【摘要】：與基于主客體間弱相互作用的熒光探針相比,反應型熒光探針利用了分析物特異性的化學反應來調節(jié)熒光的變化,因此在選擇性和靈敏性方面具有一定優(yōu)勢,目前已是熒光傳感領域研究的熱點,并在生物相關的小分子或離子的實時監(jiān)測和影像方面獲得了廣泛應用。本論文針對能調控生物重要生理病理功能的信使分子硫化氫、生物硫醇、生物活性氧-次氯酸,結合特異性的化學反應以及螺環(huán)開環(huán)、光誘導的電子轉移機理,設計合成了相關熒光探針,在模擬生理條件下系統評價了探針的傳感性能,并在細胞水平實現了該系列生物小分子的特異性熒光成像。此外,本論文也利用鄰胺基苯乙炔衍生物與Au~(3+)發(fā)生的特異性化學反應,構建了一個能高選擇性識別Au~(3+)的熒光探針,為該離子藥理和病理角色的研究提供了可視化研究工具。相關內容總結如下:(1)以5(6)-羧基-羅丹明為信號單元、7-硝基苯惡二唑為反應單元,結合螺環(huán)“開-關”原理和光誘導電子轉移(PET)機理設計合成了信使分子-硫化氫(H_2S)熒光探針2-1a和生物硫醇熒光探針2-1b。在PBS緩沖溶液(10 mM,pH=7.4,1 m M CTAB)中,探針2-1a主要以非熒光的螺環(huán)內酯的形式存在,與H_2S發(fā)生巰解反應后,螺環(huán)打開,溶液由無色變?yōu)榉凵?同時熒光增強近160倍;鑒于良好的細胞滲透性,該探針已在HaLa細胞內實現了對外源性H_2S的熒光影像。在PBS緩沖溶液(10mM,pH=7.4)中,探針2-1b則主要以開環(huán)的形式存在;由于存在由羅丹明熒光團到NBD基團的PET過程,探針本身沒有熒光;然而與半胱氨酸反應后,探針的NBD單元發(fā)生裂解反應,釋放出羅丹明熒光團,導致明顯熒光增強,檢出限可達2.8×10-8mol/L。(2)以萘二酰亞胺為熒光團、硒嗎啉為反應基團、三苯基膦陽離子為靶向基團,設計合成了一個線粒體靶向的,并且能可逆檢測次氯酸(HOCl)的熒光探針3-1。在PBS緩沖溶液(20 mM,pH=7.4)中,由于PET過程,該探針幾乎沒有熒光;與HOCl作用后,探針的硒原子被氧化為硒亞砜,該過程抑制了PET猝滅,導致了明顯的熒光增強。值得注意的是,該探針對HOCl具有極高的靈敏性,1當量HOCl即可引起40倍的熒光增強,檢出限可達4.2 nM。此外,該探針對HOCl表現出良好的選擇性,其它生物活性氧化物均不會引起明顯的熒光響應。該探針已成功用于RAW246.7細胞線粒體內外源和Qg源性HClO的檢測。(3)以氟硼二吡咯甲川(BODIPY)熒光染料為母體、2-(苯乙炔基)苯胺為反應基團,構建了能選擇性識別Au~(3+)的熒光探針4-1。在EtOH-PBS緩沖溶液(20 mM,pH=7.4,v/v=1:1)中,由于PET過程,該探針幾乎沒有熒光;在Au~(3+)存在下,該探針發(fā)生了分子內環(huán)化反應,導致2-(苯乙炔基)苯胺反應基團轉變?yōu)?-苯基吲哚,該過程抑制了PET猝滅,導致了熒光的明顯增強。選擇性研究表明,其它金屬陽離子幾乎不會引起該探針的熒光變化。該探針已在水樣中Au~(3+)的檢測以及HeLa細胞內Au~(3+)的熒光影像方面得以應用。
[Abstract]:Compared with the fluorescence probe based on the weak interaction between the host and the guest, the reactive fluorescence probe makes use of the specific chemical reaction of the analyte to regulate the change of fluorescence, so it has some advantages in selectivity and sensitivity. At present, it has been a hot spot in the field of fluorescence sensing, and has been widely used in real-time monitoring and imaging of biologically related small molecules or ions. In this paper, the mechanism of electron transfer, such as hydrogen sulfide, biological mercaptan, biological active oxygen species and hypochloric acid, which can regulate the important physiological and pathological functions of biology, is combined with specific chemical reactions and the mechanism of electron transfer induced by snail ring opening and photoinduced electron transfer. The related fluorescent probes were designed and synthesized, and the sensing performance of the probes was systematically evaluated under simulated physiological conditions, and the specific fluorescence imaging of this series of biological small molecules was realized at the cellular level. In addition, using the specific chemical reaction between o-aminophenylacetylene derivatives and Au~ (3), a fluorescence probe with high selectivity to recognize Au~ (3) was constructed, which provides a visual tool for the study of the role of the ion pharmacology and pathology. The related contents are summarized as follows: (1) with 5 (6) -carboxyl-rhodamine as the signal unit, 7-nitrobenzoxadiazole as the reaction unit, Based