长波长激发和固态化学发光探针的构建及应用研究

论文摘要

荧光成像技术是检测活细胞及活体中各种生物分子的主要手段之一。结合该成像技术,小分子荧光探针凭借设计简便、结构可修饰性强、响应速度快等优点,在生物医学、环境监测等领域得到广泛应用。然而,传统小分子荧光探针在应用过程中仍存在诸多问题,如生物自发荧光干扰大、组织穿透深度低以及成像分辨率差等。本论文以提高成像分辨率为目的,结合双光子、近红外以及化学发光成像技术,构建了一系列性能优良的小分子探针,并将其应用于多种生物分子的成像检测。具体内容如下:（1）在第二章中,受抗疟疾药物在细胞中被游离亚铁血红素（LH）选择性激活这一事件的启发,我们首次合成了一种双光子反应型LH小分子荧光探针HNG。传统亚铁血红素（heme）的检测方法无法区分LH和蛋白络合的亚铁血红素（protein-H）。而探针HNG能够利用LH和protein-H之间的电位差异,选择性识别LH,且具有较高的检测灵敏度,其最低检测浓度为20 nM。此外,传统方法只能用于细胞提取液中heme总量的测定,而探针HNG可以检测到活细胞内源性LH的变化。因此,该反应型小分子荧光探针有望成为一种LH相关疾病的有效诊断工具。随后,利用探针HNG,对小鼠溶血程度与肝损伤以及LH含量变化的关系进行了评估,结果表明小鼠溶血程度与肝损伤以及LH含量变化成正相关。结合双光子成像的优势,对溶血过程中的肝组织进行了双光子成像,获得了较好的成像结果。利用探针HNG,实现了活细胞以及深层组织中LH的成像检测,弥补了传统检测方法的不足之处,为开发其它功能的LH响应型探针提供了有效的分子设计策略。（2）双光子成像技术不仅可以用于检测一些生物小分子,同时也可以对一些生物大分子如生物酶进行成像分析。内质网氨基肽酶1（ERAP1）是一种存在于内质网中的重要生物酶。目前缺乏有效手段能够对活细胞以及生物组织中ERAP1的活性进行成像检测。在第三章中,我们构建了一种双光子小分子荧光探针SNCL,用于活细胞内ERAP1的检测成像。该探针对ERAP1具有较高的选择性和灵敏度,能够对细胞不同内质网氧化还原压力下ERAP1的含量变化进行实时监测。同时,SNCL也可以用于深层组织中ERAP1催化活性的成像。通过对组织中单、双光子荧光成像效果进行比较,结果表明:采用双光子激发可以获得更清晰、更深层组织内ERAP1的成像。（3）虽然双光子成像技术解决了激发波长短带来的问题,但是大部分双光子探针的发射波长低于600 nm,导致荧光信号难以穿透生物组织。在第四章中,结合近红外荧光探针具有长波长发射的优点,构建了一种细胞膜靶向的近红外小分子荧光探针ANRP用于实时监测CO的释放过程。首先将季铵盐结构连接到疏水性尼罗红染料分子的一端,合成了一种两极性结构的细胞膜靶向染料ANR。利用该设计策略,我们还合成了其它两种细胞膜靶向染料。ANR染料可以快速地（1 min）定位到细胞膜上,并能够长时间锚定在细胞膜上。然后,将该染料分子与金属钯进行配位,构建了一种细胞膜靶向的近红外CO小分子荧光探针ANRP。该探针对CO具有较高的选择性和灵敏度,其最低检出限为0.23μM。此外,该探针可以锚定在细胞膜上用于实时监测细胞在不同刺激下CO的释放情况。结合近红外成像技术的优势,该探针被成功用于活体中CO的成像检测。（4）化学发光（chemiluminescence）探针是一类不需要额外激发光源的成像工具,在生物应用过程中可以消除激发光源带来的一些干扰。固态发光探针在和目标物响应以后可以原位沉淀下来,能够实现对目标物的原位成像。在第五章中,我们将固态发光与化学发光机理相结合,实现优势互补,开发出新型的、能适用于活体成像的固态化学发光探针HPQCL-Cys。该探针同时解决了化学发光探针易扩散的问题以及固态发光探针激发波长短的问题。此外,探针对Cys具有较好的选择性和反应活性。通过将反应体系进行固液分离,并分别对固体和液体进行化学发光成像,发现固体颗粒发光是化学发光的主要来源,充分证明了固态化学发光设计策略的可行性。此外,我们成功将探针HPQCL-Cys应用到了活体内源性半胱氨酸的成像检测。利用该系列探针,达到了提高成像分辨率的目的,同时实现了深层组织中目标物的检测,为研究其它生物分子提供了有效手段。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 小分子荧光探针的构建

