氰化氢荧光探针以及同时检测硫醇和脂肪伯胺荧光探针的设计、合成及其荧光成像应用研究

摘要

氰化氢是一种有毒化学试剂，在人体血液中浓度高于20μM时将对人体产生毒性。在亚细胞水平，线粒体被认为是氰化氢引发细胞毒性的主要位点。然而，在神经细胞线粒体内也会产生氰化氢，氰化氢在大脑中枢神经系统中具有很重要的作用。因此，非常有必要开发出高选择性、高灵敏度荧光探针，实时监测生物细胞线粒体内氰化氢浓度的动态变化。 生物硫醇在细胞生长和维持细胞内氧化还原环境动态平衡方面具有十分重要的作用。生物细胞内硫醇浓度的异常变化将引起一系列疾病的发生，比如癌症、神经退行性疾病以及心血管疾病等。另一方面，脂肪伯胺在生物体内也具有极其重要的功能，比如多巴胺、5-羟色胺、去甲肾上腺素以及组胺等作为神经递质，在神经元间的化学交流中起着重要作用。并且生物硫醇和脂肪伯胺在生物体内复杂的生物事件中具有相互作用。所以，开发出能够同时识别生物硫醇和脂肪伯胺的荧光探针具有重要意义。 综上，在本论文中我们合理设计并开发出了检测细胞线粒体内氰化氢的比率荧光探针以及同时检测硫醇和脂肪伯胺的荧光探针，具体研究内容如下： 1. 以香豆素为荧光团，苯基共轭的四氢吡咯亚胺离子基团为氰化氢识别基团以及线粒体靶向定位基团，苄基氯为荧光探针在线粒体内的固定基团，开发出能够靶向定位于细胞线粒体的氰化氢荧光探针。光谱性能测试表明，该荧光探针对氰化氢产生快速（1 秒钟以内）、可逆响应，并且对氰化氢的响应具有极高的选择性和灵敏度（检测限为65.6 nM）。生物细胞荧光成像研究表明，该荧光探针能够靶向定位于细胞线粒体，并且当细胞线粒体内膜电位消失时，仍然能够保留于细胞线粒体继续检测氰化氢。应用研究显示，该荧光探针能够应用于检测HepG2细胞线粒体内不同浓度的外源性氰化氢，同时荧光探针还成功应用于检测PC12细胞线粒体以及神经元线粒体的内源性氰化氢浓度的动态变化。 2. 以香豆素为荧光团，四氢吡咯亚胺离子基团（非苯基共轭的）为硫醇和脂肪伯胺的共同识别基团，开发出可以同时检测硫醇和脂肪伯胺的荧光探针。光谱性能测试表明，该荧光探针自身的荧光在红色荧光窗口。但是分别加入硫醇和脂肪伯胺后，在蓝色荧光窗口和绿色荧光窗口各自产生荧光增强响应。并且当硫醇和脂肪伯胺同时存在时，能够依次检测硫醇和脂肪伯胺。应用研究显示，该荧光探针能够依次定量检测人血清样品中的硫醇和脂肪伯胺。生物细胞荧光成像实验说明，该荧光探针能够依次检测生物细胞内源性的硫醇和脂肪伯胺。而且，该荧光探针已成功应用于依次检测生物细胞内抗高血压药物卡托普利和氨氯地平的浓度。

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