新型比色荧光双通道探针的设计合成及应用

发布时间：2017-03-21 04:03

  本文关键词：新型比色荧光双通道探针的设计合成及应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：活性氧物种(reactive oxygen species,ROS)、活性氮物种(reactive nitrogen species,RNS)和活性硫物种(reactive sulfur species,RSS)等生物重要物质在维持生命体内氧化还原状态中起着重要作用。这些物种的浓度水平和分布情况的异常改变将会引起众多疾病的发生。因此,这些生物重要物质的灵敏可视化分析对于揭示它们的详细生物功能和毒理是至关重要的。在众多的检测方法中,包括比色和荧光探针在内的光学探针法的发展最为迅速。比色探针法不需要借助于任何昂贵的仪器设备,可以直接用裸眼对目标物进行分析;荧光探针法灵敏度高、操作简单,尤其是能够借助于共聚焦显微成像技术来实现对生命体或细胞内目标物的实时可视化示踪分析。此外,能实现双波长强度比率检测的光学探针比单波长绝对强度定量具有更宽的动态响应范围和更高的准确度等优点而成为人们普遍追求的目标。在本论文中,结合光学探针的识别传感机制,设计合成了一系列用于活性氧物种(如:过氧化氢)、活性氮物种(如:硝酰基)和活性硫物种(如:二氧化硫衍生物、硫化氢)等在内的生物重要物质分析检测的比色比率荧光双通道探针,并考察了其分析性能。具体内容和结果如下:基于分子内电荷转移机制,以邻二苯基膦苯甲酸酯作为识别受体、4-羟基-1,8-萘酰亚胺作为荧光团,设计合成了一个具有较大发射波长位移的高选择性比色比率荧光双通道硝酰基(HNO)探针。该探针对HNO表现出了高的选择性,这归因于HNO特异性识别受体邻二苯基膦苯甲酸酯的选取。HNO的加入导致其吸收光谱红移104 nm,同时探针溶液的颜色由无色变成黄色,因此该化合物能够作为HNO体外测定的“裸眼”探针。此外,该探针不仅能够利用比率荧光光谱法对2~35μM浓度范围内的HNO进行定量分析,其检测限为0.5μM;而且还被成功用于活体细胞内HNO浓度水平和分布情况的比率成像分析。重要的是,128 nm发射波长的红移提高了对活体细胞内HNO比率成像的分辨率。以邻二苯基膦苯甲酸酯作为识别受体、4-羟基苯乙烯-TCF作为荧光团,设计合成了一个超灵敏快速响应的长波长比色比率荧光双通道硝酰基探针HNO-TCF。该探针在活性氧、活性氮和高浓度生物还原性物质存在下仍对硝酰基具有较高的选择性,能够作为硝酰基体外测定的“裸眼”探针。此外,探针hno-tcf能够利用波长比率法和荧光光谱法对0~4μm浓度范围内的硝酰基进行定量分析,其检测限为10nm。细胞成像和毒性实验表明该探针在分析活体中硝酰基的浓度水平和分布方面具有潜在的应用价值。基于分子内电荷转移机制,设计合成了一个具有较大发射波长位移的比色比率荧光双通道h2o2探针,该探针对h2o2拥有较高的选择性,h2o2的加入导致其吸收光谱红移81nm,同时探针溶液的颜色由无色变成黄色,因此该化合物能够作为h2o2体外测定的“裸眼”探针。此外,h2o2的加入导致其荧光发射光谱红移了100nm,且探针能够利用比率荧光光谱法对18~540μm浓度范围内的h2o2进行定量分析,其100nm红移的发射波长对活体细胞的高分辨比率成像是非常重要的。细胞毒性实验证实了新设计合成的探针在正常的细胞成像实验分析条件下几乎是无毒的。细胞成像实验进一步证明了该探针在研究活体细胞中的h2o2浓度水平和分布中具有一定的应用价值。基于硫化氢的双亲核性质,设计合成了一个以具有双亲电特性的邻醛基苯甲酸酯作为硫化氢识别受体的高选择性比色荧光双通道探针。该探针不仅对h2s拥有杰出的选择性,还能够作为h2s体外测定的“裸眼”探针。此外,该探针能够利用荧光光谱法对0~1000μm较大浓度范围内的h2s进行定量分析,其检测限为2.4μm。最后,运用此探针实现了活体细胞内h2s浓度水平和分布情况的荧光成像分析。基于亚硫酸氢盐的强亲核性质,设计合成了一个长波长比色荧光双通道亚硫酸氢盐探针。亚硫酸氢盐的加入导致其吸收光谱显著下降,同时探针溶液的颜色由蓝色变成无色,因此该化合物能够作为hso3-体外测定的“裸眼”探针。