生物活性小分子检测的近红外荧光探针的设计、合成及研究

论文摘要

生物体内分布有很多种有活性的小分子,例如,活性氧族、活性氮族、氨基酸、核苷酸以及各种酶类等。由于这些小分子参与了生物体内很多生理和病理过程,这对于维持生命的正常生理活动起着至关重要的作用。因此,监测它们的水平及变化可以作为衡量细胞的增殖、代谢过程的一项重要指标。基于苯并吡喃腈结构的荧光团,本文合成了三个结构类似的用于检测过氧化氢的近红外探针Dicp1、Dicp2、Dicp3。与Dicp1、Dicp2相比,Dicp3显示出更为优异的光性质。Dicp3与过氧化氢反应后,荧光强度显著提高了 22倍,溶液颜色由黄色变为红色。探针Dicp3还成功地用于Hi-5细胞中外、内源性的过氧化氢成像和线虫成像。更值一提的是,通过活体斑马鱼成像实验,我们发现探针Dicp3能够示踪铜诱导的神经瘤损伤引起的斑马鱼体内过氧化氢的过量积累。从光谱测试及生物实验可知,Dicp3是能够直接检测细胞内过氧化氢水平波动,间接示踪炎症变化的近红外荧光探针。基于荧光团1-芘甲醛,本文合成了用于检测次氯酸的近红外探针Miyp,该探针以乙烯桥结构为识别基团,吲哚部分所带的正电荷为线粒体靶向基团。该探针本身为红色荧光,而当次氯酸根进攻乙烯桥时,致使其双键断开,荧光由红色变为蓝色。经在EtOH:PBS=3:7（pH=7.4）的条件下进行的光谱测试表明,Miyp是一个选择性优良的光诱导电子转移型荧光探针。通过Hela细胞的荧光成像及共定位实验,我们还发现探针Miyp与商业化线粒体染料的重叠系数很高。结果表明,Miyp是能够检测细胞内次氯酸水平波动的靶向线粒体的近红外荧光探针。本文合成了四个基于氧杂蒽及菁的近红外荧光团3-1、3-2,螺酰胺结构为pH的识别部分,用于检测pH的近红外荧光探针Np-1、Np-2、Np-3、Np-4。光谱测试表明,探针Np-1、Np-2、Np-4经质子进攻后开环,荧光强度分别显著提高了 45,44,30倍。Np-1、Np-2的颜色由无色变为明显的蓝色,Np-4的颜色由无色变为明显的绿色。更值一提的是,通过Hela细胞的荧光成像和共定位实验发现探针Np-2、Np-4由于引入了吗啉环而与商业化的溶酶体专用染色剂的重叠系数高达0.9855,0.9733。结果表明,Np-1、Np-2、Np-4是能够检测细胞内pH水平波动的以溶酶体为靶向的近红外荧光探针。本文基于碱性磷酸酯酶的去磷酸化作用,引入磷酸酯作为识别基团,设计合成了用于检测碱性磷酸酯酶的近红外荧光探针Niap。经在MeOH:PBS=1:9（pH=8.0）的条件下进行的光谱测试表明,Niap与碱性磷酸酯酶反应后荧光实现了从“off”到“on”的过程,是一个选择性优良的ICT型荧光探针。此外,探针Niap还成功应用于Hela细胞的荧光成像,证明了其具有优异的生物相容性和膜渗透性。结果表明,Niap是一个非入侵式检测细胞内微量碱性磷酸酯酶的近红外荧光探针。综上,本文合成了用于检测生物体内过氧化氢、次氯酸、pH、碱性磷酸酯酶的荧光探针,这将为研究生理或病理条件下细胞的一些关键特征提供有利的平台,并在相关疾病的预防和治疗上提供重要的信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
•   1.1 绪论
•   1.2 荧光探针的结构和识别机理
•     1.2.1 荧光探针的结构
•     1.2.2 荧光探针的识别机理
•   1.3 过氧化氢探针的发展
•     1.3.1 基于二苯基膦的荧光探针
•     1.3.2 基于磺酸基的荧光探针
•     1.3.3 基于硼酸酯的荧光探针
•     1.3.4 基于偶酰基的荧光探针
•   1.4 次氯酸探针的发展
•     1.4.1 基于对甲氧基苯酚的荧光探针
•     1.4.2 基于肟的荧光探针
•     1.4.3 基于硫酯的荧光探针
•     1.4.4 基于硫醚的荧光探针
•     1.4.5 基于硫酮的荧光探针
•     1.4.6 基于酰肼的荧光探针
•     1.4.7 基于硒化物的荧光探针
•     1.4.8 基于碳氮双键的荧光探针
•   1.5 pH探针的发展
•     1.5.1 基于N,N-二甲氨基质子化的荧光探针
•     1.5.2 基于苯并咪唑质子化的比率型荧光探针
•     1.5.3 基于螺酰胺开环的荧光探针
•   1.6 ALP探针的发展
• 第二章 基于苯并吡喃腈结构的近红外过氧化氢荧光探针的合成、荧光成像研究
•   2.1 概论
•   2.2 探针分子的设计
•   2.3 实验部分
•     2.3.1 实验仪器及试剂
•     2.3.2 合成部分
•     2.3.3 探针Dicp3与过氧化氢反应的机理
