香豆素与氧杂蒽类荧光探针构建及生物传感研究

发布时间：2018-01-05 13:27

  本文关键词：香豆素与氧杂蒽类荧光探针构建及生物传感研究　出处：《西北农林科技大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：在生命系统中,一些生物小分子、阴离子和阳离子参与生物体众多的生理和病理过程,对人类的生命健康起着重要的作用。为了能够更好的了解它们的功能及影响,进一步阐述其产生、运输及下游功能,发展具有高选择性和高灵敏性检测方法已经成为生物检测领域的研究热点。荧光分析方法具有高灵敏度、高选择性、无损伤的样品制备、快速实时的原位检测、多信号输出模式等优点,因此荧光探针被认为是检测和研究活体动物和活细胞内活性物质生理、生化过程的重要工具之一,已被广泛应用于生物活性分子、阴离子和阳离子的检测和分析。本论文基于“香豆素”染料、近红外释放的“半花菁-氧杂蒽”染料、“羧酸功能化的香豆素-α,β-不饱和丙二腈”染料和聚集诱导释放增强的“Rhodol-HBT”染料设计合成了一系列荧光探针分子,在体外及细胞内实现了对生物气体信使分子H_2S、食品添加剂SO_3~(2-)、生物硫醇分子Cys和GSH、以及生物毒性离子Hg~(2+)和Ag~+的检测与生物传感应用研究。本论文的主要研究内容如下:1.以7-羟基香豆素-4-乙酸甲酯为荧光团,以2,4-二硝基苯基醚为识别基团,设计合成了一个基于ICT机理的比色荧光双信号硫化氢探针DNPOCA。在DNPOCA的PBS(20 mM,pH 7.4,10%CH3CN,v/v)溶液中加入硫化氢后,其能够选择性硫解2,4-二硝基苯基醚,释放7-羟基香豆素-4-乙酸甲酯,紫外可见吸收光谱中最大吸收波长从318 nm红移至395 nm,同时溶液的颜色由无色变成淡黄色,荧光光谱中在463 nm处有明显的荧光释放增强,在365 nm紫外灯下探针溶液荧光由没有变为亮蓝色荧光,实现了对硫化氢的裸眼和荧光检测。该探针具有良好的选择性和灵敏度,其对硫化氢的线性响应检测下限可达49.7 nM。此外,该探针具有低毒性,良好的膜渗透性,被成功用于活细胞中硫化氢荧光成像研究,展示其潜在的实用价值。2.以近红外荧光释放的半花菁-氧杂蒽染料为荧光团,设计合成了一个能够区分检测硫化氢和亚硫酸根的双功能近红外探针NIR-DNP。在PBS(10 mM,pH 7.4,10%DMSO,v/v)溶液体系中,探针NIR-DNP自身没有荧光,这是由于激发态半花菁-氧杂蒽荧光母体向2,4-二硝基苯基醚发生了d-PET过程,导致荧光淬灭。当加入硫化氢后,其能选择性硫解2,4-二硝基苯基醚,释放半花菁-氧杂蒽荧光母体,紫外可见吸收光谱中最大吸收波长从595 nm红移至685 nm,溶液由蓝紫色变成蓝绿色,荧光光谱中在707 nm处有明显的近红外荧光释放。当加入亚硫酸根后,其能和探针的不饱和双键发生加成,破坏探针的大共轭体系,紫外可见吸收光谱中最大吸收波长从595 nm蓝移至375 nm,溶液由蓝紫色变成无色。该探针分别对硫化氢和亚硫酸根具有高的选择性及灵敏性,其对二者的检测限分别为36.3 nM和33.3 nM。此外,该探针被制成经济实用的试纸条用来亚硫酸根的快速比色检测,同时该探针也被成功用于活细胞中内源及外源H_2S的荧光成像。3.以羧酸功能化的香豆素-α,β-不饱和丙二腈荧光染料为荧光团,并在羧酸基团位置引入对甲基苯硫酯或对硝基苯硫酯,设计合成了具有三个硫醇潜在反应位点的能够区分检测生物硫醇Cys和GSH的探针CR1和CR2。探针能与Cys、GSH、Hcy分别发生硫醇-硫酯交换-重拍-环化反应、硫醇-硫酯交换-环化反应、硫醇-硫酯交换反应,分别产生了蓝绿色荧光产物CR-Cys、黄绿色荧光产物CR-GSH、无荧光产物CR-Hcy。在PBS(10 mM,pH 7.4,30%CH3CN,v/v)溶液体系中,当探针中加入Cys后,紫外可见吸收光谱中最大吸收波长由510 nm红移至417 nm,荧光光谱中在493 nm处有明显的荧光增强。当加入GSH,紫外可见吸收光谱中最大吸收波长从510 nm红移至450 nm,荧光光谱中在503 nm处有明显的荧光发射。该探针分别对Cys和GSH具有高的选择性及灵敏性,其对二者的检测限分别为29 nM和371 nM。此外,探针CR1被成功用于活细胞中Cys和GSH的荧光成像,展现其潜在实用价值。4.以氧杂蒽类Rhodol染料和具有ESIPT特性的HBT染料相结合,设计合成了一类新的具有聚集诱导释放(AIE)性质的化合物RBTP和RBTH,其中含酰胺基硫尿基团的化合物RBTP能够作为新的荧光增强型探针,对Hg~(2+)和Ag~+实现了双释放通道区分检测。光学性质和晶体结构的分析结果表明RBTP和RBTH的AIE机理为分子内旋转和振动受限与ESIPT过程的协同作用。在HEPES(10 mM,pH 7.4,40%THF,v/v)溶液体系中,向探针RBTP中加入Hg~(2+),Hg~(2+)促使探针不可逆的开环及恶二唑形成,导致探针在595 nm呈现明显的橙红色荧光。当加入Ag~+,其能够与探针形成[RBTP-Ag]+复合物并在在水溶液中形成特殊的分子堆积,导致探针在520 nm处呈现明显的绿色荧光。该探针对Hg~(2+)和Ag~+具有高选择性和高灵敏性的双通道识别,其对二者的检测限分别为0.27μM和0.45μM。此外,初步研究表明,探针RBTP对细胞毒性小,能够用于活细胞中Hg~(2+)的比率荧光成像分析,展现了其实用价值。
[Abstract]:In order to better understand their function and influence , the fluorescence probe is considered to be one of the most important tools for detecting and studying the physiological and biochemical processes of living animals and living cells , and has been widely used in the detection and analysis of bioactive molecules , anions and cations . In this paper , a series of fluorescent probe molecules were designed and synthesized in the presence of 2 , 4 - dinitrophenyl ether and 2 , 4 - dinitrophenyl ether . In the system of PBS ( 10 mM , pH 7.4 , 30 % CH3CN , v / v ) , the maximum absorption wavelength was shifted from 510 nm to 417 nm .

【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O657.3
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本文编号：1383326