生物活性小分子荧光探针的设计合成及应用研究

论文摘要

生物活性小分子,如活性氧（H2O2、ClO-、.OH、1O2等）、活性氮（HNO、NO、ONOO-、NO2-等）、能量物质（ATP）及其它小分子（精胺、金刚烷胺）等在生物体中扮演着至关重要的角色。目前,检测生物活性小分子常用的手段主要包括:高效液相色谱法、电化学法、毛细管电泳法、分光光度法等。这些方法通常存在着操作复杂、成本高、灵敏度低、选择性差等问题。荧光分析法具有操作简单、灵敏度高、选择性好、检测限低、可用于细胞或活体成像等优势。基于生物活性小分子的重要性及荧光分析法的独特优势,本论文分别设计合成了能够特异性识别H2O2、HNO、ATP及精胺/金刚烷胺的荧光探针,主要结果如下:1)利用硼酸酯与H2O2的特异性反应,设计合成了第一个用于乏氧癌细胞中检测H2O2的荧光探针HCyHP。HCyHP可在溶液中实现荧光-比色双模态检测H2O2,表现出对H2O2的高度特异性,成功实现乏氧癌细胞中检测H2O2,并对荷瘤小鼠中的H2O2进行特异性活体成像。基于葡萄糖和葡萄糖氧化酶作用生成H2O2的机制,探针HCyHP还可应用于检测血清中的葡萄糖。2)设计合成了具有线粒体靶向及近红外发射特性的HNO荧光探针（DCMHNO）,DCMHNO在溶液中由于弱的分子内电荷转移（ICT）效应到其荧光很弱,与HNO反应后生成羟基化合物DCMOH,强的ICT效应使其荧光显著增强,且发射波长在近红外区（700 nm）,有利于降低生物背景荧光干扰,组织穿透力更强。实验结果表明,DCMHNO能够快速与HNO响应,具有较高的灵敏度和特异性,DCMHNO能够在细胞、组织及活体水平对HNO荧光成像。3)设计合成了一种具有聚集诱导发光（Aggregation-induced emission,AIE）特性识别的ATP荧光探针（TPPTPE）。TPPTPE在溶解条件下由于分子中苯环的快速旋转导致能量以非辐射的形式耗散而不发光。TPPTPE可通过静电相互作用以及疏水作用在ATP分子上发生聚集,分子内运动受限,非辐射失活通道被抑制,从而荧光大幅增强。TPPTPE能够在较大的浓度范围内对ATP进行定量检测,并可特异性的对细胞中ATP进行荧光成像。4)利用TPPTPE分子与葫芦脲[n]形成的超分子结构分别构筑了选择性识别精胺和金刚烷胺的荧光探针。基于超分子化学的设计策略有效避免了繁琐和耗时的合成和纯化过程。这种设计策略为其他重要生物分子荧光探针的开发提供新的设计思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 荧光的产生机理
•   1.3 荧光探针的结构
•   1.4 荧光探针的识别机理
•     1.4.1 光诱导电子转移（PET）
•     1.4.2 分子内电荷转移（ICT）
•     1.4.3 荧光共振能量转移（FRET）
•     1.4.4 激发态分子内质子转移（ESIPT）
•     1.4.5 聚集诱导发光（AIE）
•   1.5 生物活性小分子荧光探针的研究进展
• 2O₂）荧光探针'>    1.5.1 过氧化氢（H₂O₂）荧光探针
•     1.5.2 亚硝酰氢（HNO）荧光探针
•     1.5.3 三磷酸腺苷（ATP）荧光探针
•     1.5.4 精胺荧光探针
•   1.6 选题依据及意义
• 第2章 乏氧癌细胞中过氧化氢的选择性检测及成像研究
•   2.1 引言
•   2.2 实验部分
•     2.2.1 实验主要的仪器
•     2.2.2 实验主要的试剂
•     2.2.3 合成与表征
• 2O₂ 以及成像的方法'>    2.2.4 检测H₂O₂以及成像的方法
•   2.3 结果与讨论
• 2O₂ 的响应时间测定'>    2.3.1 探针与H₂O₂的响应时间测定
• 2O₂ 响应的机理验证'>    2.3.2 探针与H₂O₂响应的机理验证
• 2O₂ 浓度响应的光谱变化'>    2.3.3 探针与H₂O₂浓度响应的光谱变化
• 2O₂ 的选择性'>    2.3.4 探针对H₂O₂的选择性
• 2O₂ 的影响'>    2.3.5 缓冲溶液pH值对探针本身以及探针响应H₂O₂的影响
•     2.3.6 探针与D-葡萄糖的响应时间测定
