含硒、硫杂原子的荧光探针设计合成及其细胞成像研究

摘要

有机小分子荧光探针具有合成相对简单、识别基团多样、细胞膜透性好、生物毒性较低等优点，辅以激光共聚焦成像技术是检测生物体内活性分子及重要离子强有力的工具。由于活性分子的寿命短、反应活性高、瞬态转换快等特性而对探针的稳定性、实时性、光谱多样性等方面提出了很高要求，也使得探针的实际应用受到一定程度的限制，而且有机小分子荧光探针用于实现近红外区的靶向特异检测及对亚细胞水平活性物种的检测仍不多见。针对上述关键问题，本论文主要开展了以下工作： 第二章中，选取经典的染料罗丹明6G，利用次氯酸对苯腙的氧化作用使罗丹明6G内酰胺水解开环进而触发荧光“开启”效应，合理地设计和合成了荧光探针Lyso-1。该探针对HOCl表现出非常高的选择性，响应速度快，灵敏度高，细胞毒性低，实现了对细胞内、外源HOCl的实时荧光成像检测，并且通过末端吗啉基团的引入，使探针显示出极好的溶酶体靶向定位功能。其次，我们选取发射波长较长(650 nm)、斯托克斯位移大(90 nm)、细胞膜透性好、细胞毒性低的苯并吡喃鎓-花菁类染料作为荧光团，利用富电子的吩噻嗪基团作为受体，通过缩合反应将吩噻嗪基团连接到苯并吡喃鎓-花菁类染料荧光团上，成功设计合成了基于分子内电荷转移(ICT)荧光作用机制且具有线粒体靶向定位功能的荧光探针Mito-1。由于吩噻嗪环上的硫原子可以被次氯酸氧化生成亚砜从而改变其供电子能力，实现了对次氯酸的特异检测。同时选取苯并吡喃鎓-花菁类染料作为荧光团，硒原子作为受体，利用硒原子容易被氧化的特性，成功设计合成了具有过氧亚硝酸根识别功能的荧光探针LSe。该探针表现出典型的荧光比率变化，既能实现对细胞外源ONOO-的检测，也能检测巨噬细胞内源产生的ONOO-，为进一步深入探究ONOO-在细胞内的生理作用提供了新的重要工具。 第三章中，将含有甲基亚砜的基团融入到苯并噻唑半菁、苯并吡喃鎓-花菁、N-烷基化甲基吡啶半菁等荧光基团中，成功设计合成了具有强的推-拉电子体系(D-π-A)的荧光开启型探针TzSO、CcSO和SpSO/MpSO。基于 ICT荧光作用机制，当探针的甲基亚砜被甲硫氨酸还原酶A(MsrA)还原成甲硫基后，出现明显的荧光信号变化，从而实现了对MsrA的荧光成像检测。与已报道的可用于MsrA检测的其它探针相比，它们一方面保持了对MsrA的高度选择性，能够被应用到活细胞中MsrA酶活性的检测。另一方面，探针TzSO对MsrA的响应速度更快，只需要20 min的作用时间即可使其荧光信号增强达到饱和，且能够用于活细胞及帕金森病模型细胞中 Msrs酶活性的实时检测；探针CcSO不仅同样能够用于活细胞及帕金森病模型中Msrs的检测，而且可以实现亚细胞定位，用于线粒体中Msrs酶活性的检测。 第四章中，我们设计合成了一种对汞离子具有高选择性的近红外比率荧光探针L-NS2O2，该探针利用苯并吡喃鎓-花菁类染料作为荧光团，以NS2O2结构作为识别位点，基于ICT荧光作用机制，在加入汞离子后其最大发射波长从728 nm蓝移到663 nm，形成明显比率变化且两处波长均在大于650 nm的近红外区，同时伴随有肉眼可见的溶液颜色变化(从蓝色变成玫粉色)，对汞离子响应时间短、灵敏度高，检测限低于10 nM。另外，该探针具有细胞膜透性好，细胞毒性低等优势，能够被应用到活细胞中对汞离子进行比率荧光成像检测。

目录

第一个书签之前

摘 要

Abstract

目 录

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 荧光探针基础理论

1.2.1 荧光探针概述

1.2.2 荧光探针的设计原理

1.3 活性物种荧光探针的研究现状及进展

1.3.1 氧化性物种荧光探针的研究现状

1.3.2 还原性物种荧光探针的研究现状

1.4本论文立题依据

第二章 氧化性物种荧光探针的合成、光谱性能及细胞成像

2.1 引言

2.2 探针分子的合成及设计思路

2.3 实验部分

2.3.1 实验仪器

2.3.2 实验试剂

2.3.3 光谱测试方法

2.3.4 细胞成像及细胞毒性测试方法

2.4 探针Lyso-1，Mito-1，LSe的合成及结构表征

2.4.1 化合物2的合成及结构表征

2.4.2 化合物3的合成及结构表征

2.4.3 探针Lyso-1的合成及结构表征

2.4.4 化合物5的合成

2.4.5 探针Mito-1的合成及结构表征

2.4.6 化合物LB的合成及结构表征

2.4.7 探针LSe的合成及结构表征

2.5 探针Lyso-1，Mito-1，LSe的光谱特性及细胞成像研究

2.5.1 溶酶体靶向定位荧光探针Lyso-1

2.5.2 线粒体靶向定位荧光探针Mito-1

2.5.3 比率荧光探针LSe

2.6 本章小结

第三章 甲硫氨酸亚砜还原酶荧光探针的合成、光谱性能及细胞成像

3.1 引言

3.2 探针分子的设计思路

3.3 实验部分

3.4 探针及相关分子的合成及结构表征

3.4.1 对甲基亚砜苯甲醛的合成

3.4.2 化合物TzS的合成及结构表征

3.4.3 探针TzSO的合成及结构表征

3.4.4 化合物CcS的合成及结构表征

3.4.5 探针CcSO的合成及结构表征

3.4.6 探针SpS的合成及结构表征

3.4.7 探针SpSO的合成及结构表征

3.4.8 探针MpS的合成及结构表征

3.4.9 探针MpSO的合成及结构表征

3.5 探针分子的光谱特性及细胞成像研究

3.5.1 快速响应型的MsrA荧光探针TzSO

3.5.2 具有线粒体靶向定位功能的MsrA荧光探针CcSO

3.5.3 其它MsrA荧光探针SpSO和MpSO

3.6 本章小结

第四章 汞离子比率荧光探针的合成、光谱性能及细胞成像

4.1 引言

4.2 探针分子L-NS2O2的设计思路

4.3 实验部分

4.4 探针L-NS2O2的合成及结构表征

4.4.1 探针L-NS2O2的合成

4.5 探针L-NS2O2的光谱特性及细胞成像研究

4.5.1 探针L-NS2O2对Hg2+的光谱性能研究

4.5.2 探针L-NS2O2对Hg2+的细胞成像研究

4.6 本章小结

第五章 全文总结及展望

5.1 全文总结

5.2 论文创新点

5.3 后续工作展望

参考文献

附录1 缩略词列表

附录2 论文中化合物的NMR、MS谱图

发表论文和科研情况说明

致 谢