香豆素與氧雜蒽類熒光探針構(gòu)建及生物傳感研究.pdf

1、在生命系統(tǒng)中，一些生物小分子、陰離子和陽離子參與生物體眾多的生理和病理過程，對人類的生命健康起著重要的作用。為了能夠更好的了解它們的功能及影響，進(jìn)一步闡述其產(chǎn)生、運輸及下游功能，發(fā)展具有高選擇性和高靈敏性檢測方法已經(jīng)成為生物檢測領(lǐng)域的研究熱點。熒光分析方法具有高靈敏度、高選擇性、無損傷的樣品制備、快速實時的原位檢測、多信號輸出模式等優(yōu)點，因此熒光探針被認(rèn)為是檢測和研究活體動物和活細(xì)胞內(nèi)活性物質(zhì)生理、生化過程的重要工具之一，已被廣泛應(yīng)用于

2、生物活性分子、陰離子和陽離子的檢測和分析。本論文基于“香豆素”染料、近紅外釋放的“半花菁-氧雜蒽”染料、“羧酸功能化的香豆素-α，β-不飽和丙二腈”染料和聚集誘導(dǎo)釋放增強(qiáng)的“Rhodol-HBT”染料設(shè)計合成了一系列熒光探針分子，在體外及細(xì)胞內(nèi)實現(xiàn)了對生物氣體信使分子H2S、食品添加劑SO32-、生物硫醇分子Cys和GSH、以及生物毒性離子Hg2+和Ag+的檢測與生物傳感應(yīng)用研究。本論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1.以7-羥基香豆

3、素-4-乙酸甲酯為熒光團(tuán)，以2，4-二硝基苯基醚為識別基團(tuán)，設(shè)計合成了一個基于ICT機(jī)理的比色熒光雙信號硫化氫探針DNPOCA。在DNPOCA的PBS(20 mM，pH7.4，10％ CH3CN，v/v)溶液中加入硫化氫后，其能夠選擇性硫解2，4-二硝基苯基醚，釋放7-羥基香豆素-4-乙酸甲酯，紫外可見吸收光譜中最大吸收波長從318nm紅移至395 nm，同時溶液的顏色由無色變成淡黃色，熒光光譜中在463 nm處有明顯的熒光釋放增強(qiáng)，在

4、365 nm紫外燈下探針溶液熒光由沒有變?yōu)榱了{(lán)色熒光，實現(xiàn)了對硫化氫的裸眼和熒光檢測。該探針具有良好的選擇性和靈敏度，其對硫化氫的線性響應(yīng)檢測下限可達(dá)49.7 nM。此外，該探針具有低毒性，良好的膜滲透性，被成功用于活細(xì)胞中硫化氫熒光成像研究，展示其潛在的實用價值。
　　2.以近紅外熒光釋放的半花菁-氧雜蒽染料為熒光團(tuán)，設(shè)計合成了一個能夠區(qū)分檢測硫化氫和亞硫酸根的雙功能近紅外探針NIR-DNP。在PBS(10 mM，pH7.4，1

5、0％DMSO，v/v)溶液體系中，探針NIR-DNP自身沒有熒光，這是由于激發(fā)態(tài)半花菁-氧雜蒽熒光母體向2，4-二硝基苯基醚發(fā)生了d-PET過程，導(dǎo)致熒光淬滅。當(dāng)加入硫化氫后，其能選擇性硫解2，4-二硝基苯基醚，釋放半花菁-氧雜蒽熒光母體，紫外可見吸收光譜中最大吸收波長從595 nm紅移至685 nm，溶液由藍(lán)紫色變成藍(lán)綠色，熒光光譜中在707 nm處有明顯的近紅外熒光釋放。當(dāng)加入亞硫酸根后，其能和探針的不飽和雙鍵發(fā)生加成，破壞探針的大

6、共軛體系，紫外可見吸收光譜中最大吸收波長從595 nm藍(lán)移至375 nm，溶液由藍(lán)紫色變成無色。該探針分別對硫化氫和亞硫酸根具有高的選擇性及靈敏性，其對二者的檢測限分別為36.3 nM和33.3 nM。此外，該探針被制成經(jīng)濟(jì)實用的試紙條用來亞硫酸根的快速比色檢測，同時該探針也被成功用于活細(xì)胞中內(nèi)源及外源H2S的熒光成像。
　　3.以羧酸功能化的香豆素-α，β-不飽和丙二腈熒光染料為熒光團(tuán)，并在羧酸基團(tuán)位置引入對甲基苯硫酯或?qū)ο趸?/p>

7、硫酯，設(shè)計合成了具有三個硫醇潛在反應(yīng)位點的能夠區(qū)分檢測生物硫醇Cys和GSH的探針CR1和CR2。探針能與Cys、GSH、Hcy分別發(fā)生硫醇-硫酯交換-重拍-環(huán)化反應(yīng)、硫醇-硫酯交換-環(huán)化反應(yīng)、硫醇-硫酯交換反應(yīng)，分別產(chǎn)生了藍(lán)綠色熒光產(chǎn)物CR-Cys、黃綠色熒光產(chǎn)物CR-GSH、無熒光產(chǎn)物CR-Hcy。在PBS(10mM，pH7.4，30％ CH3CN，v/v)溶液體系中，當(dāng)探針中加入Cys后，紫外可見吸收光譜中最大吸收波長由510 n

8、m紅移至417 nm，熒光光譜中在493 nm處有明顯的熒光增強(qiáng)。當(dāng)加入GSH，紫外可見吸收光譜中最大吸收波長從510nm紅移至450 nm，熒光光譜中在503 nm處有明顯的熒光發(fā)射。該探針分別對Cys和GSH具有高的選擇性及靈敏性，其對二者的檢測限分別為29 nM和371 nM。此外，探針CR1被成功用于活細(xì)胞中Cys和GSH的熒光成像，展現(xiàn)其潛在實用價值。
　　4.以氧雜蒽類Rhodol染料和具有ESIPT特性的HBT染料相

9、結(jié)合，設(shè)計合成了一類新的具有聚集誘導(dǎo)釋放(AIE)性質(zhì)的化合物RBTP和RBTH，其中含酰胺基硫尿基團(tuán)的化合物RBTP能夠作為新的熒光增強(qiáng)型探針，對Hg2+和Ag+實現(xiàn)了雙釋放通道區(qū)分檢測。光學(xué)性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果表明RBTP和RBTH的AIE機(jī)理為分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)和振動受限與ESIPT過程的協(xié)同作用。在HEPES(10 mM，pH7.4，40％ THF,v/v)溶液體系中，向探針RBTP中加入Hg2+，Hg2+促使探針不可逆的開環(huán)及惡二