基于双键旋转受阻AIE机理的顺式四苯乙烯大环双季铵盐合成及DNA高灵敏度检测研究

发布时间：2020-05-28 20:12

【摘要】：聚集诱导发光(aggregation-induced emission,AIE)效应自被发现以来一直受到人们的关注,在许多领域都有极大的应用价值,生物探针就是其中之一。四苯乙烯(TPE)因为其结构简单、易于合成、容易修饰等原因,是人们研究最多的AIE化合物。此前,我们课题组已经证明,TPE双键在激发态下自由旋转受阻对AIE效应起到关键作用,基于此,本论文合成了一系列的顺式TPE季铵盐和偕式TPE季铵盐,用于DNA检测,大大提高了对DNA的检测灵敏度。同时发现,相比于偕式TPE季铵盐,顺式TPE季铵盐具有更高的检测灵敏度,这是第一次运用限制TPE双键自由旋转的机制来提高探针检测灵敏度。此外,还用CD、CPL等手段探讨了这些季铵盐与DNA结合发射荧光的机理。(1)本论文设计合成了一系列的顺式和偕式TPE季铵盐,并且通过核磁、熔点测定、红外光谱、高分辨质谱等方法对这些TPE季铵盐以及中间产物进行了表征。荧光测试表明这些TPE季铵盐均是典型的AIE化合物。除此之外,还通过X射线单晶衍射的方法确定了合成得到的TPE季铵盐8e为顺式位结构。(2)用合成的这一系列TPE季铵盐分别检测了鱼精DNA、小牛胸腺DNA以及人工合成的30nt、20nt、10nt DNA,发现顺式TPE季铵盐比偕式TPE季铵盐具有更高的检测灵敏度。对鱼精DNA的检测限可以达到64 pM(1.3 ng/mL),文献报道过的最低检测限为20 ng/mL。对小牛胸腺DNA的检测限可以达到1.6 ng/mL,对30nt DNA,20nt DNA,10nt DNA的检测限分别可以达到32 pM(0.3 ng/mL),75 pM(0.5 ng/mL)和387 pM(1.2 ng/mL)。(3)做了一系列实验对TPE季铵盐发光机理进行了研究。在与对苯二甲酸二钠作用时,顺式TPE季铵盐比偕式TPE季铵盐显示出更强的荧光增强效果。用小牛胸腺DNA可以诱导出顺式TPE季铵盐8a、8b、8c、cis-8e、8f、8g的双CD信号峰,只能诱导出偕式TPE季铵盐9、10的单CD信号峰,不能诱导出偕式TPE季铵盐35的任何CD信号,论证顺式TPE季铵盐相比偕式TPE季铵盐刚性更强,容易被诱导出单一方向的螺旋结构。更值得一提的是,顺式季铵盐8b和8c与小牛胸腺DNA作用后的溶液制备出的薄膜都具有很强的CPL信号,偕式季铵盐9和10不显示出CPL信号。以上结果都证明TPE季铵盐双键旋转受阻有利于增强荧光发射。
【图文】：

照片,混合溶液,乙腈,荧光

HPS 在不同比例的乙腈/H2O 混合溶液中的荧光照片以及 HP烯（TPE）也是一个典型的 AIE 分子，它拥有螺旋桨构型，分并且容易进行修饰，是研究最广泛的 AIE 分子。TPE 的作用机行解释，它分子内的四个苯环分别通过 C-C 单键与乙烯相连，环可以自由旋转，，荧光减弱，在聚集状态时，四个苯环因为空间而且由于螺旋桨结构的原因，阻碍了分子间的 π-π 堆积，发出强等人验证了该机理可靠性[31]。Zheng 等人合成了 1，2，3，4 四物分别用不同个数的刚性短链进行桥连，进行桥连后，可以限现，化合物 2，3，4 在固体状态和 H2O/THF（体积比 95/5）中，以荧光素为标准物，测试了各化合物在 THF 以及 H2O/THF（子产率，在 THF 中的相对荧光量子产率分别为 0%、24%、49%95/5）中的相对荧光量子产率分别为 2%、22%、51%、80%。

示意图,机理,示意图,探针

E 分子的 RIR 机理示意图以及 THBA 分子的 RIV 机理示意图。化合物在生物探针领域的研究进展及应用聚集诱导发光效应被发现以来，AIE荧光材料被广泛应用到化学生、OLED 等众多领域中，生物探针也是其中一个热点和前沿领域。探针，AIE 探针具有它独特的优势。根据 AIE 的作用机理，人们设各样的点亮型荧光探针，在实际检测过程中，该类型探针可以提供更加准确的信号，并且可以大大提高检测限。而且，由于 AIE 探针背景很低，所以在使用 AIE 探针进行检测时无需洗涤，这不但可以少被检测物的损失。同时，因为在检测时形成的大部分 AIE 聚集体性，所以 AIE 探针还可以用来进行长时间的追踪检测[33]。鸟嘌呤（G）碱基单元的重复单链 DNA（ssDNA）序列可以形成非
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q523;O657.3

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