此外,hso3-的加入导致其荧光发射光谱较大程度的下降,且探针能够利用荧光光谱法对0~10μm浓度范围内的hso3-进行定量分析,其检测限为0.1μm。该探针最后成功用于活细胞内hso3-的荧光成像分析。基于分子内电荷转移机制,构建了一个具有较大发射波长位移的比色比率荧光双通道亚硫酸盐探针。该探针以4-羟基萘酰亚胺作为荧光团,乙酰丙酸酯作为亚硫酸盐的识别受体。亚硫酸盐的加入导致其吸收光谱红移100nm,同时探针溶液的颜色由无色变成黄色,因此该化合物能够作为食品、饮料和药物中亚硫酸盐测定的“裸眼”探针。此外,亚硫酸盐的加入导致其荧光发射光谱红移了103nm,且探针能够利用比率荧光光谱法对80~300μm浓度范围内的亚硫酸盐进行定量分析,其103nm红移的发射波长对准确定量比率分析是非常重要的。实际样品的测定结果表明新制备的探针能够提供一种优秀的测定亚硫酸盐的方法。
【关键词】：比色荧光双通道探针 硝酰基 过氧化氢 硫化氢 亚硫酸盐/亚硫酸氢盐
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O657.3
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-15
• 第1章 绪论15-36
• 1.1 概述15-16
• 1.2 比色探针的设计原理16
• 1.3 荧光探针的传感原理16-20
• 1.3.1 光诱导电子转移（photo-induced electron transfer, PET）机制16-17
• 1.3.2 分子内电荷转移(internal charge transfer, ICT)机制17-18
• 1.3.3 激基缔合物(excimer)机制18-19
• 1.3.4 荧光共振能量转移(Fluorescent resonance energy transfer)机制19
• 1.3.5 通过键能量转移（through bond energy transfer, TBET）机制19-20
• 1.4 比色荧光探针的研究进展20-35
• 1.4.1 过氧化氢比色荧光探针20-24
• 1.4.2 二氧化硫衍生物比色荧光探针24-27
• 1.4.3 硫化氢比色荧光探针27-33
• 1.4.4 硝酰基比色荧光探针33-35
• 1.5 选题背景与研究内容35-36
• 第2章 高选择性硝酰基比色比率荧光双通道探针的设计合成及生物成像应用36-49
• 2.1 引言36-37
• 2.2 探针的设计37-38
• 2.3 实验部分38-40
• 2.3.1 原料和仪器38
• 2.3.2 探针1的合成38-39
• 2.3.3 光谱的测定39
• 2.3.4 检测限的计算39
• 2.3.5 荧光量子效率的测定39
• 2.3.6 细胞培养39-40
• 2.3.7 成像分析40
• 2.3.8 细胞毒性实验40
• 2.4 结果与讨论40-48
• 2.4.1 探针对HNO的定量分析40-42
• 2.4.2 探针测定HNO的动力学研究42-44
• 2.4.3 探针的选择性44-45
• 2.4.4 探针的光稳定性45-46
• 2.4.5 探针响应HNO机制的研究46
• 2.4.6 探针的生物成像分析46-47
• 2.4.7 探针的细胞毒性分析47-48
• 2.5 本章小结48-49
• 第3章 超灵敏比色深红荧光双通道硝酰基探针及应用49-61
• 3.1 引言49-50
• 3.2 探针的设计50-51
• 3.3 实验部分51-54
• 3.3.1 原料和仪器51-52
• 3.3.2 目标化合物的合成52
• 3.3.3 光谱的测定52
• 3.3.4 检测限的计算52-53
• 3.3.5 荧光量子效率的测定53
• 3.3.6 细胞培养53
• 3.3.7 成像分析53
• 3.3.8 细胞毒性实验53-54
• 3.4 结果与讨论54-60
• 3.4.1 探针HNO-TCF识别HNO的光谱性能研究54-55
• 3.4.2 探针HNO-TCF对HNO的响应时间55-56
• 3.4.3 探针HNO-TCF对HNO的定量分析56-57
• 3.4.4 探针HNO-TCF对HNO的选择性57-58