on the "on-off" principle of the snail ring and the photoinduced electron transfer (PET) mechanism, the 2-1a and 2-1b fluorescence probes of messenger molecule hydrogen sulfide (H 2S) and biological mercaptan were designed and synthesized. In the PBS buffer solution (10 mM,pH=7.4,1 m M CTAB), the probe 2-1a mainly existed as non-fluorescent spirolide. After captopolysis with H _ 2S, the snail ring was opened, the solution changed from colorless to pink, and the fluorescence increased nearly 160-fold. In view of the good cell permeability, the probe has realized the fluorescence image of exogenous H2S in HaLa cells. In the PBS buffer solution (10 mMg pH = 7.4), the probe 2-1b mainly exists in the form of ring opening, and the probe itself has no fluorescence due to the existence of PET from Rhodamine fluorescence group to NBD group. However, after reaction with cysteine, the NBD unit of the probe cleavage. Rhodamine fluorescence group was released, resulting in obvious fluorescence enhancement, and the detection limit was up to 2.8 脳 10 ~ (-8) mol / L. (2) A mitochondrial targeting group was designed and synthesized with naphthalene diimide as fluorescence group, selenomorpholine as reaction group and triphenylphosphine cation as targeted group. The fluorescence probe 3-1 can be used to detect hypochlorite (HOCl). In PBS buffer solution (20 mM,pH=7.4), the probe has almost no fluorescence due to the PET process, and the selenium atom of the probe is oxidized to selenium sulfoxide after the reaction with HOCl, which inhibits the quenching of PET and leads to obvious fluorescence enhancement. It is worth noting that the probe has a very high sensitivity to HOCl and can cause 40 times fluorescence enhancement with a detection limit of 4.2 nM.. In addition, the probe showed good selectivity to HOCl, and no other bioactive oxides could induce obvious fluorescence response. The probe has been successfully used for the detection of mitochondrial and Qg derived HClO in RAW246.7 cells. (3) the fluorescence probe 4-1, which can selectively recognize Au~ (3), was constructed with fluoroborboron dipyrrolidine-methylpyrrolidene (BODIPY) as the reactive group and phenylethynyl aniline as the reaction group. In EtOH-PBS buffer solution (20 mM,pH=7.4,v/v=1:1), the probe has almost no fluorescence due to the PET process, and in the presence of Au~ (3), the probe has an intramolecular cyclization reaction, resulting in the conversion of 2- (phenylethynyl) aniline to 2-phenylindole. This process inhibits the quenching of PET and leads to a marked enhancement of fluorescence. Selective studies show that other metal cations can hardly cause the fluorescence changes of the probe. The probe has been applied to the detection of Au~ (3) in water samples and fluorescence imaging of Au~ (3) in HeLa cells.
【學位授予單位】：山西大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O657.3;TP212.3

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本文編號：2220729