基于铱配合物的磷光探针的设计、合成及在生物成像中的应用

摘要

目前在生物传感和活细胞成像中，相比有机小分子荧光探针（荧光寿命短、光漂白、低量子效率和吸光系数）来说，磷光过渡金属配合物引起了人们的广泛关注。在Pt(II)-、Ru(II)-、Re(I)-、Ir(III)-、Cu(I)-、Au(I)-以及Os(II)-众多配合物中，具有 d6族电子结构的铱配合物尤为突出。铱配合物不但具备优异的光物理性质而且其配位化合物非常稳定。发光颜色容易调节，发射寿命长，量子产率高，由于这些优异的光物理和化学性质，使磷光过渡金属铱配合物在生物传感和细胞成像等领域得到了广泛的应用。
　　我们设计、合成了含有特殊反应功能基团的小分子磷光过渡金属铱配合物，分别实现了水相溶液中对生物硫醇和氟离子的检测；我们进一步把得到的磷光探针引入到可分散到纯水溶剂中的介孔硅球中获得纳米磷光探针，从而实现了纯水中对生物硫醇和氟离子的检测；此外，我们还实现了活细胞内特定物质的检测。主要包括：
　　1、我们设计、合成了环金属配体含有查尔酮基团的小分子铱配合物（Ir1）。因为查尔酮基团能够和巯基发生加成反应，引起配合物的光物理性质的变化，从而实现对溶液中半胱氨酸（Cys）选择性的检测。同时铱配合物探针在双光子激发下实现了Cys检测，并获得满意的双光子吸收截面。利用了时间分辨技术、荧光寿命成像技术实现了复杂环境中对生物硫醇的检测；此外，我们可以将这种磷光探针应用于细胞标记和细胞成像，实现了在活细胞内部对氨基酸的选择性检测。
　　2、我们制备了具有核壳结构的介孔二氧化硅纳米粒子作为探针载体，吸附配合物Ir1，形成了一个纳米的磷光生物硫醇探针(SiO2-FIrpic@MSN-Ir1)，其核内为包裹有蓝光铱配合物（FIrpic）的实心二氧化硅纳米粒子，壳为介孔的二氧化硅（作为探针的载体）。利用介孔硅球的性质，如水中分散性好，易进入细胞等优势，不但实现了纯水中对Cys检测，而且实现了比率法检测。同时利用单、双光子显微成像技术实现了细胞内的生物硫醇的比率检测。
　　3、我们合成了环金属配体含有硅氧键基团的小分子铱配合物磷光氟离子探针(Ir2)。我们通过荧光光谱、紫外-可见吸收光谱研究了配合物对氟离子的响应，随着氟离子的加入，Ir2的乙腈/水混合液在可见光区的吸收明显增强，而发射光谱逐渐淬灭，可以实现肉眼检测，并具有较好的选择性。最后，把探针Ir2引入到核壳结构的纳米介孔硅球中，形成了一个纳米的磷光氟离子探针(SiO2-FIrpic@MSN-Ir2)，实现纯水环境下对氟离子的比率检测。

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专用术语注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 过渡金属铱配合物

1.3 过渡金属铱配合物的应用研究

1.4 本课题的意义和设计的思路

第二章 基于铱配合物的磷光半胱氨酸探针及在活细胞中的检测

2.1 引言

2.2 设计思路

2.3 实验部分

2.4 结果与讨论

2.5 本章结论

第三章 基于SiO2纳米粒子的比率磷光硫醇探针及其应用

3.1 引言

3.2 设计思路

3.3 实验部分

3.4 结果与讨论

3.5 本章结论

第四章 基于铱配合物的磷光氟离子探针及在活细胞中的检测

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

附录1 部分化合物的NMR和MALDI-TOF谱图

附录2 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录3 攻读硕士学位期间撰写的专利

附录4 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