罗丹明类比率型荧光探针构建及生物传感应用

摘要

各种阴离子、阳离子、酶及生物小分子在生物体的生理病变中扮演着独特的角色，并对维持其生命体的健康发挥着重要的作用。高效、专一、灵敏的检测方法是深入了解这些物质在生命活动中的功能及影响，进一步的阐述其产生过程、运输途径以及作用部位等的重要手段，也是生物分析和化学分析领域的热点问题之一。荧光分析法作为一类独特的分析检测技术，具有灵敏度高、选择性强、对生物样品无损伤性等优点，且具有实时原位检测以及多重信号输出的功能，已经应用于多种生物相关物质的生物检测及分析，被视为是研究分析生物体内各类物质生理、生化过程的重要检测工具之一。本论文以新型有机小分子荧光探针为核心，选取了一些在生命过程中起到重要作用的有机分析物为检测目标，通过对罗丹明类荧光染料的合理设计、合成，成功地构建了一系列基于罗丹明类比率型有机小分子荧光探针。在实现对这些分析物识别检测的同时，通过对其结构和识别环境进行改进和创新，改善探针自身的一些不足，不仅增加了探针的功能化，还对检测分析物的灵敏度和自身水溶性得到了提高。本论文主要研究结果如下： 1、以罗丹明-香豆素染料为荧光母核，以异硫氰酸苯酯为识别基团，设计、合成出两种对HClO响应的比率型荧光探针RHClO-1和RHClO-2。RHClO-1能够在包含30%乙醇的磷酸盐缓冲液（PBS：EtOH=7?3，v/v，pH 7.4）体系下对HClO进行灵敏、专一的识别，其检出限能够达到0.64 μM。优化后的探针RHClO-2能够在包含1%二甲亚砜的PBS溶液（PBS?DMSO=99?1，v/v，pH 7.4）体系下对HClO进行更为灵敏的识别，其检出限能够达到0.042 μM。两种探针溶液都拥有加入 HClO之后发生从无色变为红色的比色现象，从而可以制备成经济、实用的试纸条用于HClO的快速检测，实现裸眼识别HClO的目的。此外，具有低毒性、良好的膜渗透性以及更为优异水溶性的RHClO-2（相对于RHClO-1）被成功应用于内源性HClO的生物细胞成像研究，展示了其潜在的实用价值。 2、以罗丹明-萘甲酰亚胺染料为荧光团，设计、合成出两种对-ONOO响应的溶酶体定位型比率荧光探针 RH-NO1和RH-NO2。利用分子结构优化、泛密度函数理论以及光谱学性能，证明探针RH-NO1的母体结构包含PET和FRET两种机理，为实现只在溶酶体酸性环境中，以及目标分析物出现的情况下实现荧光分析提供了理论基础。通过优化改善后的RH-NO2能够在包含1%乙醇的PBS溶液（PBS?EtOH=99?1，v/v，pH 5.5）体系下对-ONOO进行更为灵敏的识别，其检出限能够达到0.02μM。最终，具有更快响应速率的 RH-NO2 通过吗啉环对溶酶体进行定位，成功实现对细胞溶酶体内的内源性-ONOO荧光成像分析。 3、通过将罗丹明染料与色原酮分子骨架有机结合，设计、合成出一种对 NH2NH2和H2O2具有不同响应的多功能荧光探针RH-1。RH-1能够在实验所选的35中分析物中通过比色的方法对NH2NH2进行分析检测，其检出限为0.27 μM (9.8 ppb)，低于美国环境保护署规定人体内最高摄入量（10 ppb）。另外能够通过荧光的方法对H2O2进行分析检测。其检出限为0.16 μM，远远低于人体最大承受量（1 μM）。最后探针成功的制备成简单方便的试纸条用于 NH2NH2快速检测以及成功实现外源性 H2O2的生物细胞成像实验。 综上所述，本研究通过对罗丹明类染料的合理设计及合成，通过更进一步的对探针结构及检测体系进行优化、改进，成功地构建了三种功能化的有机小分子荧光探针，实现了对活性氧物质（HClO、-ONOO和H2O2）以及生物毒性物质（NH2NH2）的高灵敏性、高选择性的检测。该研究为罗丹明类有机小分子荧光探针在生物分析领域中的应用提供了研究基础和指导，同时也为构建更加灵敏和高效的罗丹明类有机小分子荧光探针提供了新的方法和思路。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1荧光的生成机理

1.2 荧光探针的组成

1.3 荧光探针的几种重要的参数

1.4影响荧光探针的常见因素

1.5荧光探针的传递机制

1.6 研究进展

1.7本研究的目的、意义及研究内容

第二章 两种基于罗丹明-香豆素染料的比率型荧光探针的构建及次氯酸检测研究

引言

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 一种基于PET和FRET的比率型荧光探针的设计、合成及监测溶酶体中-ONOO的研究

引言

3.1 材料

3.2 实验方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 基于氧杂蒽类比色荧光双通道型探针的设计、合成及其NH2NH2和H2O2检测研究

引言

4.1 材料

4.2 实验方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 结论及创新点

5.1 研究结论

5.2 本研究的创新点

参考文献

附图

缩略词表

致谢

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