理论计算研究荧光探针在生命体系中的识别机理

论文摘要

荧光分子探针在检测生命细胞中活性氧以及特定的生物酶的识别发挥重要的作用,探针分子的发光性质取决于分子结构和光物理性质。理论计算可以从微观上揭示探针荧光传感机理,对于荧光探针分子的设计具有理论指导意义。本论文应用密度泛函理论以及含时密度泛函理论方法,研究了荧光探针分子与单线态氧（1O2）和生物酶中靶标的作用机理以及光物理性质,探讨了光诱导电子转移（PET）机理以及分子内电荷转移（ICT）机理。1.计算研究了铕络合物荧光探针检测1O2的发光机理。结果表明,配体β-二酮和三联吡啶共同作为荧光母体通过荧光共振能量转移诱导稀土离子Eu3+离子发光。但是三联吡啶与蒽基连接,其HOMO能级高于三联吡啶的HOMO能级,受光激发后,发生PET作用,使得激发态三联吡啶荧光母体的光子发射过程受阻,无法为Eu3+提供能量,探针分子呈现弱荧光。单线态氧使蒽基氧化生成环内过氧化物,其HOMO能级降低,PET作用终止,三联吡啶荧光发射恢复,并将能量转移给Eu3+离子,使探针分子的发光强度增强。2.应用理论计算研究了NANQ-IMC6荧光探针分子在与生物酶中靶标作用的发光机理。结果表明,自由状态的NANQ-IMC6荧光探针分子的稳定结构呈现折叠状态,荧光母体与识别基团之间的PET作用使其荧光处于“OFF”状态。与靶标作用后,探针分子被拉伸处于非折叠态,其PET作用由于空间效应的限制而终止,荧光发射恢复。荧光母体被光激发时,先发生LE跃迁,最大吸收波长为455 nm,但其激发态结构是更为稳定的ICT态,导致发射波长产生红移。在极性溶液环境中,S1激发态结构较稳定,荧光发射波长为634 nm;在非极性溶液环境中,S5激发态结构更稳定,荧光发射波长为555 nm。发光机理均为分子内电荷转移。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 荧光分子探针的结构特点
•   1.2 荧光分子探针的作用原理
•     1.2.1 PET
•     1.2.2 ICT
•     1.2.3 FRET
•   1.3 稀土荧光探针分子简介
•   1.4 荧光分子探针的理论计算
•   1.5 本论文的设计思想
•   参考文献
• 第二章 用于监控单线态氧的铕（Ⅲ）络合物荧光探针的发光机理
•   2.1 前言
•   2.2 模型选取和计算方法
•   2.3 结果与讨论
•     2.3.1 荧光探针分子的基态几何结构
•     2.3.2 激发态计算结果
•     2.3.3 PET机理
•     2.3.4 发光机理的讨论
•   2.4 本章小结
•   参考文献
• 第三章 基于PET作用的折叠型荧光探针双荧光发射机理
•   3.1 前言
•   3.2 模型选取和计算方法
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 NANQ-IMC6 基态结构优化及吸收光谱计算
•     3.3.2 荧光母体NANQC6 基态几何结构优化以及TDDFT计算
•     3.3.3 荧光母体NANQC6 激发态几何结构优化及TDDFT计算
•     3.3.4 NANQC6 在不同溶剂中的发光性质
•     3.3.5 NANQC6 双荧光发射的ICT机理
•   3.4 本章小结
•   参考文献
• 结论
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 于世英

导师: 周丹红

关键词: 光诱导电子转移,分子内电荷转移,荧光探针分子,铕络合物荧光探针,含时密度泛函理论

来源: 辽宁师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,化学

单位: 辽宁师范大学

分类号: O657.3;Q-33

总页数: 63

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