新型金属离子荧光探针的设计制备及其在环境水样和生物体内的应用研究

摘要

金属离子在生物体的生理系统中扮演着不可或缺的角色，而随着当今社会金属污染的不断加剧，在食物链的作用下一旦在人体中的金属离子含量失衡，人体健康就会受到很大的影响，导致生理功能障碍，甚至可能诱发疾病威胁生命。由于荧光探针应用在金属离子检测分析中优异的检测性能，对它的开发应用已成为科研界广为关注的研究重点。本文设计合成了一系列新型的接力识别型荧光探针用于各种离子的检测识别，解决目前荧光探针识别响应单一的局限。 （1）以香豆素染料为荧光信号基团同时引入含强亲合性氮原子的2-吡啶甲胺作为选择性识别基团，设计合成了一种水溶性极佳、强蓝色荧光的接力识别型荧光探针L1。考察了探针L1对一系列常见金属离子的荧光响应，发现仅有Fe3+会使蓝色荧光发生淬灭。通过荧光发射光谱对探针L1用于Fe3+荧光检测性能进一步的探究，表明其对Fe3+检测具备单一选择性、高抗干扰性、可逆性、检测限低至3.2×10-7M的检测优势。此外，进一步研究发现L1-Fe3+络合物可接力作为PO43-的荧光探针在原测试环境下高选择性识别PO43-伴随着强蓝色荧光信号的恢复。并基于实验测试Job’s曲线和理论计算相结合的方式探讨了探针与Fe3+的结合计量比及结合方式。该荧光探针L1具备极佳水溶性，细胞毒性低可实现生物细胞内对Fe3+和PO43-的接力识别检测。该项工作为设计发展新型的荧光探针用于化学分析检测以及生物学领域中阳离子和阴离子的接力检测提供了新思路。 （2）基于C=N异构化原理，通过简单的C=N双键在香豆素染料上接枝苯甲酰肼，设计合成了一种新颖的、无荧光强度荧光探针L2用于接力识别Al3+和F-离子。该探针L2对Al3+离子显示出显著的荧光增强响应。经荧光测试实验发现，L2对Al3+具备单一选择性、高灵敏度、响应快速、检测限低至纳摩尔级，结合常数为5.453×104M?1的响应优点。此外，生成L2-Al3+络合物对F?具备极佳的选择性检测性能，其荧光发射可在相同测试环境下被F-猝灭。并成功将探针L2应用于生物细胞样品中的Al3+和F-的接力检测中，展示了该探针用于生物体中离子检测方面的适用性。 （3）基于增加8-羟基喹啉体系共轭度以增强其荧光的原理设计合成一种新型的蓝色荧光探针L3用于接力识别Cu2+和Cd2+离子。通过紫外吸收光谱和荧光 发射光谱等一系列分析测试探究该探针检测Cu2+和Cd2+离子性能，实验结果表明探针L3对Cu2+响应表现出了极强的荧光猝灭、高选择性、宽pH值适用范围、抗干扰能力及灵敏性。然后将探针L3-Cu2+复合物用作Cd2+离子的选择性检测探针，其发射出了明显的黄绿色，而且避免了直接将探针L3用于Cd2+检测时其谱图荧光发射光谱相对于探针L3荧光发射光谱红移较小导致的检测灵敏度差、误差大的缺陷。基于上述优异的实验现象，可将探针L3应用于实际水样中目标Cu2+和Cd2+离子的接力检测识别，基于此探针设计的纸基检测条亦可方便快捷的用于现场取样检测。

目录

第一个书签之前

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1荧光探针的概述及结构特点

1.2荧光探针的识别机理

1.2.1光诱导电子转移

1.2.2 分子内电荷转移

1.2.3 荧光共振能量转移

1.2.4 激发态分子内质子转移

1.2.5 C=N异构化的荧光传感器

1.3 Fe3+类荧光探针的研究进展

1.4 Al3+荧光探针的研究进展

1.5 Cu2+荧光探针的研究进展

1.5 Cd2+荧光探针研究进展

1.6课题研究背景及意义

第二章 一种基于香豆素基团检测Fe3+和PO43-的“ON-OFF-ON”接力型水溶性荧光探针的合成

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1仪器和试剂

2.2.2 合成过程

2.2.3 测试储备液的制备

2.2.4 细胞实验

2.3结果与讨论

2.3.1 探针L1对Fe3+的选择性识别能力测试

2.3.2 Fe3+浓度对探针L1的荧光强度影响

2.3.3络合方式探究

2.3.4 pH值对探针L1识别Fe3+的影响

2.3.5时间响应和稳定性

2.3.6抗干扰能力测试

2.3.7理论计算

2.3.8 探针L1的实际应用

2.3.9细胞荧光成像

2.4 本章小结

第三章 一个基于香豆素基团检测Al3+和F?的“OFF–ON–OFF”接力型荧光探针的合成及其细胞应

3.1 引言

3.2实验部分

3.2.1 仪器和设备

3.2.2合成方法

3.2.3 实验测试储备液的制备

3.2.4 细胞成像实验

3.3 结果与讨论

3.3.1 荧光探针L2对Al3+离子的选择性识别

3.3.2荧光滴定实验

3.3.3结合方式分析

3.3.4对阴离子的识别研究

3.3.5 pH的影响

3.3.6时间响应

3.3.7识别机制的研究

3.3.7应用

3.4本章小结

第四章 一种基于喹啉基团接力检测Cu2+和Cd2+的“ON-OFF-ON”接力型荧光探针的设计合成及

4.1.引言

4.2 实验部分

4.2.1 仪器与设备

4.2.2 合成过程

4.2.3测试储备液的制备

4.2.4 应用实验

4.3 结果与讨论

4.3.1荧光探针对金属离子的识别研究

4.3.2 pH对检测识别的影响

4.3.3荧光滴定

4.3.5 结合方式测定

4.3.5 实际应用

4.4本章小结

第五章 结论、创新点与展望

5.1结论

5.2创新点

5.3 展望

参考文献

硕士期间发表的学术论文及其他科研成果

致谢