本文選題：熒光探針　切入點：次氯酸根　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：基于小分子熒光探針的熒光成像技術(shù)廣泛地應(yīng)用在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、診斷學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域。但該技術(shù)在很大程度上受制于小分子熒光探針的性質(zhì),如發(fā)光效率、光穩(wěn)定性、選擇性、靈敏性、生物兼容性等。近年來,科學(xué)家嘗試著通過各種方法改善小分子熒光探針的化學(xué)和光學(xué)性能,如調(diào)整探針的吸收/發(fā)射波長到近紅外區(qū)域(650-900 nm)、設(shè)計特異性識別位點提高探針的選擇性、靈敏性,引入親水、親脂性基團增加探針的水溶性和脂溶性,并將大量熒光探針用于生物相關(guān)性分子、離子、酶等的檢測中。其中,由于次氯酸/次氯酸根及銅離子在維持細胞正常生理功能中扮演著重要的角色而引起了廣泛關(guān)注。但到目前為止,受探針自身性質(zhì)的制約和復(fù)雜生物環(huán)境的影響,人們?nèi)匀粺o法完全了解ClO~-或銅離子在細胞,尤其是在細胞器層次所涉及的生理、病理過程中的作用。因此,設(shè)計具有細胞器靶向檢測功能的小分子熒光探針用于監(jiān)測ClO~-或銅離子在細胞中的行為具有很大的意義。針對ClO~-或銅離子熒光探針設(shè)計及檢測中存在的一些關(guān)鍵問題,本論文開展了長波長熒光染料的設(shè)計合成、模型探針的設(shè)計合成、細胞器靶向定位檢測探針的設(shè)計合成以及熒光成像檢測等工作,具體研究內(nèi)容如下:制備出含Rhodol與吩噻嗪結(jié)構(gòu)單元的雜化近紅外熒光染料PtzRhlMe,并在其結(jié)構(gòu)上進行修飾得到具有線粒體靶向定位功能的近紅外染料PtzRhlMe-Mito。利用分子中內(nèi)置的反應(yīng)位點,探針PtzRhlMe和PtzRhlMe-Mito能在PBS-乙醇體系中實現(xiàn)了對ClO~-的比率熒光檢測,并具有高選擇性、高靈敏性和快速響應(yīng)等優(yōu)點。探針能用于活細胞外源ClO~-的比率成像檢測,同時也通過熒光成像檢測了應(yīng)激細胞Qg源的ClO~-。尤其是,PtzRhlMe-Mito能成功標記細胞線粒體并通過比率成像監(jiān)測其中ClO~-濃度的變化,成功構(gòu)建了線粒體靶向檢測功能的ClO~-熒光探針模型。基于此,利用SNAr H反應(yīng)繼續(xù)合成含羅丹明與吩噻嗪結(jié)構(gòu)單元的雜化近紅外熒光染料Ptz RhEt,并對其結(jié)構(gòu)修飾得到具有線粒體靶向定位功能的近紅外探針PtzRhEt-Mito�；陬愃谱R別機理,探針PtzRh Et和PtzRhEt-Mito能在PBS-乙腈(乙醇)溶液中實現(xiàn)對ClO~-的快速、高選擇性、高靈敏性比率熒光檢測。其中,探針PtzRhEt能用于外源和內(nèi)源ClO~-的比率成像檢測,探針Ptz RhEt-Mito能成功標記細胞線粒體并通過比率成像檢測ClO~-。研究不但為了解ClO~-在細胞內(nèi)的生理、病理功能提供了有用的工具,還為長波熒光染料的合成提供了新的思路。通過縮合反應(yīng)合成了含萘香豆素與羅丹明結(jié)構(gòu)單元的雜化長波長熒光染料NCR,并對其結(jié)構(gòu)修飾得到銅離子模型探針NCR-Cu。利用銅離子催化的羅丹明螺環(huán)內(nèi)酰胺水解開環(huán)反應(yīng),探針NCR-Cu在HEPES-乙腈溶液中實現(xiàn)了對銅離子的選擇性“turn-on”熒光響應(yīng)并可用于活細胞內(nèi)銅離子的熒光成像檢測,構(gòu)建了銅離子模型探針。在此模型探針基礎(chǔ)上,通過SNAr H反應(yīng)合成了含吩惡嗪與羅丹明結(jié)構(gòu)單元的雜化近紅外銅離子熒光探針PhxRh-Golgi。探針PhxRh-Golgi在HEPES-乙腈溶液中實現(xiàn)了對銅離子的選擇性“turn-on”熒光響應(yīng)。細胞成像實驗表明,探針PhxRh-Golgi可實現(xiàn)活細胞內(nèi)銅離子的熒光成像檢測。共定位細胞成像實驗表明,探針可靶向檢測細胞高爾基體內(nèi)的銅離子,證實細胞內(nèi)過量的銅離子在高爾基體內(nèi)的存在。通過引入吸電子基進行對Fluoran染料修飾,成功調(diào)控了其分子內(nèi)PET機制有關(guān)的熒光特性。在此基礎(chǔ)上,制備出熒光探針ABAF-Cu和AF-ClO。其中,探針ABAF-Cu在HEPES-乙腈溶液中實現(xiàn)了對銅離子的選擇性“turn-on”熒光響應(yīng),并通過熒光成像成功檢測了活細胞內(nèi)銅離子。AF-ClO在PBS-乙醇溶液中實現(xiàn)了對ClO~-的選擇性“turn-on”熒光響應(yīng),并實現(xiàn)了對活細胞內(nèi)ClO~-的熒光成像檢測。研究開辟了Fluoran染料在熒光探針領(lǐng)域的應(yīng)用。
[Abstract]:Medical imaging technology of small molecule fluorescent probes are widely used in biology, diagnosis based on the nature of science and other fields. But the technology is largely subject to the small molecule fluorescent probe, such as luminous efficiency, light stability, selectivity, sensitivity, biological compatibility and so on. In recent years, scientists try to improve chemical and the optical properties of small molecule fluorescent probe through a variety of methods, such as adjusting the probe absorption / emission wavelength to the near infrared region (650-900 nm), the design of specific recognition sites to improve probe selectivity, sensitivity, hydrophilic, lipophilic groups increase probe water-soluble and fat soluble, and a large number of fluorescent probes for biological relevance molecular detection, ion, enzyme and other. Among them, the hypochlorous acid / hypochlorite and copper ion in maintaining normal physiological function of cell plays an important role and has aroused wide concern. But so far, affected by the nature of their own probe constraints and complex biological environment, people still do not fully understand ClO~- or copper ions in the cell, especially the physiological involved in organelle level, pathological process. Therefore, small molecule fluorescent probe with organelle targeting detection function for to monitor the behavior of ClO~- or copper ions in the cell is of great significance. Aiming at some key problems of ClO~- or copper ion fluorescent probe design and test, this paper carried out the design and