基于硅氧键断裂的氟离子荧光探针

摘要

阴离子在很多化学和生物进程中扮演着重要的角色，因此，近来年阴离子的识别和检测受到了极大的关注。其中，氟离子的识别和检测尤为重要。氟是人体所必需的微量元素，适量的氟化物摄入可以预防龋齿，治疗骨质疏松症。但是高浓度的氟化物摄入会导致氟斑牙、氟骨症、尿石症以及癌症等疾病。传统的氟离子分析方法有离子色谱法、选择电极法、氟试剂比色法和荧光探针法。荧光探针法具有高灵敏度、低检测限、快速简便、成本低及抗干扰能力强等优点，还可以进行生物荧光成像，检测生物体内和细胞内的氟离子。因此，荧光探针法检测氟离子被广泛应用。
　　本论文设计合成了两例基于硅氧键断裂，用于细胞成像的高选择性氟离子荧光探针FP和FP-1。探针FP利用氟诱导硅氧键断裂，进而发生分子内成环反应生成具有高荧光量子产率（Φ=0.84）的久洛尼定香豆素衍生物，实现对氟离子的荧光“turn-on”型检测。FP对氟离子具有专一的选择性，灵敏度高(0.17μM)，将其制作成试纸，最低可检测纯水中19 ppb的氟离子。FP的创新点是首次点亮了细胞线粒体中的低浓度氟离子(10μM)，不受其他阴离子的干扰。
　　探针FP-1是以氰基二苯乙烯为荧光母体的双光子氟离子荧光探针。在DMSO和HEPES(V/V=7∶3)混合体系中，加入氟离子，硅氧键断裂，分子发生一个扭曲的分子内电荷转移(TICT)过程，探针荧光淬灭，实现对氟离子的“turn-off”型检测。FP-1对氟离子的响应时间快，灵敏度高，选择性好。FP-1能用于活细胞的单光子和双光子荧光成像，检测细胞中的氟离子，是一个好的生物荧光成像分子开关。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 我国地方性氟中毒类型

1．2．1 饮水型氟中毒

1．2．2 饮茶型氟中毒

1．2．3 燃煤污染型氟中毒

1．3 氟离子的检测方法

1．3．1 离子色谱法

1．3．2 氟离子选择电极法

1．3．3 氟试剂比色法

1．3．4 氟离子荧光探针法

1．4 荧光探针简介

1．5 氟离子荧光探针

1．5．1 氢键型氟离子荧光探针

1．5．2 路易斯酸受体型氟离子荧光探针

1．5．3 氢键和路易斯酸混合型氟离子荧光探针

1．6 本课题的来源及研究内容

2 点亮细胞线粒体中氟离子的高选择性荧光探针

2．1 引言

2．1．1 氟中毒与细胞线粒体的联系

2．1．2 香豆素荧光母体

2．1．3 探针分子FP的设计

2．2 实验部分

2．2．1 实验仪器与试剂

2．2．2 探针FP的合成步骤

2．2．3 中间体及探针FP的合成方法

2．2．4 探针FP的性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 探针FP对氟离子的响应时间扫描

2．3．2 探针FP对氟离子的饱和浓度滴定

2．3．3 探针FP对氟离子的选择性以及阴离子的竞争性研究

2．3．4 探针FP对氟离子的灵敏度研究

2．3．5 探针FP对氟离子的检测机理研究

2．3．6 探针FP的试纸应用

2．3．7 探针FP的细胞生物毒性实验

2．3．8 探针FP在活细胞中的荧光成像

2．3．9 探针FP在活细胞内对氟离子的响应时间成像

2．3．10 探针FP在活细胞内对线粒体共定位研究

2．3．11 探针FP在活细胞内对氟离子的灵敏度研究

2．3．12 探针FP在活细胞内对氟离子及其他阴离子的选择性研究

2．4 本章小结

3 基于氰基二苯乙烯母体的氟离子荧光探针

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验仪器与试剂

3．2．2 探针FP-1的合成路线

3．2．3 探针FP-1及中间体的合成方法

3．2．4 探针FP-1的性能测试

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 探针FP-1的溶剂化效应

3．3．2 探针FP-1对氟离子的响应时间

3．3．3 探针FP-1对氟离子的浓度滴定

3．3．4 探针FP-1对氟离子的选择性以及阴离子的竞争性实验

3．3．5 探针FP-1对氟离子的最低检测限测定

3．3．6 pH对探针FP-1的影响

3．3．7 探针FP-1对氟离子的机理研究

3．3．8 探针FP-1在细胞内的荧光成像

3．4 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