反应型阴离子荧光探针的设计合成和生物成像研究

论文摘要

阴离子普遍存在于生物系统中,并起着很重要的作用,对其含量的测定对于保障人体健康和生态环境具有十分重要的意义。荧光探针具有灵敏度高、选择性好、响应速度快等优点,在活体生物成像方面,几乎不对细胞造成损伤,能同时显示出较高的空间和时间分辨能力。为此,我们设计合成了可用于检测CN-、S032-和ClO-的三种反应型荧光探针,主要研究内容如下:（1）设计合成了一种可在生理pH条件下对CN-进行检测的新型席夫碱“turn-on”荧光和比色探针BHDB,基于亚胺键（-CH=N）与CN-的亲核加成反应,当BHDB浓度为10μmol/L时,加入100μmol/L CN-后的荧光发射强度（F）为不存在CN-的荧光强度（F0）的66倍,即F/F0=66,并且溶液由无色变成黄色。使用高分辨电喷雾质谱（HR-ESI-MS）、核磁共振氢谱（1H-NMR）和含时密度泛函理论计算（TDDFT）,系统的研究了 CN-对探针光谱特性的影响。对于CN-的检出限为0.15 μmol/L,远低于世界卫生组织（WHO）设定的饮用水中最大许可限量1.9 μmol/L。此外,该探针还显示出了在活体细胞和斑马鱼中用于监测CN-的潜力。（2）设计合成了一种基于分子内电荷转移（ICT）机理,可对SO32-进行检测的咔唑-苯并吲哚（CEBI）荧光探针。加入S032-后,探针CEBI表现出明显的荧光发射波长和强度变化,最大发射波长蓝移135 nm,随SO32-浓度增加,探针在465 nm与600 nm处荧光强度之比（F465/F600）增加,并且溶液由红色变成微红色。使用HR-ESI-MS、1H-NMR和TDDFT,系统的研究了 SO32-对探针光谱特性的影响。我们发现在0～40μmol/L范围内,荧光强度在465 nm和600 nm下的比值与S032-浓度呈线性关系,检出限为0.025 μmol/L。此外,该探针还显示出了在活体细胞和斑马鱼中用于监测5032-的潜力。（3）设计合成了一种荧光素-咔唑（FCZ）新型荧光探针,用于高选择性、高灵敏度的检测ClO-。clO-与共存的阴离子、活性氧和有机硫醇相比表现出了良好的荧光“tum-on”性能。利用ESI-MS、薄层色谱（TLC）、1H-NMR和DFT/TDDFT综合分析表明,ClO-与探针的亚胺键发生反应,生成荧光素,导致530nm处发射强度显著提高,对于水中的ClO-检出限可达0.056μmol/L。此外,该探针还被成功的应用于实际水样中ClO-的检测,以及RAW264.7细胞和斑马鱼中内源性ClO-的成像。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 荧光探针概述
•     1.1.1 荧光产生的基本原理
•     1.1.2 荧光探针的结构
•     1.1.3 荧光探针的分类
•     1.1.4 荧光探针的识别机理
•       1.1.4.1 光诱导电子转移（PET）
•       1.1.4.2 分子内电荷转移（ICT）
•       1.1.4.3 激发态分子内质子转移（ESIPT）
•       1.1.4.4 荧光共振能量转移（FRET）
•       1.1.4.5 其它识别机理
•   1.2 阴离子概述
•     1.2.1 阴离子检测的意义
•     1.2.2 阴离子检测的挑战
•     1.2.3 阴离子常见检测的方法
•       1.2.3.1 离子色谱法
•       1.2.3.2 电化学传感法
•       1.2.3.3 光学传感法
•   1.3 阴离子荧光探针的研究进展
•     1.3.1 氰离子荧光探针
•       1.3.1.1 氢键作用型
•       1.3.1.2 脱质子型
•       1.3.1.3 配位作用型
•       1.3.1.4 化学反应型
•     1.3.2 亚硫酸根荧光探针
•       1.3.2.1 亲核加成反应型
•       1.3.2.2 亲核取代反应型
•     1.3.3 次氯酸根荧光探针
•       1.3.3.1 双键氧化型
•       1.3.3.2 内酰胺或内酯氧化型
•       1.3.3.3 硫醚或硒醚氧化型
•       1.3.3.4 氨基氧化型
•   1.4 本论文主要研究内容
•   1.5 参考文献
• -荧光探针的设计、合成和应用'>第2章 亚胺类反应型CN^-荧光探针的设计、合成和应用
•   2.1 引言
•   2.2 实验部分
•     2.2.1 试剂与材料
•     2.2.2 仪器与设备
•     2.2.3 探针BHDB的合成
•       2.2.3.1 化合物1的合成
•       2.2.3.2 化合物2的合成
•       2.2.3.3 化合物3的合成
•       2.2.3.4 化合物4的合成
•       2.2.3.5 化合物5的合成
•       2.2.3.6 化合物BHDE的合成
•     2.2.4 光谱实验
•     2.2.5 细胞和斑马鱼预处理
•   2.3 结果与讨论
•     2.3.1 荧光和吸收光谱
•       2.3.1.1 阴离子的选择性
• -存在下BHDB的吸收和发射光谱'>      2.3.1.2 CN^-存在下BHDB的吸收和发射光谱
•     2.3.2 反应机理的研究
•     2.3.3 理论计算研究
•     2.3.4 生物成像应用
•   2.4 小结
•   2.5 参考文献
• 3^2-荧光探针的设计、合成和应用'>第3章 烯烃类反应型SO₃^2-荧光探针的设计、合成和应用
•   3.1 引言
•   3.2 实验部分
•     3.2.1 试剂与材料
•     3.2.2 仪器与设备
•     3.2.3 探针CEBI的合成
•       3.2.3.1 化合物1的合成
•       3.2.3.2 化合物2的合成
•       3.2.3.3 化合物CEBI的合成
•     3.2.4 光谱实验
•     3.2.5 细胞和斑马鱼预处理
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 荧光和吸收光谱
•       3.3.1.1 阴离子的选择性
• 3^2-存在下CEBI的吸收和发射光谱'>      3.3.1.2 SO₃^2-存在下CEBI的吸收和发射光谱
•     3.3.2 反应机理的研究
•     3.3.3 理论计算研究
•     3.3.4 生物成像应用
•   3.4 小结
•   3.5 参考文献
• -荧光探针的设计、合成和应用'>第4章 亚胺类反应型ClO^-荧光探针的设计、合成和应用
•   4.1 引言
•   4.2 实验部分
•     4.2.1 试剂与材料
•     4.2.2 仪器与设备
•     4.2.3 探针FCZ的合成
•       4.2.3.1 化合物1的合成
•       4.2.3.2 化合物2的合成
•       4.2.3.3 化合物FCZ的合成
•     4.2.4 光谱实验
•     4.2.5 细胞和斑马鱼预处理
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 荧光光谱
•       4.3.1.1 探针的选择性
• -存在下FCZ的发射光谱'>      4.3.1.2 ClO^-存在下FCZ的发射光谱
•     4.3.2 反应机理的研究
•     4.3.3 理论计算研究
•     4.3.4 生物成像应用
•   4.4 小结
•   4.5 参考文献
• 附录A 部分结构优化构型坐标
• 附录B 攻读学位期间发表论文
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 徐婉

导师: 宋大千

关键词: 荧光探针,氰离子,亚硫酸根离子,次氯酸根离子,活体细胞,斑马鱼

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,化学

单位: 吉林大学

分类号: Q503;O657.3

DOI: 10.27162/d.cnki.gjlin.2019.000909

总页数: 135

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