基于喹啉和罗丹明为母体的荧光化学传感器的设计、合成以及性能研究

发布时间：2017-09-20 03:09

  本文关键词：基于喹啉和罗丹明为母体的荧光化学传感器的设计、合成以及性能研究

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【摘要】：生命体的新陈代谢离不开各种蛋白质的协调作用,而氨基酸作为合成蛋白质的原料,通过自身及其代谢产物对生物体的蛋白质代谢、脂代谢、糖代谢等营养物质的代谢起到调节作用,具有维持机体内环境稳态、影响神经和内分泌,调控细胞的信号的传输、抗氧化、抗应激等功能。而这些都依赖于氨基酸在一个正常的浓度范围,浓度高于及低于正常值都会成为疾病的诱因。一个典型的例子：Cys高于正常值(19umol/I),会导致冠心病,延缓生长发育,头发褪色,水肿,嗜睡,肝损伤,肌肉和脂肪损失,皮肤损伤,阿尔茨海默氏症等。因此,发展能够定性及定量分析氨基酸的检测技术具有重要的科学价值和研究意义。钯及其化合物是合成药物分子有效的催化剂,而且在减少汽车尾气排放系统中有重要的作用。但是,钯在制药工业上的应用会在最终的产品中残留高水平的钯,汽车催化转化器中排放的钯会迅速的增加土壤、植物、河流和海洋等不同环境基质钯的含量,这些钯可以通过不同的途径进入人体,引起身体的不适。钯离子可以与含硫氨基酸、蛋白质、DND和维生素B6等生物大分子和生化试剂作用,扰乱多种细胞过程,钯还可以诱发一系列的毒性效应进而导致严重的皮肤和眼睛刺激。故此,人们急切需要能有效检测分析物中痕量钯的方法。传统检测钯的分析方法往往需要昂贵的测试仪器和复杂的操作过程,而荧光方法却具有高选择性和灵敏度,操作简单快捷,因此受到人们的广泛关注。荧光化学传感器区别于传统检测生物体内生物小分子含量的检测工具,其高灵敏度、高选择性、易于合成、廉价以及良好的生物应用特点,使其已经逐渐成为了生命科学和环境科学中主要的检测工具。通过探针与生物体内的活性物质的相互作用,显示出对应的荧光信号变化,能够更有效地帮助人们从微观角度出发来观察和了解生命活动。在生命科学以及环境科学等研究领域,设计且合成高灵敏度、高选择性的有机小分子荧光化学传感器已经成为人们的热衷研究的课题之一。然而,在过去的研究中单光子荧光化学传感器得到了快速的发展,但其在激发波长短,激发能量大,生物毒性强上的劣势会导致一系类不足,阻碍了荧光传感器的前进和发展。如：荧光淬灭,在生物细胞或组织中有自荧光的干扰,组织穿透深度小(100 μ m)等。相比之下,双光子荧光探针在激发波长长,激发能量低,组织穿透能力深,空间分辨率高,较小的荧光干扰背景和光散射,以及双光子延长细胞、组织显微成像时间上的特殊优势,使得双光子荧光化学传感器更利于人们观察研究生命过程。本文在查阅大量文献工作的基础上,设计并合成了分别基于喹啉的生物硫醇双光子荧光化学传感器荧光化学传感器,通过核磁共振谱图和ESI-TOF质谱对目标化合物进行了结构表征,研究了各自的性能,分别用于生物成像应用中,取得了理想的结果。主要研究内容如下：1.我们设计并合成了第一个基于TICT荧光发生机理双光子荧光化学传感器NQ,能够高选择性地检测Cys/Hcy。当加入Cys/Hcy时,NQ在540nm处表现出良好的"OFF-ON"荧光信号。我们通过理论计算,粘度相关的荧光光谱和时间分辨荧光光谱成功地证明了NQ的荧光发生机理。NQ与Cys/Hcy作用分别在800 nm左右表现出大的双光子吸收截面(580和710 GM)。同时NQ还表现出良好的双光子成像能力,使其在生物方面能够很好的应用。2.我们设计合成了基于FRET机理的荧光探针RN3,可以选择性的识别Pd2+。探针本身在510nm附近有强烈的荧光发射,此时的荧光为分子中的香豆素基团发射的荧光。当加入Pd2+后,RN3钯离子络合,使得罗丹明开环,香豆素发射的能量被罗丹明吸收,510nm的发射峰逐渐消失,在575nm出现新的发射峰,此时的荧光为罗丹明基团发射的荧光。
【关键词】：氨基酸 喹啉 罗丹明 荧光化学传感器 双光子 生物成像
【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;TP212.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 前言10-23
• 1.1 概述10-11
• 1.2 荧光化学传感器11-13
