反应型次氯酸荧光探针的荧光特性及细胞成像研究
本文关键词：反应型次氯酸荧光探针的荧光特性及细胞成像研究
【摘要】：次氯酸/次氯酸根作为生物体中重要的活性小分子,在细胞的生理、病理环境中有着很重要的作用。由于荧光分子探针具有直观、原位可视化的特点和优势,被广泛应用于活性小分子的检测和活细胞荧光标记成像研究;其中反应型荧光探针具有专一选择性强、灵敏度高等特点而成为荧光分子探针设计的首选类型。因此,这类荧光分子探针的设计和荧光成像检测研究具有很重要的科学意义和潜在的适用价值,同时也是高氧化活性物种检测领域的热点之一。本论文在系统总结现有文献基础上,充分利用次氯酸/次氯酸根对吩噻嗪的氧化性能以及光诱导电子转移(PET)和分子内电荷转移(ICT)两种发光机制设计并合成了多种对次氯酸/次氯酸根具有专一选择性检测功能的荧光分子探针,系统研究它们的光谱识别行为和活细胞荧光标记检测性能。利用PET机制设计合成了一系列荧光分子探针,并对荧光特性和细胞荧光成像性能做了系统研究。以富电子性能的吩噻嗪作为电子给体,具有较高量子效率和稳定性的吖啶橙、半菁染料为荧光信号报告基团,并利用次氯酸/次氯酸根对吩噻嗪的氧化性能设计合成了基于光诱导电子转移机制的荧光开启型探针PTZ-AO1、PTZ-QL1和PTZ-QL2。PTZ-AO1具有良好的水溶性和光稳定性,具有较快的响应速度(5 s),检测限低达2.7 nM;对次氯酸检测具有专一选择性,是一种检测次氯酸的良好荧光分子探针;系统的荧光标记检测研究表明,该探针可用于活细胞中存在的外源和内源次氯酸的真时间荧光成像检测。本论文基于该结构利用PET机制还同时设计合成了可逆性检测识别铜离子的荧光探针PTZ-AO2,该探针可以直接检测药物化学品中残留铜,有望用于检测铜离子的功能型化学传感器的设计。然后系统研究了荧光分子探针PTZ-QL1和PTZ-QL2对次氯酸/次氯酸根光谱识别性能和荧光标记成像检测性能,这类探针在缓冲体系中实现快速检测次氯酸,并且荧光发射波长拓展至620 nm;同时,这类探针可用于检测活细胞中的次氯酸含量水平。利用ICT机制设计合成了一系列检测次氯酸的荧光探针,并对荧光特性和细胞成像性能做了分析。利用半菁染料结构中推-拉官能团电子性能的微小变化都会引起其光学信号的显著改变特性,本论文将吩噻嗪结构引入半菁染料的共轭体系中,并利用次氯酸/次氯酸根对吩噻嗪结构基元的氧化而引起半菁染料结构中推-拉电子性能改变所导致的光学信号改变来实现对次氯酸/次氯酸根的识别,采用该原理设计合成了检测次氯酸的荧光探针PTZ-CY1、PTZ-CY2和PTZ-CY3。通过系统的荧光特性和活细胞荧光标记成像研究表明:该系列探针水溶性好,对不同浓度次氯酸/次氯酸根的响应具有等吸收点,荧光最大发射波长在595 nm附近;对次氯酸检测抗干扰能力强、pH适用范围宽;可用于活细胞次氯酸的荧光成像检测。最后,利用三苯基膦和吗啉基团对半菁染料修饰,设计出对线粒体、溶酶体具有潜在定位功能的检测次氯酸的荧光探针PTZ-CY4和PTZ-CY5,探针PTZ-CY5还可用于细胞粘度测试,该探针可进一步用于细胞成像性能研究,进行细胞内溶酶体定位识别次氯酸并进行细胞粘性测试研究。以荧光素为母体结构通过付克酰基化反应设计合成了双螺环荧光染料Rho1,对双螺环长波长荧光染料的荧光特性进行了探索,该衍生物由双螺环六元环稠合体系构成,可在无荧光光学信号的螺环内酯异构体和具有荧光光学信号的开环共轭异构体之间转化。利用光谱变化分析了不同条件下化合物结构的不可逆转化:单正离子、单负离子和中性结构。探针从强酸性条件(6 mol/L HCl)到pH=4条件以双螺环开环结构A和B存在,pH=4时为中性双螺环内酯结构C,由pH=4增加到强碱性条件(5 M NaOH)时转化为单螺环开环结构G和H。同时对化合物进行化学修饰得到衍生物Rho2、Rho3和Rho4,进一步探究不同条件下的荧光特性。最后利用汞离子诱导的双螺环开环过程开发汞离子荧光探针氨基硫脲螺内酰胺衍生物Rho7。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q2-33;O657.3
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，本文编号：1279194
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