二聚型罗丹明类荧光探针的设计

发布时间：2020-10-11 04:46

　　 生物体内的各种阴、阳离子,氨基酸以及蛋白质等的含量对生命健康的维持起到了重要作用,如果能便捷地检测这些物质在生物体内的分布及浓度变化,则对于它们能引起的疾病的预防和控制起到非常重要的作用。因此,发展能快速、准确、无损、原位地检测这些物质的分析方法便成为研究者们关注的重点。小分子荧光探针技术作为一种新兴的分析检测技术,因其反应灵敏,准确度高,检出限较低且能运用于生物体荧光成像等优点,吸引了众多研究者们的目光并发展成为一项独立的分析技术。罗丹明是一种常见的生物荧光染色剂,具有许多优良的光学性质,如:较大的摩尔吸收系数和荧光量子产率,较好的光稳定性等。因此,罗丹明常常作为荧光母体被运用于荧光探针的设计及构建中。由于基于罗丹明衍生物的荧光探针有固定的氧杂蒽发色团,因此吸收和发射光的波长变化并不大,吸收光波长通常在550nm附近,发射光波长通常在570nm附近。但是在荧光探针运用于生物成像中时,较大的吸收光波长能有效地降低生物自发光带来的影响且能提高信噪比。理论上,更大的共轭结构能使得荧光探针的吸收光波长更大,即红移。基于此,本论文在前人的基础上,设计开发了一对基于二聚罗丹明衍生物的荧光探针,它们是一对顺反异构体,都以二聚形式的氧杂蒽为其发色主体。实验数据表明,这对顺反异构体在光物理、光化学性质方面存在较大差别,反式的荧光探针显示出对钯离子具有很好的选择性,而且由于这对荧光探针的荧光团具有更大刚性平面结构,使得荧光探针开环时产生的最大吸收波长红移,达到603 nm,荧光发射峰的位置达到625 nm,相比于普通罗丹明的吸收和发射峰的位置红移达50 nm左右,具有更好的应用前景。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O657.3;TQ422
【部分图文】：

首先就是要发展出一种便捷、精确检测重金属离子的方法。随着科技术水平的不断发展，目前已经有一些方法成功用于重金属检测之中，例如：光分析法，电化学分析法，液相色谱法，生物化学分析法[1]。与其他几种分析方相比，荧光分析法通过重金属与荧光探针结合，会减弱或增强荧光的特性，具操作步骤简单，分析效果好的优点。因此，发展新型荧光探针也成为研究者们注的热门方向。罗丹明是一类常见的染色剂，因其具有一系列良好的光学性质，如摩尔消系数较大、荧光量子产率较高、光稳定性好等，常常被应用于分子探针的设计中它的分子主体是呈刚性平面结构的氧杂蒽，同时这也是它的发色团，与氧杂蒽连的五元螺环则是它的特异性识别部位。研究者们通过修饰螺环上的取代基使丹明的衍生物对酸性环境或某种金属产生特异性识别，以此达到分子荧光探针建的目的。通常情况下，溶液中的罗丹明衍生物表现为无色且不发或仅发出很弱的荧光。而当溶液中被加入酸性物质使溶液显酸性或加入某些金属离子后，丹明衍生物的五元螺环便会打开，分子共轭结构发生改变，使得溶液变红并发强烈的荧光[2-3]，如图 1-1 所示。依靠罗丹明衍生物的这类性质，便可以被设计各类荧光探针特异性检测各种金属离子。

导电子转移 基于光诱导电子转移的荧光探针的响应机射致使荧光团的最高占据轨道（HOMO）上的一个电LUMO）上，这时 HOMO 上空出一个孤电子。而与荧MO 轨道能量恰好稍高于荧光团的 HOMO 时，识别基跃迁至荧光团的 HOMO 上，与荧光团 HOMO 上的孤激发跃迁至 LUMO 轨道上的电子无法回落到原先的-22]。但是当识别基团与被检测物结合或反应后，识别变化，当轨道的能量低于荧光团的 HOMO 时，识别会跃迁至荧光团的 HOMO 上，此时被激发到荧光团以回落到基态，即跃迁回原来的 HOMO 轨道上，荧光所示。基于这种机理设计的荧光探针在与被检测物作用光，而当识别基团与被检测物作用后便发出较强的荧化就可以判断出是否存在目标分子。由于光诱导电子在荧光团和识别基团之间跃迁，因此对于荧光团和识并且，荧光团须与识别基团距离较近，也就是说它们长度较短，否则这种电子转移过程会减弱。

哈尔滨工业大学理学硕士学位论文荧光团受到光的激发时，整个分子内部存在电荷转移，电子远离电子给体而到电子受体。而当识别基团与被检测物作用后，识别基团的给电子能力或受能力发生改变，从而导致整个分子的给、受电子体之间的能差改变，引起荧射波长红移或蓝移[23-24]，如图 1-3 所示。因此，基于这种原理设计的荧光探针检测物作用前后产生的变化远不如基于光诱导电子转移的荧光探针那么明显
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本文编号：2836090