本文選題：聚集誘導型熒光探針　切入點：熒光磁性納米粒子　出處：《吉林大學》2017年博士論文

【摘要】：聚集誘導型有機熒光探針作為熒光探針的一個重要研究分支,在化學傳感、生物成像、疾病診斷等方面具有明顯優(yōu)勢,人們的關(guān)注程度逐年提高,現(xiàn)在已經(jīng)成為化學、生物學科的交叉研究領(lǐng)域和熱門研究領(lǐng)域,但如何設(shè)計簡單的分子探針并并使其具有優(yōu)異的光學性質(zhì)和識別能力,仍然是一個挑戰(zhàn)。本論文主要設(shè)計了一系列具有聚集誘導性質(zhì)的新型有機熒光探針,這些探針分子都具有很高的發(fā)光效率。我們在探針分子上引入了不同的識別基團,或者引入了其他的熒光淬滅材料,實現(xiàn)了目標物質(zhì)的檢測或成像,并且有效降低了背景噪音,提高了檢測的靈敏度和選擇性。具體內(nèi)容包括:1.9,10-二苯乙烯基蒽衍生物小分子熒光探針的制備和重金屬離子檢測設(shè)計合成了一種帶有胸腺嘧啶的9,10-二苯乙烯基蒽(DSA)衍生物DSA-T2,研究了其聚集誘導發(fā)光(AIE)性質(zhì)。在良溶劑乙腈中,DSA-T2幾乎沒有熒光,在溶劑中加入汞離子可以與DSA-T2發(fā)生配位作用,這會限制DSA-T2的分子內(nèi)單鍵旋轉(zhuǎn),減少非輻射躍遷的發(fā)生,溶液會呈現(xiàn)很強的熒光信號。而其他金屬陽離子與熒光探針沒有協(xié)同作用,溶液不發(fā)光。這種小分子熒光探針制備簡單,靈敏度高,選擇性好。另外,利用了另一種帶有季銨鹽的小分子熒光探針DSAI實現(xiàn)銀離子檢測。DSAI主要通過靜電作用力和疏水作用力與DNA結(jié)合,并聚集在DNA鏈上,發(fā)出很強的熒光。實驗選取了一種銀離子的核酸適配體(DNA單鏈),使DSAI聚集在核酸適配體表面發(fā)出熒光,溶液中加入銀離子后,核酸適配體改變構(gòu)象,形成一種U型結(jié)構(gòu),進一步增強DSAI的發(fā)光強度。這時再加入核酸酶S1,不能夠酶解這種特殊結(jié)構(gòu)的核酸適配體,熒光沒有變化。而其他的金屬陽離子不能改變核酸適配體構(gòu)象,核酸酶S1會使核酸適配體被水解成碎片,不能誘導DSAI聚集,溶液熒光基本消失。這種熒光探針選擇性好、靈敏度高、有很好的熒光線性關(guān)系,實現(xiàn)了點亮型非標記的重金屬檢測。2.基于9,10-二苯乙烯基蒽衍生物熒光探針及水溶性碳納米管的生物傳感器由于DSAI分子可以聚集在DNA上產(chǎn)生熒光,在這一基礎(chǔ)上,利用DSAI作為熒光探針,核酸適配體作為識別物質(zhì),水溶性碳納米管作為熒光淬滅材料,設(shè)計了一種檢測ATP的生物傳感器。水溶性碳納米管可以通過氫鍵和疏水作用力吸附核酸適配體,使其纏結(jié)在表面,這時聚集在核酸適配體上的DSAI分子的熒光被碳納米管淬滅,溶液不發(fā)光。加入ATP后,核酸適配體與ATP相互作用,這一作用力比較強,使核酸適配體脫離碳納米管表面,DSAI也隨之脫離,溶液熒光增強。這種生物傳感器實現(xiàn)了ATP特異性檢測,是一種操作簡單的點亮型非標記傳感器。另外,研究了DSAI與雙鏈DNA的相互作用力,主要表現(xiàn)為嵌插作用�；谶@一研究結(jié)果,利用DSAI作為熒光探針,水溶性碳納米管作為選擇性平臺和熒光淬滅材料,設(shè)計了一種單核苷酸多態(tài)性(SNP)光學傳感器。