•     2.3.7 探针与D-葡萄糖浓度响应的荧光光谱变化
•     2.3.8 探针对不同糖类的选择性
•     2.3.9 探针的细胞毒性评价
• 2O₂ 的激光共聚焦成像'>    2.3.10 探针检测活细胞内H₂O₂的激光共聚焦成像
•     2.3.11 探针在乏氧癌细胞内以及活体中的激光共聚焦成像
•   2.4 本章小结
• 第3章 亚硝酰氢高选择性荧光探针及靶向线粒体成像研究
•   3.1 引言
•   3.2 实验部分
•     3.2.1 实验主要的仪器
•     3.2.2 实验主要的试剂
•     3.2.3 合成与表征
•     3.2.4 检测HNO以及成像的方法
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 探针与HNO的响应时间测定
•     3.3.2 探针与HNO响应的机理验证
•     3.3.3 探针与HNO浓度滴定的光谱变化
•     3.3.4 探针对HNO的选择性
•     3.3.5 缓冲溶液pH值对探针本身以及探针响应HNO的影响
•     3.3.6 探针的细胞毒性评价
•     3.3.7 探针检测活细胞内HNO的激光共聚焦成像
•     3.3.8 探针定位线粒体实验
•     3.3.9 探针在肝组织中进行荧光成像实验
•     3.3.10 探针在活体小鼠中对HNO的近红外成像
•   3.4 本章小结
• 第4章 具有AIE特性的四苯乙烯衍生物对三磷酸腺苷的选择性检测及其成像研究
•   4.1 引言
•   4.2 实验部分
•     4.2.1 实验主要的仪器
•     4.2.2 实验主要的试剂
•     4.2.3 合成与表征
•     4.2.4 检测ATP以及成像的方法
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 探针的AIE特性
•     4.3.2 探针与ATP浓度滴定的光谱变化
•     4.3.3 探针对ATP的选择性
•     4.3.4 探针与ATP响应的机理验证
•     4.3.5 探针监测ATP与 ATP水解酶的反应进程
•     4.3.6 探针的细胞毒性评价
•     4.3.7 探针检测活细胞内ATP的激光共聚焦成像
•   4.4 本章小结
• 第5章 具有AIE特性的四苯乙烯衍生物与葫芦脲[n]构建的超分子结构选择性检测精胺和金刚烷胺
•   5.1 引言
•   5.2 实验部分
•     5.2.1 实验主要的仪器
•     5.2.2 实验主要的试剂
•   5.3 结果与讨论
•     5.3.1 TPPTPE与 CB[7]相互作用的机理验证
•     5.3.2 TPPTPE@CB[7]对精胺的识别
•     5.3.3 TPPTPE@CB[7]与精胺构建的“荧光分子开关”
•     5.3.4 缓冲溶液pH值对TPPTPE@CB[7]识别精胺的影响
•     5.3.5 TPPTPE@CB[7]对精胺的选择性
•     5.3.6 TPPTPE与 CB[8]作用的荧光光谱
•     5.3.7 TPPTPE@CB[8]对金刚烷胺的识别
•     5.3.8 TPPTPE@CB[8]对金刚烷胺的选择性
•     5.3.9 超分子荧光探针检测精胺和金刚烷胺机理验证
•   5.4 本章小结
• 第6章 总结
• 附录一 化合物核磁谱图
• 附录二 硕士期间研究成果
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 朱温平

导师: 李永东,姜国玉

关键词: 荧光探针,过氧化氢,亚硝酰氢,三磷酸腺苷,精胺

来源: 赣南师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,化学

单位: 赣南师范大学

分类号: Q-33;O657.3

DOI: 10.27685/d.cnki.ggnsf.2019.000010

总页数: 93

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