水溶性聚噻吩衍生物荧光探针的制备及其在生物分析中的应用

摘要

共轭聚电解质具有良好的生物相容性以及荧光信号放大效应，作为光学探针材料在生物传感器领域具有广阔的应用前景。三磷酸腺苷(ATP)和肝素是两种重要的生物分子，其含量异常往往与人类的某些疾病直接相关联。因此，建立简单、快速、灵敏和准确的分析检测方法不仅有助于推动生命过程的研究，同时对于临床诊断、药物分析、药物开发等领域也有着重要的实际意义。聚噻吩类光学探针，由于其构象及聚集状态对外界的刺激如温度、溶剂、离子强度及底物等极为敏感，并且这种构象与聚集态的改变伴随着明显的颜色变化和荧光的自淬灭，因此作为一类比色与荧光双重响应的探针材料日益受到广大研究者的追捧。在本论文中，我们设计合成了两种聚噻吩衍生物PT-1和PT-2，研究了它们与生物分子底物（ATP和肝素）之间的相互作用和传感性能，并对底物诱导的聚噻吩链的聚集与解聚集传感机制进行了探讨。具体研究内容及结论如下:
　　(1)水溶性聚噻吩衍生物PT-1与PT-2的合成及表征。通过无水FeCl3氧化聚合法制备了两种聚噻吩衍生物，并通过核磁共振光谱(NMR)、元素分析(EA)、凝胶渗透色谱(GPC)等方法对它们的化学结构进行了表征及确认。
　　(2) PT-1与ATP的相互作用及传感性质。PT-1侧链上带正电荷的季铵盐基团能够与ATP上带有负电荷的磷酸基团通过静电相互作用结合;而其侧链上的萘基团可与ATP上的腺嘌呤基团发生π-π相互作用。这两种协同的相互作用促使聚噻吩主链由非平面构象转变为平面构象，进而通过π-π堆积形成聚集体。当在PT-1的tris-HCl缓冲溶液(10 mM，pH=7.4)中加入ATP后，其紫外-可见吸收光谱发生红移，溶液的颜色由黄色变为深紫色;Job's plot实验表明PT-1与ATP的结合比为1∶1，结合常数为6050 M-1;在饱和状态下PT-1的荧光几乎被完全淬灭，淬灭常数为4.4×106 M-1;利用PT-1作为荧光探针，ATP的检测限可低至9.5×10-7M。
　　(3) PT-2与鱼精蛋白和肝素的相互作用及传感性质。PT-2侧链上带有负电荷的磺酸钠基团与鱼精蛋白中带有正电荷的氨基通过静电相互作用结合形成复合物，其结合常数为4.5×107 M-1，淬灭常数为1.65×107M-1。PT-2/鱼精蛋白复合物的形成导致了PT-2的荧光被淬灭。当向此复合物体系中加入肝素后，由于肝素与鱼精蛋白的特异性结合，使PT-2/鱼精蛋白复合物发生解缔合，PT-2的荧光被恢复。基于此原理，一种荧光开启型肝素传感体系被成功构建，实现了对肝素的灵敏检测，其荧光强度的变化与肝素的浓度在0-14μM范围内呈现良好的线性关系。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 共轭聚合物生物传感器概述

1．1．1 生物传感器简介

1．1．2 共轭聚合物生物传感器

1．1．3 共轭聚合物生物传感器研究进展

1．2 聚噻吩光学探针的特点及优势

1．3 聚噻吩光学探针在生物分析中的应用

1．4 课题的提出及主要内容

第二章 水溶性聚噻吩衍生物的合成及结构表征

2．1 实验试剂和仪器

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器

2．2 合成步骤及表征

2．2．1 水溶性聚噻吩PT-1的合成及表征

2．2．2 水溶性聚噻吩PT-2的合成及表征

第三章 水溶性聚噻吩衍生物PT-1对ATP的传感性质

3．1 引言

3．2 紫外-可见光谱滴定

3．3 荧光光谱滴定

3．4 圆二色光谱

3．5 聚集性质研究

3．6 化学计量比测定

3．7 选择性

3．8 其他离子的干扰性

3．9 底物分子结构对诱导探针聚集性质的影响

3．10 传感机理

本章小结

第四章 水溶性聚噻盼衍生物PT-2对肝素的传感性质

4．1 引言

4．2 肝素、鱼精蛋白的化学结构及传感机理

4．3 紫外-可见光谱滴定

4．4 荧光光谱滴定

4．5 聚集性质研究

4．6 选择性

4．7 其他离子的干扰性

4．8 溶液pH值的影响

4．9 肝素的定量

本章小结

第五章 全文总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