synthesis of long wavelength fluorescent dyes, synthetic probe design model, design and synthesis of target organelles to detect probe and fluorescence imaging the detection work, the specific contents are as follows: to prepare hybrid containing Rhodol and phenothiazine units near infrared fluorescent dye PtzRhlMe, and modified to obtain cable in its structure Particle target near infrared dye to PtzRhlMe-Mito. positioning function by using the built-in molecular reaction sites, PtzRhlMe and PtzRhlMe-Mito in the PBS- probe in ethanol system realizes the ratiometric fluorescence detection of ClO~-, and has high selectivity, high sensitivity and fast response etc. can be used to probe ratio imaging detection of viable cells with exogenous ClO~-, at the same time by fluorescence imaging to detect the cell stress source of Qg ClO~-. especially, PtzRhlMe-Mito can be successfully labeled cells and mitochondria by ratio imaging monitoring including ClO~- concentration changes, ClO~- fluorescent probe model successfully constructed the mitochondrial targeting detection function. Based on this, using the SNAr H reaction to synthesis of hybrid Luo Danming and phenothiazine structure unit near infrared fluorescent dye Ptz RhEt, and near infrared probe PtzRhEt-Mito. with mitochondrial targeting function of its structural modification A similar recognition mechanism based on PtzRh, Et and PtzRhEt-Mito probe in PBS- acetonitrile (ethanol) in the solution of ClO~- fast, high selectivity, high sensitivity ratio fluorescence test probe. Among them, PtzRhEt can be used for ratio imaging detection of exogenous and endogenous ClO~-, RhEt-Mito can successfully probe Ptz labeled cells and mitochondria by detection of ClO~-. ratio imaging not only to understand the physiology of ClO~- in cells, pathological function provides a useful tool, but also provides a new way for the synthesis of long wavelength fluorescent dye. Naphthalene containing coumarin and Luo Danming structural unit of the hybrid long wavelength fluorescent dye NCR was synthesized by the condensation reaction, and modifying the structure of copper ion probe model NCR-Cu. the use of copper ion catalyzed Luo Danming spiro lactam hydrolysis ring opening reaction, probe NCR-Cu realized the choice of "turn-on of copper ion in HEPES- acetonitrile solution "Fluorescence response and can be used for fluorescence imaging of living cells in the copper ion, copper ion probe model constructed. Probe on the basis of this model, the SNAr H was synthesized with hybrid phenoxazine and Luo Danming structural unit of the near infrared copper ion fluorescent probe PhxRh-Golgi. probe PhxRh-Golgi HEPES- in acetonitrile solution realizes selective response" copper ion on turn-on fluorescence. Cell imaging experiments demonstrated that the PhxRh-Golgi probe can realize the fluorescence imaging of living cells. The copper ion imaging experiment indicates that cell co localization of target, probe detection of copper ion Golgi cells in vivo, confirmed the presence of excess copper ion in cells in vivo. Golgi modified the Fluoran dye by introducing electron withdrawing, successful regulation of fluorescence of PET in the molecular mechanisms involved. On this basis, prepared by fluorescent probe ABAF-Cu and AF-C The lO. ABAF-Cu HEPES- probe in acetonitrile solution to achieve selective response to copper ion turn-on fluorescence, and successfully detected by fluorescence imaging in living cells of copper ion.AF-ClO in PBS- ethanol solution is realized in response to "ClO~- turn-on" selective fluorescence, and realizes the detection of fluorescence imaging in living cells ClO~- the research opens a new application of Fluoran dye fluorescent probes in the field.

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：Q2-33;O657.3

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本文編號：1568035