基于苯并噁嗪和罗丹明近红外荧光探针的设计合成与生物应用

摘要

荧光成像技术因其具有干扰小、操作方便、灵敏度高等优点被广泛用于生命科学、生物学、药物开发等诸多领域，并在近六年内，该技术的相关领域曾两次获得诺贝尔化学奖，足以说明该技术的重要性，其中近红外荧光探针是荧光成像技术中的最核心的技术之一。理想的近红外荧光探针应该具有长波长的吸收和发射、高的荧光量子产率、高的光稳定性以及好的生物相容性等优点，目前，虽然有许多近红外荧光探针被合成和应用，但在实际应用中还存在较多问题。因此，开发新的高荧光量子产率、低生物毒性的近红外荧光探针对于荧光技术的发展是有重要意义的。
　　本研究主要内容包括：⑴基于一种新型的荧光团反应的光致诱导效应（FBR-PET）机理，三个以苯并噁嗪为母体的近红外pH探针5a-c被设计和合成。pH滴定实验表明三个探针5a-c都在634 nm左右表现出最大荧光发射，pKa分别为5.63、5.41、5.65，荧光强度分别增强了2.6倍、9.6倍以及18.2倍。探针5c的荧光发射在pH=4.0时表现出近OFF以及在pH=5.0-6.0时表现出ON的pH响应。细胞实验表明探针5a在癌细胞（HeLa和 KB）以及正常细胞（V79）的溶酶体中都有较强的发射，是个近红外的溶酶体靶向探针，而探针5b和5c都是在正常细胞V79的溶酶体中表现出发射，而在癌细胞（HeLa和KB）中仅显示很微弱的背景发射，表明探针5b-c具有区分正常细胞与癌细胞的潜在应用。⑵基于光诱导电子转移机理（PET），设计和合成了一个基于苯并噁嗪的近红外亚硝酸盐探针8，并详细研究了其对亚硝酸钠的光学响应。当加入亚硝酸盐时，探针8的紫外吸收会发生比率型变化，肉眼可以观察到样品溶液从蓝色到紫色的变化，并表现出近OFF-ON的荧光变化，荧光强度在最大发射峰636 nm处增强9.1倍，并且当NaNO2浓度为0.0-2.6当量范围内，探针8的荧光强度和NaNO2的浓度之间具有线性关系。探针8对亚硝酸盐的检测限为45 nM。HeLa和V79细胞成像实验表明，探针8具有选择性地检测外源性亚硝酸盐的应用。⑶两个罗丹明类pH探针（10a-b）被设计并通过简单的一步反应合成。pH滴定实验表明，随着酸性的增强，探针10a-b都对氢离子表现出近OFF-ON的荧光响应，打破了罗丹明简单的开闭环导致荧光变化的常规机理。探针10a的pKa为8.28，而探针10b的pKa增大为12.1，这是因为探针10b中存在氢键，从而使羟基的去质子化更难，pKa增大。离子选择性和竞争性实验表明常见的离子和氨基酸都不会对氢离子产生干扰，最后HeLa和V79细胞实验表明，探针10a可以用来标记细胞的细胞质。

目录

声明

第一章 前言

1.1 绪论

1.2溶酶体的生理功能

1.3 亚硝酸盐的研究近展

1.4氢键

1.5本论文研究的主要内容和意义

第二章 基于苯并噁嗪的近红外pH荧光探针在癌细胞检测中的应用

2.1 引言

2.2探针分子设计

2.3实验仪器与试剂

2.4 合成和表征

2.5 探针的性能测试

2.6实验结果与讨论

2.7本章小结

第三章 基于苯并噁嗪的近红外亚硝酸盐荧光探针的设计合成以及细胞成像

3.1 引言

3.2探针分子设计

3.3实验仪器与试剂

3.4 合成和表征

3.5 探针的性能测试

3.6实验结果与讨论

3.7本章小结

第四章 基于氢键对罗丹明的pH荧光探针的pKa的影响

4.1 引言

4.2探针分子设计

4.3实验仪器与试剂

4.4 合成和表征

4.5 探针光学性能测试

4.6实验结果与讨论

4.7本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2展望

硕士期间发表的论文

附录

致谢