完全互補的雙鏈DNA與DSAI分子嵌插作用強、結(jié)合緊密,加入水溶性碳納米管不會吸附以嵌插作用與DNA結(jié)合的DSAI分子,溶液熒光減弱程度不大。對于單堿基錯配的雙鏈DNA,其與DSAI分子之間的嵌插作用較弱、結(jié)合松散,水溶性碳納米管會吸附一部分以靜電力或疏水力結(jié)合在DNA表面的DSAI分子,溶液熒光減弱程度增大,這樣就會區(qū)分出單堿基錯配的雙鏈DNA。這是一種非標記SNP生物傳感器,操作簡單,普適性好,具有明顯優(yōu)勢。3.四苯乙烯適配體生物探針的制備和細胞因子的生物成像設(shè)計合成了一種核酸適配體修飾的四苯乙烯(TPE)衍生物熒光探針,并進行了活細胞內(nèi)細胞因子干擾素-gamma(IFN-gamma)的生物成像。利用點擊反應把TPE分子以共價鍵連接到核酸適配體末端,得到水溶性熒光探針,這種探針會結(jié)合IFN-gamma后,發(fā)出紅色熒光,有利于細胞成像。首先利用正常細胞BV2進行標記,由于其中基本沒有IFN-gamma,看不到紅色熒光。如果向BV2細胞中注入少量IFN-gamma共培養(yǎng),則可以看到被紅色熒光探針標記的活細胞。為進一步證明實驗的準確性,選取干擾素含量相對較高的T細胞(PBMC)進行標記,可以看到細胞質(zhì)中明顯的紅色熒光,并且利用沒有修飾核酸適配體的TPE分子進行對比實驗,結(jié)果顯示T細胞未被標記。因此這種生物適配體探針具有很好的選擇性和靈敏性,適合標記細胞中含量偏低的細胞因子。4.近紅外熒光磁性納米粒子的制備和細胞因子的生物成像設(shè)計制備了一種近紅外、強磁性、可降解的熒光納米粒子Fe_3O_4/DSACN@PLGA/anti-VEGF NPs。這種納米粒子以聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)作為殼層結(jié)構(gòu),包覆了油酸修飾的磁性Fe_3O_4納米粒子和油溶性聚集誘導型熒光分子DSA-CN,納米粒子外圍修飾了血管內(nèi)皮生長因子抗體(anti-VEGF),可以特異性結(jié)合VEGF-A。聚集態(tài)的DSA-CN分子熒光不會完全被Fe_3O_4淬滅,使這種納米粒子具有熒光及磁成像的功能。VEGF-A在癌細胞中含量很高,修飾了其抗體的納米粒子可以通過識別VEGF-A來標記癌細胞。另外,在Fe_3O_4近紅外光照射下會放出熱量,一定程度上可以殺死癌細胞。這種熒光磁性納米粒子的殼層PLGA可以生物降解,具有很好的生物相容性。實驗選取了兩種癌細胞進行標記,一種為結(jié)腸癌細胞HCT116,另一種為淋巴瘤細胞Raji。實驗表明,Raji細胞的標記效率高于HCT116細胞,這是由于Raji細胞的VEGF-A含量高。用含有少量VEGF-A的BV2進行對比實驗,發(fā)現(xiàn)BV2未被標記,說明這種熒光納米粒子對于VEGF-A有很好的選擇性。這種近紅外熒光磁性納米粒子選擇性好、靈敏度高、易于制備、毒性低、生物相容性好,并且有很好的生物降解能力,在生物成像方面具有很好的應用前景。
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【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O657.3

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本文編號：1675541