470 nm的光激发时,探针只对ArSH有明显的荧光信号变化;当用451 nm的光激发时,探针对Cys、Hcy和ArSH有不同的荧光信号变化,可以通过两个不同的发射频道区分检测Cys、Hcy和ArSH。此外,该探针已经成功应用于活细胞中Cys、Hcy和ArSH的区分检测和成像。四、在第三章工作的基础上,我们基于氯代香豆素-半花菁荧光团合成了两个水溶性的三位点、三激发的近红外荧光探针1和2。探针1和2可以用于PBS中区分检测Cys、Hcy和GSH。当用不同的波长激发时,探针1和2对Cys、Hcy和GSH表现出不同的荧光响应。此外,探针1和2还成功地应用于通过三个不同的荧光发射通道来同时成像活细胞中外源性和内源性的Cys、Hcy和GSH。五、通过溶剂热法成功组装了一个新的稀土配位聚合物(Eu-CP)。荧光测试表明Eu-CP可用作检测Fe~(3+)/Fe~(2+)、Cr_2O_7~(2-)和NAEs的荧光探针。有趣的是,Eu-CP不但可以有效区分CrO_4~(2-)和Cr_2O_7~(2-),而且还可以灵敏地识别六种常见的NAEs,包括NB、1,3-DNB、4-NT、2,4-DNT、TNT和PA。更重要的是,Eu-CP在检测Cr_2O_7~(2-)和NAEs的过程中可以重复使用至少5次。六、在第五章的基础上,我们又通过溶剂热法成功制备了一个新的Tb-CP。荧光光谱显示Tb-CP可以选择性地检测水溶液中的Fe~(3+)、CrO_4~(2-)/Cr_2O_7~(2-)和PA。Tb-CP对于Fe~(3+)、CrO_4~(2-)/Cr_2O_7~(2-)和PA的检测限分别低至50、100和50 nM。并且通过简单的处理,Tb-CP在检测CrO_4~(2-)/Cr_2O_7~(2-)和PA的过程中可以循环使用至少5次。七、论文的总结与展望,包括对本论文实验结果的总结,对论文中制备的探针所存在的创新点和不足的分析,以及对基于有机分子和稀土配位聚合物的荧光探针发展的展望。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O641.4;O657.3;TP212.14
【图文】：

荧光,振动弛豫,内转换,磷光

文基于有机分子和稀土配位聚合物的荧光传感器的研究2图1-1 荧光产生的机理图（F：荧光，p：磷光，a1、a2：吸收，Ic：内转换；Isc：系间窜跃，Vr：振动弛豫）1.2.2 荧光传感器的识别原理荧光传感器，又叫做荧光探针，是一个用于检测和识别的体系。它可以通过识别基团感受到外界独特的刺激信号，并且可以将感受到的外界的信号转变为可以输出的荧光信号，进而达到对外界特定的刺激信号进行检测识别和记录等目的[4-8]。1.2.3 荧光传感器的构成如图1-2所示

荧光传感器

1.2.3 荧光传感器的构成如图1-2所示，一个完整的荧光传感器通常由三部分组成[9-15]，它们分别是：荧光团（Fluorophore），连接臂（Spacer）和识别基团（Receptor Unit）。图1-2 荧光传感器的结构

示意图,前线轨道理论,机理,荧光团

光很弱或者没有荧光；当荧光探针的识别基团与待测物结合后，PET过程受到破坏，荧光探针的荧光团恢复荧光。PET机理引起的荧光变化通常可以用前线分子轨道理论来解释。如图1-3所示，在光激发下，识别基团没有和被分析物结合前，其最高能量占有轨道（HOMO）的电子被激发到最低能量未占轨道（LUMO），荧光团受到激发跃迁到LUMO轨道上的电子不能回到HOMO轨道，从而导致荧光团荧光削弱或者淬灭。随着识别基团和被分析物结合后，识别基团的HOMO轨道电子不能跃迁到荧光团的HOMO轨道，当光激发时，荧光团LUMO轨道上的电子回到基态，荧光团荧光恢复。图1-3 前线轨道理论解释PET机理示意图基于PET机理的荧光探针通常表现为OFF-ON型。如图1-4所示，Lin等人报道了一个基于PET机理的近红外H2S荧光探针。该探针以BODIPY为荧光团

【相似文献】