活性氧荧光探针的设计、合成及生物成像应用研究

发布时间：2020-07-12 01:17

【摘要】：在代谢过程中,通过多种机制在细胞内产生活性氧物质(ROS)。由于ROS中氧的价态为负2至0,因此ROS具有高反应性,被认为是细胞的关键调节分子之一。ROS虽然可以消除不良的外源性化学物质,但对细胞信号传导也有很大的影响,对调节生理和病理过程至关重要。在众多的活性氧当中尤为重要的两种是过氧化氢(H_2O_2)和次氯酸(HClO),其含量高于其它活性氧。过量H_2O_2和HClO会诱发癌症、心血管等疾病的发生。荧光探针技术与生物成像技术相结合,具有操作简便易行、成本低等优点,可对生物体内的酶及生物小分子进行实时检测。因此,设计和合成具有特异性、灵敏度的荧光探针对检测活性氧尤其重要。本文分别设计合成了基于氧杂蒽环衍生物荧光团检测H_2O_2的探针、基于吡喃-香豆素荧光团检测ClO~-的探针以及具有双光子性质,基于萘酰亚胺荧光团检测HClO的荧光探针。在第二章中,描述了一种新型红光发射荧光探针(RhoB),用于观察活细胞、组织和动物中的H_2O_2。探针是在基于氧杂蒽环红色发光染料的基础上构建的,并且几乎不显示荧光。用H_2O_2处理后,探针可以呈现红色荧光,最大发射波长为638 nm。探针对H_2O_2表现出高灵敏度和良好的选择性,并成功应用于活细胞中外源性和内源性H_2O_2的成像,也可用于活体组织和动物中H_2O_2的可视化成像。在第三章中,描述了一种独特的比率荧光探针(CBP),其具有极大的发射位移,用于检测活细胞中的ClO~-。使用带正电的α,β-不饱和羰基作为反应位点,探针本身显示出近红外(NIR)荧光(662 nm),当与ClO~-响应后,探针在456 nm处可显示强的蓝色荧光。探针与次氯酸盐的反应具有灵敏度高、选择性好、在生理pH下具有良好性能以及低细胞毒性的优点。生物成像实验证明了探针能够在活细胞中对次氯酸盐比率成像的生物学应用。在第四章中,描述了一种最新的ER靶向关闭荧光探针(NHS-ER),用双光子成像技术对活细胞中HClO进行检测。该探针是在萘酰亚胺的基础上构建的,并显示出强的绿色荧光。与HClO响应后,探针在502 nm处的荧光强度逐渐降低,并且探针显示出对HClO优异选择性。探针能够应用于活细胞内质网内HClO的双光子成像。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q503;O657.3
【图文】：

示意图,机理,示意图,基团

移（internal charge transfer，ICT）是设计荧光探针最常是由荧光团和离子载体直接相互连接形成的有机小分子时具有两个主要作用基团，分别为给电子基团和吸电子，由于电子密度的差异，探针的 HOMO 轨道很容易靠近轨道更容易被吸电子基团接近，受到光源激发时给电子 ICT 效应的偶极子。然而，客体物种无论是与给电子体体-受体物种之间的偶极强度，从而使光物理行为发生改中，供体基团与客体物质相互作用，结果供体基团的给电极强度减弱，发射光谱发生蓝移。反之在 b 例子中，受体基团的接受电子性质增加，使得偶极强度增强，从而

示意图,机理,示意图,轨道

子转移移（photoinduced electron transfer，PET）是一种基于荧该机理设计合成的探针主要有荧光团、连接轴和识别位道理论可以用来解释 PET 荧光探针的响应机理。光辐射OMO）中的电子到其最低非占有轨道（LUMO），识别光基团 HOMO 轨道的能量且低于荧光基团 LUMO 轨道轨道被识别基团 HOMO 轨道上的电子占据，无法再电子，从而荧光淬灭，发生 PET 效应。当探针与待测物的能量高于识别基团的 LUMO 轨道的能量，因此荧光基其 HOMO 轨道，从而荧光恢复，即 PET 过程不会发生恢复[37]。

示意图,机理,示意图,能量转移

图 1.3 FRET 机理示意图移through-bond energy transfer，TBET）是另一种能供体-受体的能量转移主要通过扭曲的 P 电子系统移，无光谱重叠约束和相对较快的能量转移，在荧光团间的能量转移[39]。光高浓度下荧光会衰减甚至不发光，这种现象被称聚集体的形成，因此通常称之为“聚集荧光淬灭(

【相似文献】