• 3.4.5 探针HNO-TCF响应HNO机制的研究58
• 3.4.6 探针的生物成像分析58-59
• 3.4.7 探针的细胞毒性研究59-60
• 3.5 本章小结60-61
• 第4章 具有较大发射波长位移的比色比率荧光过氧化氢探针及生物成像应用61-71
• 4.1 引言61-62
• 4.2 探针的设计62
• 4.3 实验部分62-65
• 4.3.1 原料和仪器62-63
• 4.3.2 目标化合物的合成63
• 4.3.3 光谱的测定63-64
• 4.3.4 荧光量子效率的测定64
• 4.3.5 细胞培养64
• 4.3.6 成像分析64
• 4.3.7 细胞毒性实验64-65
• 4.4 结果与讨论65-70
• 4.4.1 探针1识别H_2O_2的时间分析65-66
• 4.4.2 探针1对H_2O_2的定量分析66-67
• 4.4.3 探针1对H_2O_2的选择性67-69
• 4.4.4 探针响应H_2O_2机制的研究69
• 4.4.5 探针的生物成像分析69-70
• 4.4.6 探针的细胞毒性研究70
• 4.5 本章小结70-71
• 第5章 特异性比色荧光双通道硫化氢探针及应用71-80
• 5.1 引言71
• 5.2 探针的设计71-72
• 5.3 实验部分72-75
• 5.3.1 原料和仪器72-73
• 5.3.2 目标化合物的合成73
• 5.3.3 光谱的测定73-74
• 5.3.4 荧光量子效率的测定74
• 5.3.5 细胞培养74
• 5.3.6 成像分析74
• 5.3.7 细胞毒性实验74-75
• 5.4 结果与讨论75-78
• 5.4.1 探针1识别H_2S的光谱性能研究75-76
• 5.4.2 探针1对H_2S的定量分析76
• 5.4.3 探针1对H_2S的选择性76-77
• 5.4.4 探针响应H_2S机制的研究77
• 5.4.5 探针的生物成像分析77-78
• 5.4.6 探针的细胞毒性研究78
• 5.5 本章小结78-80
• 第6章 比色深红荧光双通道亚硫酸氢根探针及应用80-91
• 6.1 引言80-81
• 6.2 探针的设计81-82
• 6.3 实验部分82-84
• 6.3.1 原料和仪器82-83
• 6.3.2 探针1的合成83
• 6.3.3 光谱的测定83
• 6.3.4 荧光量子效率的测定83-84
• 6.3.5 细胞培养84
• 6.3.6 成像分析84
• 6.3.7 细胞毒性实验84
• 6.4 结果与讨论84-90
• 6.4.1 探针1识别HSO_3~-的光谱性能研究84-85
• 6.4.2 探针1对HSO_3~-的pH响应85-86
• 6.4.3 探针1对HSO_3~-的响应时间86-87
• 6.4.4 探针1对HSO_3~-的定量分析87-88
• 6.4.5 探针1对HSO_3~-的选择性88
• 6.4.6 探针的生物成像分析88-89
• 6.4.7 探针的细胞毒性研究89-90
• 6.5 本章小结90-91
• 第7章 高选择性比色比率荧光双通道亚硫酸根探针及应用91-100
• 7.1 引言91
• 7.2 探针的设计91-92
• 7.3 实验部分92-94
• 7.3.1 原料和仪器92-93
• 7.3.2 探针的合成93-94
• 7.3.3 光谱的测定94
• 7.3.4 检测限的计算94
• 7.3.5 荧光量子效率的测定94
• 7.4 结果与讨论94-99
• 7.4.1 探针1识别SO_3~(2-)的光谱性能研究94-95
• 7.4.2 探针对SO_3~(2-)的定量分析95-96
• 7.4.3 响应时间对探针测定SO_3~(2-)的影响96-97
• 7.4.4 探针的选择性97-98
• 7.4.5 样品分析98-99
• 7.5 本章小结99-100
• 结论100-102
• 参考 文献102-122
• 附录122-129
• 攻读博士学位期间发表学术论文与研究成果清单129-130
• 致谢130-131
• 作者简介131

  本文关键词：新型比色荧光双通道探针的设计合成及应用，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：258973