• 1.2.1 荧光传感器的构成11-12
• 1.2.2 荧光传感器的工作原理12-13
• 1.2.2.1 光诱导电子转移(PET)12
• 1.2.2.2 分子内电荷转移(ICT)12-13
• 1.2.2.3 荧光共振能量转移(FRET)13
• 1.2.2.4 扭曲分子内电荷转移(TICT)13
• 1.3 识别Pd~(2+)的荧光化学传感器13-17
• 1.4 识别生物硫醇的荧光化学传感器的研究进展17-23
• 第二章 基于TICT机理的检测细胞中Cys和Hcy的双光子化学传感器的合成及研究23-48
• 2.1 引言23-24
• 2.2 双光子荧光化学传感器的设计24-25
• 2.3 双光子荧光探针NQ的合成25
• 2.4 仪器与试剂25-27
• 2.5 目标化合物NQ的合成及结构表征27-29
• 2.6 光谱测试条件和细胞测试条件29-33
• 2.6.1 溶液配制29-30
• 2.6.2 Cys/Hcy滴定实验30
• 2.6.3 对不同种生物硫醇的选择性以及竞争性实验30
• 2.6.4 环境pH稳定性实验30
• 2.6.5 荧光量子产率的计算30-31
• 2.6.6 双光子吸收截面测试以及双光子验证31
• 2.6.7 细胞毒性测试31-32
• 2.6.8 细胞培养和双光子共聚焦荧光显微成像32-33
• 2.7 结果与讨论33-46
• 2.7.1 NQ对Cys/Hcy的紫外吸收与荧光发射测试33-36
• 2.7.1.1 NQ对Cys/Hcy的反应时间的紫外光谱响应33-34
• 2.7.1.2 NQ对Cys/Hcy的荧光滴定光谱34-36
• 2.7.2 NQ的对Cys/Hcy的选择性及竞争性实验36-37
• 2.7.3 荧光化学传感器NQ与Cys的反应机理研究37-39
• 2.7.3.1 核磁滴定实验37-38
• 2.7.3.2 ESI-TOF质谱分析38-39
• 2.7.4 荧光化学传感器NQ的TICT荧光发生机理的证明39-43
• 2.7.4.1 含时密度泛函理论计算39-41
• 2.7.4.2 NQ黏度相关的荧光发射光谱以及时间分辨荧光研究41-43
• 2.7.5 双光子吸收截面测定以及双光子吸收验证43
• 2.7.6 荧光化学传感器NQ的pH稳定性测试43-44
• 2.7.7 荧光化学传感器NQ的细胞毒性测试44-45
• 2.7.8 荧光化学传感器NQ的双光子共聚焦荧光显微成像应用45-46
• 2.8 本章小结46-48
• 第三章 基于FRET机理的检测细胞中的Pd~(2+)的双光子化学传感器的合成及研究48-65
• 3.1 引言48
• 3.2 荧光化学传感器的设计48-49
• 3.3 荧光化学传感器的合成及表征49-50
• 3.4 仪器与试剂50-52
• 3.5 光谱测试条件和细胞培养条件52-55
• 3.5.1 溶液配制52
• 3.5.2 Pd~(2+)滴定实验52-53
• 3.5.3 对不同种生物硫醇的选择性以及竞争性实验53
• 3.5.4 环境pH稳定性实验53
• 3.5.5 荧光量子产率的计算53-54
• 3.5.6 双光子吸收截面测试以及双光子验证54
• 3.5.7 细胞毒性测试54-55
• 3.5.8 细胞培养和双光子共聚焦荧光显微成像55
• 3.6 结果与讨论55-64
• 3.6.1 RN_3对Pd~(2+)的紫外吸收与荧光发射测试55-57
• 3.6.1.1 RN_3对Pd~(2+)的反应时间的紫外光谱响应55-56
• 3.6.1.2 RN_3对Pd~(2+)的荧光滴定光谱56-57
• 3.6.2 RN_3的对Pd~(2+)的选择性及竞争性实验57-60
• 3.6.3 荧光化学传感器RN_3的FRET反应机理研究60-61
• 3.6.4 双光子吸收截面测定61-62
• 3.6.5 荧光化学传感器RN_3的pH稳定性测试62
• 3.6.6 荧光化学传感器RN_3的细胞毒性测试62-63
• 3.6.7 荧光化学传感器RN_3的双光子共聚焦荧光显微成像应用63-64
• 3.7 本章小结64-65
• 参考文献65-82
• 第四章 总结82-83
• 硕士期间的成果和发表的论文83-84
• 致谢84

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本文编号：885532