【摘要】：羅丹明染料具有摩爾吸光系數大、熒光量子產率高、光穩(wěn)定性好、生物兼容性好等優(yōu)勢,被廣泛應用于各種熒光探針的設計研究中。由于大部分羅丹明類染料的吸收和發(fā)射波長處于不適合用于活體成像的可見光區(qū)域(500-600 nm),因此采用新的設計合成策略來發(fā)展吸收和發(fā)射波長延長到深紅至近紅外區(qū)域的氧雜蒽熒光染料,并使其滿足于生物熒光標記或者活體動物熒光成像檢測是至關重要的。本論文在系統總結現有文獻基礎上,利用增大羅丹明π-共軛體系的方法,采用全新設計合成策略,設計合成了一系列吸收和發(fā)射波長位于深紅至近紅外區(qū)域的新型氧雜蒽熒光染料,并系統研究它們的光譜性質、生物相容性及在熒光探針設計方面的應用。通過兩步連續(xù)的Friedel Crafts�；磻�,成功合成了具有雙螺環(huán)控制吸收和熒光信號的熒光染料S1和S2。S1和S2具有以萘為橋聯基,并融合了羅丹明和二羥基熒烷結構屬性的特點。在甲醇溶液中,利用加入外界刺激物如酸、堿、金屬離子后,染料的兩個螺環(huán)內酯結構可以選擇性的“開-關”這一特性,可以成功地調控染料的吸收和熒光光譜性質。相反,在中性和堿性水溶液中,染料S1和S2的兩個螺環(huán)結構完全打開,最大發(fā)射波長610 nm,較傳統羅丹明染料有很顯著的紅移。利用S1和S2在甲醇溶液中對酸和堿刺激所引起紫外/可見吸收光譜的變化,成功構建了兩個可以進行二進制減法運算的半減器分子器件。由于染料在水相中的雙螺環(huán)開環(huán)特性,以及良好的細胞膜透性,S1和S2可以選擇性定位于細胞的線粒體中,因此S1和S2可以作為線粒體的靶向定位探針。利用分子內芳香氫的親核取代反應(S_NAr~H)的設計策略,成功地合成了以羅丹明為模板融合苯并VA嗪的熒光染料RO1。該設計策略所使用的S_NAr~H反應無需使用昂貴的金屬催化劑、強堿和強氧化劑,并且反應溫度低。為探索供電子基團、吸電子基團和進一步增大π-共軛體系對分子內芳香氫的親核取代反應(S_NAr~H)的影響和對合成染料光譜性質的影響,我們分別設計并成功合成了吡啶VA嗪替代苯并VA嗪的RO2,具有供電子基團甲氧基的RO3和RO4,以及六個芳香環(huán)共軛的稠合羅丹明染料RO5,該結果表明我們采用的S_NAr~H策略在合成大共軛氧雜蒽染料方面具有一定的普適性。氧雜蒽染料RO1-RO5的最大熒光發(fā)射波長均650 nm,較羅丹明有顯著的紅移。以RO1和RO2為例,詳細開展了這類染料的光穩(wěn)定性、生物相容性、溶酶體靶向定位能力等研究工作;并以RO1為原料,通過在其螺環(huán)內酯位置進行修飾,合成了四個能夠分別檢測Hg~(2+)和Cu~(2+)的探針,并實現了對目標離子高選擇性和靈敏性的識別;通過在VA嗪氮原子上引入嗎啉基團,成功地合成了能夠對溶酶體進行定位的染料RO1-MPL。在利用S_NAr~H策略成功設計合成氧雜蒽染料RO1-RO5的基礎上,我們利用該策略將芳香噻嗪結構引入氧雜蒽染料中,并利用硫原子對次氯酸響應的特性,成功獲得了次氯酸熒光探針RS1和RS2。由于硫原子的引入,RS1和RS2發(fā)射波長進一步紅移(700 nm)。當探針和次氯酸作用后,其熒光發(fā)射波長發(fā)生藍移(~590nm)。因此,RS1和RS2可作為檢測次氯酸的比率熒光探針;而且探針具有很好的光穩(wěn)定性和對溶酶體的靶向定位功能,可實現細胞內溶酶體中次氯酸的比率熒光成像檢測。利用2-氨基苯酚被ClO~-氧化為鄰-醌亞胺原理,以在合成近紅外熒光染料過程中得到的中間體4X作為熒光探針,成功地實現了對ClO~-的高的選擇性檢測,同時探針4X可用于細胞內ClO~-的熒光成像檢測。受探針4X的啟發(fā),我們將探針4X上2-氨基苯酚的氧原子用氮原子替代,設計合成了以鄰苯二胺為反應位點的NO熒光探針ROPD。該探針對NO具有選擇性好、靈敏度高、響應速度快等優(yōu)點。同時,探針可以在不同細胞系中實現外源和內源性NO的熒光成像檢測。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O657.3
【圖文】：

波長位于近紅外區(qū)域的熒光染料一直是研究的熱點。羅丹明類熒光染料是一類氧雜蒽染料，主要是由 3 和 6 位氨基取代的氧雜蒽環(huán)和9位所連接的芳環(huán)兩個部分組成，最常用的幾種羅丹明染料結構如圖1-2所示，染料主要區(qū)別在于氧雜蒽上氨基的取代基不同。羅丹明分子中有較大的 π-共軛體系，并且具有剛性共平面結構，分子內的熱運動較少，激發(fā)態(tài)的能量損耗較低，因此具有較高的熒光量子效率。羅丹明于 1905 年由 Noelting 和 Dziewonsky 首次合成[42]，目前該染料已被廣泛的用于許多研究領域，如用作染料激光器中的激光介質及生物研究中的熒光標記物等[43-44]，并且因其具有摩爾吸光系數大，熒光量

及生物兼容性好等優(yōu)勢[34]，羅丹明已羅丹明染料的另一個重要特征是它們的分子轉換。以羅丹明 B 為例，如圖 1-3 所示，羅被破壞，因此在可見光區(qū)是沒有吸收和熒光生強烈的吸收和熒光發(fā)射，因此通過控制羅丹料的熒光信號。利用此種熒光信號的轉變，領域。圖 1-2 氧雜蒽和經典羅丹明染料結構圖[45] Molecular structures of xanthene and classic rhodamine

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 劉鳳喜;李志東;李娜;張洪林;劉丹;酒井裕司;;Fenton法中的羥基自由基的測定技術簡介[J];廣東化工;2007年11期

相關博士學位論文 前1條

1 袁林;新型氧雜蒽類熒光染料與熒光探針的設計、合成與成像應用研究[D];湖南大學;2013年

本文編號：2726303