基于ESIPT机理的次硝酸、半胱氨酸分子荧光探针的合成及其性能研究

摘要

激发态分子内质子转移(ESIPT)是指分子受激发后，分子内的质子通过分子内氢键，转移到邻近的原子上，形成互变异构体的过程。ESIPT分子受激发后，会发生瞬时电子的排布和弛豫，使ESIPT分子的吸收光谱和荧光发射光谱之间具有较大的Stokes位移，可有效消除因自吸收导致的荧光猝灭，从而大大提高了检测精度。因此，ESIPT化合物是一类理想的分子荧光探针材料。分子荧光探针是利用荧光信号表达分子识别事件的一类分子，它具有选择性好、灵敏度高、操作简单、原位实时检测等优点。与显微镜成像技术相结合，分子荧光探针可实现对生物体内活性小分子的研究。次硝酸和半胱氨酸是生物体内重要的活性小分子，它们在许多生理和病理过程中都具有重要的作用。发展能高效检测次硝酸和半胱氨酸的荧光探针，检测它们在生物体内的分布及水平波动，对预防疾病和临床医学研究均有重要意义。本文的研究工作是设计ESIPT荧光染料，构建具有重要生物意义的次硝酸荧光探针和半胱氨酸荧光探针。主要研究内容和结果如下:
　　(1)基于许多已报道的次硝酸荧光探针存在选择性差和易受其他生物还原性物质干扰等问题，利用次硝酸与三苯基膦的特异性反应位点，构建了第一个基于ESIPT机理的比率型次硝酸荧光探针HBT-HNO。探针以2-(2'-羟基苯基)苯并噻唑(HBT)为荧光团，2-(二苯基膦基)苯甲酯为识别基团。HBT-HNO对次硝酸表现出较高的灵敏度和较好的选择性。HBT-HNO还具有良好的膜通透性，能对细胞内的次硝酸进行成像研究。
　　(2)针对许多已报道的半胱氨酸荧光探针不能特异性检测Cys的问题，合成了菲咪唑衍生物，以此衍生物为荧光团，不饱和丙烯酸酯为识别基团，设计了一个基于ESIPT机理的半胱氨酸荧光探针PI-Cys。PI-Cys对Cys表现出较高的灵敏度和较好的选择性，并能将Cys与Hcy和GSH有效区分，实现了对Cys的特异性检测。细胞成像实验证明PI-Cys能穿透细胞膜并能对细胞内的Cys进行成像研究。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 荧光介绍

1．2．1 荧光的产生

1．2．2 荧光产生需要满足的条件

1．3 荧光探针介绍

1．3．1 荧光探针

1．3．2 荧光探针的识别机理

1．4 激发态分子内质子转移

1．5 ESIPT的应用

1．5．1 基于ESIPT的金属离子荧光探针

1．5．2 基于ESIPT的阴离子荧光探针

1．5．3 基于ESIPT的中性小分子荧光探针

1．6 次硝酸荧光探针的研究进展

1．6．1 基于还原Cu(Ⅱ)为Cu(Ⅰ)的次硝酸荧光探针

1．6．2 基于三苯基膦反应位点的次硝酸荧光探针

1．7 半胱氨酸荧光探针的研究进展

1．7．1 基于麦克尔加成反应的半胱氨酸荧光探针

1．7．2 基于亲核取代反应的半胱氨酸荧光探针

1．7．3 基于醛基环化反应的半胱氨酸荧光探针

1．7．4 基于氢键抑制碳氮双键异构化的半胱氨酸荧光探针

1．7．5 基于丙烯酸酯反应位点的半胱氨酸荧光探针

1．8 课题的意义及主要研究内容

1．8．1 课题的意义

1．8．2 论文的主要研究内容

第2章 基于2-(2'-羟基苯基)苯并噻唑染料的比率型次硝酸荧光探针的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 探针HBT-HNO的合成

2．2．4 探针HBT-HNO与HNO反应转化为HBT

2．2．5 光谱测试条件

2．2．6 荧光量子产率的测定

2．2．7 检测下限的测定

2．2．8 探针的细胞毒性实验

2．2．9 细胞成像实验

2．3 结果与讨论

2．3．1 探针HBT-HNO的光谱性质

2．3．2 探针HBT-HNO与HNO响应的时间关系

2．3．3 探针HBT-HNO对HNO的选择性和竞争性

2．3．4 pH对探针性能的影响

2．3．5 探针HBT-HNO与HNO反应机理的探讨

2．3．6 细胞成像研究

2．4 本章小结

第3章 基于菲咪唑衍生物的新型半胱氨酸荧光探针的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 化合物PI的合成

3．2．4 探针PI-Cys的合成

3．2．5 光谱测试条件

3．2．6 荧光量子产率的测定

3．2．7 检测下限的测定

3．2．8 探针的细胞毒性实验

3．2．9 细胞成像实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 探针PI-Cys的光谱性质

3．3．2 探针PI-Cys与Cys响应的时间关系

3．3．3 探针PI-Cys对Cys的选择性和竞争性

3．3．4 pH对探针性能的影响

3．3．5 探针PI-Cys与Cys反应机理的研究

3．3．6 细胞成像研究

3．4 本章小结

结论与展望

参考文献

附录A 常用缩写一览表

附录B 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录C 部分化合物的谱图

致谢