选择性检测二氧化硫衍生物荧光探针的构建及生物应用研究

发布时间：2020-07-22 12:03

【摘要】：荧光探针分析法,主要通过与待分析物的化学反应来改变其荧光颜色或荧光强度来定性或定量分析特定目标。它具有灵敏度高,选择性好,反应时间短,操作快等优点,使它在生命科学等领域的检测中具有越来越重要的应用。与单光子荧光探针相比,由于双光子荧光探针在可见光-近红外范围(约700-1100nm)内被激发,可以克服单光子荧光技术的许多问题,如较短的激发波长(350-550 nm)导致光漂白,对样品的光损伤比较大,以及生物样品在此波段中的自发光的干扰等问题,使得双光子荧光探针成为当今前沿研究领域的热门课题。因此,设计一种具有双光子性质的荧光探针用于检测生物体内的分子、离子具有重要意义。本学位论文分别选用萘酰亚胺和香豆素衍生物作为荧光团,通过修饰,设计合成了三种荧光探针,用于二氧化硫(SO_2)及其衍生物亚硫酸氢钠盐(NaHSO_3)的检测。首先,基于1,8-萘酰亚胺荧光团以醛基C=O为SO_2衍生物的反应位点,设计探针Na-SO_2-Lyso。此外,将吗啉单元作为靶向溶酶体的基团连接到探针中,实现探针对溶酶体中SO_2的检测。探针Na-SO_2-Lyso由于C=N异构化作用引起激发态的非辐射衰变过程,初始荧光较弱。与HSO_3~-作用后,生成强氢键给体-OH基团。由于新形成的分子内O-H···N=C氢键有效地抑制了探针的C=N异构化,因此探针荧光大大增强,实现了对NaHSO_3的有效检测。在生物成像实验中,探针能够在单光子与双光子的模式下在HeLa细胞和斑马鱼中对NaHSO_3进行检测。其次,以香豆素和苯并吡喃盐为荧光团,设计了C=C键为亚硫酸氢盐或亚硫酸盐反应位点的近红外双光子荧光探针NIR-SO_2-TP。探针本身的激发波长在近红外波段的650 nm处,发射波长在790-900 nm范围内。当加入亚硫酸氢盐后,亚硫酸氢盐通过亲核加成进攻探针NIR-SO_2-TP的C=C不饱和双键,大共轭体系被切断,导致探针的近红外发射消失,只释放出香豆素的黄绿色荧光,从而达到有效识别SO_2的目的。此外,该探针在生物成像实验中,成功地在近红外和双光子的双模式下检测到细胞、组织、斑马鱼及小鼠中的NaHSO_3。最后,开发了一种基于二氟硼氧基香豆素为荧光团,以醛基和C=C不饱和双键为反应位点的近红外双光子反应型探针CoB-SO_2。探针本身发射红色荧光,加入HSO_3~-后,同时进攻反应位点C=C不饱和双键以及末端的醛基,导致探针的近红外发射淬灭,释放香豆素基团的黄绿色荧光,从而能够检测HSO_3~-。另外,该探针能够快速响应二氧化硫,同时对二氧化硫具有良好的选择性并且该探针对细胞与斑马鱼中的SO_2进行了成像。
【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】：

过程图,荧光发射,过程,辐射衰变

和非辐射跃迁方式释放并回到基态。其中辐射跃迁过程中发射。荧光的产生大致有如下三个过程：激发、驰豫和发射荧光。1 表示[74]。发过程：处于基态电子吸收光子后，从基态跃迁到 S1或 S2激豫过程：在 S2态或 S1态达到高能量振动激发态的电子，小部动弛豫过程释放，到达单重激发态的最低振动基态 S1，这个过光发射过程：荧光发射是荧光分子通过辐射衰变释放出光子后到 S0态的辐射跃迁过程。激发分子的电子处于激发态，经系间窜越形成三重激发态（Tj三重激发态的最低能级(Tl)，然后以辐射衰变发射光子跃迁回到称为磷光。

示意图,机理,示意图,传感机理

济南大学硕士学位论文止，多种传感机理被用于设计荧光探针，主要传感机理有：分6]、光致电子转移（PET）[77-79]和荧光共振能量转移（FRET）[如：跨键能量转移[81]、梭酸螺环开关[82, 83]、激发态分子内电荷86]以及 C=N 键异构化[87]等。内电荷转移子内电荷转移机理（ICT）设计的荧光探针，机理如图 1.2 所示子受体（如醛基、氰基、酯以及硝基等）和电子供体（如氨基的“推-拉”电子体系。由于空间中最高占据轨道（HOMO）和最有效重叠率较低，光激发伴随着电荷空间分布的变化，导致荷转移过程。

过程图,过程,荧光团,轨道

选择性检测二氧化硫衍生物荧光探针的构建及生物应用研究从供体的 HOMO 轨道转移到荧光团的 HOMO 轨道上，进而阻止了被激发够再返回原来的轨道，从而发生荧光淬灭。d-PET 机制：当荧光探针受激光照射后，荧光团的 HOMO 轨道一个电子轨道，随后荧光团 LUMO 轨道的电子又转移到识别基团的空的 LUMO 别基团 LUMO 轨道的电子非辐射跃迁至 HOMO 轨道（该过程称为 d-PE淬灭。

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