稀土配合物荧光探针用于细胞内小分子物种的成像分析

摘要

伴随着生命科学的不断发展，人们逐渐认识到细胞内的多种活性小分子物种，例如活性氧物种(包括单线态氧1O2、过氧化氢H2O2、超氧负离子自由基O-2等)以及镁离子(Mg2+)，钙离子(Ca2+)，锌离子(Zn2+)，铜离子(Cu2+)等金属离子，它们在细胞内起着非常重要的作用，在各种致病过程中都是重要的介导因素，与癌症、机体炎症、组织过氧化、蛋白质交联变性、DNA损伤和细胞信号转导等都有着直接的关系，因此实现细胞内各种活性小分子物种的实时、原位、动态测定分析，对于研究它们的生理功能与人类疾病的关系有着重要的价值和意义。目前，荧光成像分析是广泛应用于活细胞分析的一种有效的可视化分析技术。用于活细胞成像分析的荧光探针多为有机荧光染料分子(荧光素、罗丹明等)，但利用有机荧光染料分子作为探针有某些局限性，例如在生物体系中较强的背景荧光会对测定产生干扰，从而导致测定的灵敏度不高，另外有机荧光染料分子的光稳定性相对较差易发生光漂白现象。因此利用探针的时间分辨荧光成像与有效解决探针的光漂白问题，实现长时间的实时动态连续测定与提高可视化分析的选择性和精度是目前迫切需要解决的问题。稀土配合物荧光探针由于具有荧光寿命长、发射峰窄和Stokes位移大等发光性质，引起了人们的重视与关注。
　　 目前关于稀土配合物荧光探针用于检测细胞内活性小分子物种的相关报道已有不少，主要是单线态氧和锌离子的检测，但真正能够应用到活细胞内成像的却不多。作为细胞内的成像探针，必须满足以下要求：(1)良好的水溶性；(2)在生理条件下具有良好的热稳定性；(3)良好的膜穿透性，并且对细胞是无毒的；(4)有较长的激发波长和较高的量子产率。在进行探针设计时必须综合考虑以上各个因素，不断地完善探针的结构，才能使其更好地用于活细胞的成像分析。近年来，随着新型的水溶性稀土配合物不断的被合成出来，稀土配合物荧光探针得到了更广泛的应用，已被应用到生命科学研究的各个领域，包括荧光免疫分析、酶活性测定、核酸测定、阴阳离子识别等。因此，设计合成具有较高的量子产率，较长的荧光寿命和良好的水溶性的稀土配合物荧光探针，用于细胞内活性小分子物种的实时、原位、动态测定分析，具有重要的潜在应用价值和实际意义。
　　 本论文通过参考相关文献自行设计合成路线，成功合成了稀土配合物荧光探针的中间体。实验以2-氨基-6-甲基吡啶为原料，通过重氮化、乌尔曼偶联、氧化、硝化、溴化、脱氧及NBS溴化等步骤合成了4-溴-6，6'-二溴甲基-2，2'-联吡啶，然后通过4-溴-6，6'-二溴甲基-2，2'-联吡啶与亚氨基二乙酸二乙酯的反应，成功制备了4-溴-6，6'-二(N，N-二乙酸乙酯-N-亚甲基)2，2'-联吡啶，再进一步通过类似二芳基醚的制备反应合成4-对叔丁氧基甲酰氨基苯氧基-6，6'-二(N，N-二乙酸乙酯-N-亚甲基)-2，2'-联吡啶。在实验中对各步的反应条件进行了简单的摸索，并通过熔点测定、核磁共振、红外光谱和质谱等实验手段对各步所得产品进行表征，证明了产物的结构以及合成方法的可靠性。