基于荧光素衍生物的延迟荧光染料应用研究

摘要

热激活延迟荧光（TADF）染料不仅具有高效的系间穿越（ISC）能力，并且可以在室温下实现高效的反系间穿越（RISC），发射出长寿命的延迟荧光。作为新型的发光材料已经在有机电致发光器件（OLED）上实现了成功的应用。而利用其高效的ISC和微秒级长寿命的三重激发态特征，用作新一代光敏剂的应用研究目前还比较少。因此本文选取光物理性能优良的荧光素衍生物TADF染料作为研究对象，研究其作为光敏剂在三重态-三重态湮灭上转换（TTA-UC）和荧光成像与光动力治疗（PDT）领域中的应用。 选择了具有TADF性能的荧光素衍生物DCF-MPYM为光敏剂，分别搭配发射体苝和9,10-二苯基蒽（DPA）作为能量受体建立了上转换系统，实现了从红光到蓝光的大的反斯托克斯位移发射，并且具有高的上转换发射量子产率。该TADF染料光敏剂DCF-MPYM具有非常小的系间能级差ΔEST，系间穿越过程比较小的能量损失，因此可以获得了非常大的反斯托克斯位移（207nm）光子上转换。同时，DCF-MPYM本身长的三重态寿命（23.89μs）和大的摩尔消光系数，带来高的上转换效率（11.2％）。充分展现了TADF荧光素衍生物作为新一代的光敏剂在光子上转换应用中的潜力。 选择水溶性比较好的荧光素衍生物为荧光团母体，分别通过共价键连接两个目标蛋白（碳酸酐酶Ⅸ）抑制剂作为靶向基团，合成了两例具有TADF性能的荧光探针DCF-N1和DCF-N2。通过瞬时荧光光谱和延迟荧光寿命测量，证明了两例探针分子的TADF性质。通过使用商业化单线态氧1O2活性氧物种检测剂证明了两例探针在中性磷酸缓冲液（PBS）和细胞内可以产生活性氧物种，具备了光动力治疗（PDT）的条件。进一步采用细胞染色的方法，证实两例探针能够特异性地靶向高表达碳酸酐酶Ⅸ的细胞，而对低表达该目标蛋白的细胞没有明显的荧光信号响应。最后，细胞毒性实验（MTT方法）证实了两例探针分子均具有一定的PDT效果。

目录

声明

1 绪论

1.1 “荧光”概念及发光过程机制

1.2 延迟荧光染料

1.2.1 延迟荧光材料分类及发光机理

1.2.2 延迟荧光染料的基本物理参数

1.2.3 延迟荧光染料的设计原则

1.3 延迟荧光染料的主要应用

1.3.1 延迟荧光染料应用于生物时间分辨荧光成像

1.3.2 延迟荧光染料应用于三重态湮灭上转换

1.3.3 延迟荧光染料应用于生物成像与治疗

1.3.4 延迟荧光染料应用于有机光催化合成

1.4 选题背景与研究思路

2 基于荧光素衍生物的延迟荧光染料应用于TTA上转换

2.1 引言

2.2 实验试剂与仪器

2.3 实验部分

2.3.3 荧光寿命测试方法

2.3.4 TTA上转换测试

2.4 结果和讨论

2.4.1 基于苝发射体做为能量受体的TTA上转换体系

2.4.2 基于9,10-二苯基蒽发射体做为能量受体的TTA上转换体系

2.5 本章小结

3 基于荧光素衍生物的延迟荧光染料的碳酸酐酶荧光探针

3.1 引言

3.2 探针分子设计和合成路线

3.3 实验部分

3.3.1 仪器和试剂原料

3.3.2 中间体及探针分子的合成

3.3.3 探针分子测试母液的制备方法

3.3.4 紫外-可见吸收光谱和荧光光谱测定方法

3.3.5 荧光寿命测试方法

3.3.6 探针分子产生单线态 1O2能力的测试方法

3.3.7 探针分子DCF-N1和DCF-N2与碳酸酐酶Ⅸ的亲和力对接计算

3.3.8 探针分子DCF-N1和DCF-N2细胞成像

3.3.9 检测探针分子DCF-N1和DCF-N2在细胞中诱导产生 1O2

3.3.10 探针分子DCF-N1和DCF-N2对肿瘤细胞的光动力治疗

3.4 结果与讨论

3.4.1 探针分子DCF-N1和DCF-N2在乙醇和磷酸盐缓冲溶液PBS紫外-可见吸收光谱

3.4.2 探针分子DCF-N1和DCF-N2在乙醇中的热激活延迟荧光性质

3.4.3 探针分子DCF-N1和DCF-N2在PBS中的单线态氧产生能力

3.4.4 探针分子DCF-N1和DCF-N2与碳酸酐酶Ⅸ亲和力强度计算

3.4.5 探针分子DCF-N1和DCF-N2细胞成像

3.4.6 探针分子DCF-N1和DCF-N2在细胞内的单线态氧检测

3.4.7 探针分子DCF-N1和DCF-N2光毒性

3.5 本章小结

结论

参考文献

附录A:部分典型化合物的结构表征

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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