1.1.1 荧光的产生及相关参数

1.1.2 常用双光子及近红外染料

1.1.3 小分子探针设计及响应原理

1.2 双光子荧光探针成像研究

1.2.1 络合型双光子荧光探针

1.2.2 反应型双光子荧光探针

1.2.3 酶响应的双光子荧光探针

1.3 近红外荧光探针成像研究

1.3.1 在活体肿瘤模型中的应用

1.3.2 在药物诱导肝损伤模型中的应用

1.3.3 在炎症模型中的应用

1.3.4 在其它模型中的应用

1.4 化学发光探针成像研究

1.4.1 化学发光概述

1.4.2 化学发光体系的分类及应用

1.5 本研究论文的构想

第2章受青蒿素启发的双光子反应型游离亚铁血红素小分子荧光探针的构建及其应用研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂与仪器

2.2.2 化合物的合成

2.2.3 光谱测定

2.2.4 细胞毒性实验及细胞成像

2.2.5 溶血模型构建

2.2.6 探针HNG在溶血小鼠各器官中的分布研究

2.2.7 探针HNG在溶血小鼠血清中LH的成像检测

2.3 结果与讨论

2.3.1 设计原理

2.3.2 探针光谱性质测定

2.3.3 探针长时间稳定性以及受pH影响

2.3.4 探针对LH以及Fe2+响应性研究

2.3.5 细胞成像

2.3.6 溶血过程中LH的成像检测

2.4 小结

第3章双光子内质网氨基肽酶1探针的构建及其应用研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂与仪器

3.2.2 化合物的合成

3.2.3 光谱测定

3.2.4 细胞毒性试验

3.2.5 细胞和肿瘤组织成像

3.3 结果和讨论

3.3.1 设计原理

3.3.2 探针光谱特性和稳定性

3.3.3 选择性和动力学

3.3.4 响应机理研究

3.3.5 细胞内质网共定位成像

3.3.6 细胞内ERAP1 成像

3.3.7 组织内ERAP1 成像

3.4 小结

第4章近红外细胞膜锚定的一氧化碳荧光探针的构建及其应用研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 试剂与仪器

4.2.2 化合物的合成

4.2.3 光谱测定

4.2.4 细胞毒性试验

4.2.5 细胞成像

4.2.6 组织器官成像

4.2.7 活体成像

4.3 结果和讨论

4.3.1 设计原理

4.3.2 染料ANR细胞膜靶向性以及设计策略的可行性验证

4.3.3 探针ANRP光谱学特性

4.3.4 探针共定位实验

4.3.5 CO透膜过程的监测

4.3.6 组织、器官以及活体中CO的成像检测

4.4 小结

第5章新型固态化学发光探针的构建及其应用研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 试剂与仪器

5.2.2 化合物的合成

5.2.3 化学发光测定

5.2.4 细胞成像

5.3 结果和讨论

5.3.1 设计原理

5.3.2染料的扩散性实验

5.3.3 探针的响应性

5.3.4 探针的化学发光特性

5.3.5 探针的选择性

5.3.6 探针响应后的固态化学发光特性

5.3.7 探针在活体中的化学发光成像

5.4 小结

总结

参考文献

附录 A 攻读学位期间发表的学术论文目录

附录 B 部分化合物的谱图

致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 徐帅

导师: 宦双燕,张晓兵

关键词: 小分子探针,双光子,近红外,化学发光,固态发光

来源: 湖南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,化学

单位: 湖南大学

分类号: O657.3;Q-334

DOI: 10.27135/d.cnki.ghudu.2019.000831

总页数: 121

文件大小: 10688K

下载量: 44

长波长激发和固态化学发光探针的构建及应用研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