基于双罗丹明内酰胺结构的铁离子荧光探针及其活细胞荧光成像的研究

摘要

铁元素是地壳中含量居于第二的金属元素，也是人体内含量最高的必需微量元素。它与维持生物体的生命活动和健康有着千丝万缕的联系。生物体内铁的含量相比正常水平高或者低时都会造成很多生理过程紊乱，继而引发某些疾病。此外，随着现代工业和农业的迅猛发展,铁作为重金属污染物已经严重危及到人类健康和环境安全。鉴于此，构建实时有效的监控和分析检测生物体内以及环境中铁离子的浓度变化和在各个区域的分布具有非常重要的价值和现实意义。
　　本论文基于罗丹明内酰胺衍生物与金属离子配位受其诱导开环释放荧光的原理，在其内酰胺螺环结构上引入合适的连接基团设计合成了两种不同的能实际应用于检测分析三价铁离子的双罗丹明对称结构的荧光探针Rh-1和Rh-2。围绕探针的合成、识别、应用和理论研究等方面开展了如下工作：
　　1.以对苯二甲酰氯为连接基团与罗丹明乙二胺内酰胺反应合成了对称的双罗丹明结构的荧光探针Rh-1，并对其结构进行了表征。探究了溶剂体系、酸碱度、络合时间、干扰离子等对 Rh-1选择性识别铁离子的影响以及探针与铁离子的配位机理，建立了基于探针 Rh-1荧光检测分析痕量铁离子的有效分析方法，其线性范围为1.0×10-7 mol/L～2.6×10-5 mol/L，检出限为2.31×10-8 mol/L，并应用于实际样品中铁离子的检测分析。此外，荧光探针Rh-1被成功应用于SGC-7901细胞内铁离子荧光成像。
　　2.以丁二酰氯为连接基团与罗丹明乙二胺内酰胺反应合成了对称的双罗丹明结构的荧光探针Rh-2，并对其结构进行了表征。探究了酸碱度、络合时间、干扰离子等对Rh-2选择性识别铁离子的影响以及探针与铁离子的配位机理，建立了基于探针 Rh-2荧光检测分析痕量铁离子的有效分析方法，其线性范围为3.0×10-7 mol/L～1.4×10-5 mol/L，检出限为1.24×10-8 mol/L，并应用于实际样品中铁离子的检测分析。此外，荧光探针 Rh-2被成功应用于PC-12细胞内铁离子荧光成像。

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第1章 前 言

1.1 绪论

1.2 金属离子的检测方法

1.2.1 金属离子常见的测定方法

1.2.2 金属离子荧光分析法

1.3 金属离子荧光探针

1.3.1 基于配位作用的金属离子荧光探针

1.3.2 基于化学反应的金属离子荧光探针

1.4 罗丹明类荧光染料概述

1.4.1 罗丹明类荧光染料简介

1.4.2 罗丹明类荧光染料的性质及其应用

1.5 罗丹明类Fe3+荧光探针

1.5.1 单罗丹明结构的Fe3+荧光探针

1.5.1 双罗丹明结构的Fe3+荧光探针

1.6 本论文的选题及其研究内容

第2章 双罗丹明内酰胺结构的荧光探针Rh-1对铁离子的测定及其生物成像的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验仪器

2.2.2 实验试剂

2.2.3 荧光探针Rh-1的合成及表征

2.2.4 光谱测试条件

2.2.5 细胞培养和荧光成像

2.2.6 人体血清和水样品的制备

2.3 结果与讨论

2.3.1 溶剂体系的影响

2.3.2 pH的影响

2.3.3 络合时间的影响

2.3.4 探针Rh-1与Fe3+作用的紫外吸收光谱

2.3.5 探针Rh-1与Fe3+作用的荧光发射光谱及其标准曲线

2.3.6 探针Rh-1的离子选择性和竞争性

2.3.7 配合物Rh-1-Fe3+与阴离子作用的荧光光谱

2.3.8 探针Rh-1与Fe3+作用的络合比和结合常数

2.3.9 探针Rh-1的实际应用

2.3.10 探针Rh-1与其他 Fe3+荧光探针的对比

2.4 本章小结

第3章 双罗丹明内酰胺结构的荧光探针Rh-2对铁离子的测定及其生物成像的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验仪器

3.2.2 实验试剂

3.2.3 荧光探针Rh-2的合成及表征

3.2.4 光谱测试条件

3.2.5 细胞培养和荧光成像

3.2.6 人体血清和水样品的制备

3.3 结果与讨论

3.3.1 pH的影响

3.3.2 络合时间的影响

3.3.3 探针Rh-2与Fe3+作用的紫外吸收光谱

3.3.4 探针Rh-2与Fe3+作用的荧光发射光谱及其标准曲线

3.3.5 探针Rh-2与Fe3+作用的络合比和结合常数

3.3.6 探针Rh-2的离子选择性和竞争性

3.3.7 探针Rh-2的实际应用

3.4 本章小结

参考文献

作者攻读学位期间的科研成果

致谢