•     2.3.4 Dicp1、Dicp2、Dicp3的光谱测试方法
•     2.3.5 Dicp3的生物测试方法
•   2.4 结果与讨论
•     2.4.1 Dicpl、Dicp2、Dicp3的荧光光谱对比
•     2.4.2 Dicp3的荧光滴定测试
•     2.4.3 Dicp3的紫外滴定测试
•     2.4.4 Dicp3对活性氧氮族的荧光选择性测试
•     2.4.5 Dicp3对活性氧氮族的紫外选择性测试
•     2.4.6 Dicp3的时间响应测试
•     2.4.7 Dicp3的检测极限测试
•     2.4.8 Dicp3的pH响应测试
•     2.4.9 Dicp3的细胞毒性测试
•     2.4.10 Dicp3的细胞共聚焦成像
•     2.4.11 Dicp3的线虫活体成像
•     2.4.12 Dicp3的斑马鱼活体成像
•   2.5 本章小结
• 第三章 基于荧光团芘的靶向线粒体的近红外次氯酸荧光探针的合成、荧光成像研究
•   3.1 概述
•   3.2 探针分子的设计
•   3.3 实验部分
•     3.3.1 探针分子的合成
•     3.3.2 探针Miyp与次氯酸根反应的机理
•     3.3.3 Miyp的光谱测试方法
•     3.3.4 Miyp的生物测试方法
•   3.4 结果与讨论
•     3.4.1 Miyp的荧光滴定测试
•     3.4.2 Miyp的紫外滴定测试
•     3.4.3 Miyp的荧光选择性测试
•     3.4.4 Miyp的紫外选择性测试
•     3.4.5 Miyp的时间响应测试
•     3.4.6 Miyp的检测极限测试
•     3.4.7 Miyp的pH响应测试
•     3.4.8 Miyp的细胞毒性测试
•     3.4.9 Miyp的Hela细胞共聚焦成像
•     3.4.10 Miyp的线粒体共定位实验
•   3.5 本章小结
• 第四章 基于pH检测的靶向溶酶体近红外荧光探针的合成、荧光成像研究
•   4.1 概论
•   4.2 探针分子的设计
•   4.3 实验部分
•     4.3.1 合成部分
•     4.3.2 pH探针与质子反应的机理
•     4.3.3 pH探针的光谱测试方法
•     4.3.4 pH探针的生物测试方法
•   4.4 结果与讨论
•     4.4.1 pH探针的荧光滴定测试
•     4.4.2 pH探针的紫外滴定测试
•     4.4.3 pH探针的荧光选择性测试
•     4.4.4 pH探针的时间响应测试
•     4.4.5 pH探针的细胞毒性测试
•     4.4.6 Np-2、Np-4的细胞共聚焦成像
•     4.4.7 Np-2、Np-4的溶酶体共定位实验
•   4.5 本章小结
• 第五章 基于碱性磷酸酯酶检测的近红外荧光探针的合成、荧光成像研究
•   5.1 概论
•   5.2 探针分子的设计
•   5.3 实验部分
•     5.3.1 合成部分
•     5.3.2 探针Niap与ALP反应的机理
•     5.3.3 Niap的光谱测试方法
•     5.3.4 Niap的生物测试方法
•   5.4 结果与讨论
•     5.4.1 Niap的荧光滴定测试
•     5.4.2 Niap的紫外滴定测试
•     5.4.3 Niap的荧光选择性及竞争性测试
•     5.4.4 Niap的紫外选择性测试
•     5.4.5 Niap的时间响应测试
•     5.4.6 Niap白勺细月包毒性测Ji式
•     5.4.7 Niap的Hela细胞共聚焦成像
•   5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 附录一: 过氧化氢探针的相关谱图
• 附录二: 次氯酸探针的相关谱图
• 附录三: pH探针的相关谱图
• 附录四: 碱性磷酸酯酶探针的相关谱图
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间完成的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 何艳琪

导师: 周莹

关键词: 荧光探针,近红外,活性氧,碱性磷酸酯酶

来源: 云南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,化学

单位: 云南大学

分类号: Q-33;O657.3

总页数: 138

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