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基于ICT效应的pH荧光探针的制备及其在细胞成像中的研究

2020-12-02阅读(253)

基于ICT效应的pH荧光探针的制备及其在细胞成像中的研究

论文摘要

第一章,对细胞内pH（pHi）在细胞结构和功能上扮演的作用,当前的监测方法,pH荧光探针的分类,有机小分子荧光探针的主要构成和响应机制以及最新进展等做了概述。并对选题意义,开展方式做了简单介绍。第二章,细胞内的pH（pHi）是细胞功能和代谢的关键参数之一,特别是细胞质基质的pH（7.2）。我们通过碳碳双键桥联6-羟基-2-萘基和2-苯并噻唑基成功地合成了用于定量监测活细胞中细胞质pH的波动的比率型荧光探针6-（2-（苯并噻唑-2-基）乙烯基）萘-2-酚（BTNO）。BTNO的F456nm/F526nm在pH为7.00-9.50的区间内与pH呈现良好的线性关系,其pKa为7.91±0.03,因此BTNO可用于测量细胞质基质的pH。此外BTNO拥有的高荧光量子产率能够降低探针对细胞生理功能的干扰,提高测量的灵敏度。BTNO在HeLa细胞中的成功应用表明BTNO可用于监测活细胞内pH的波动。第三章,通过Knoevenagel缩合反应一步合成了基于ICT效应和分子结构互变异构的pH荧光探针4-（2-（6-羟基萘基-2-基）乙烯基）-1-甲基吡啶碘化物。该探针在中性或酸性条件下萘环上的酚羟基与甲基吡啶上带正电荷的N原子形成典型的“D-A”结构,因而在586 nm处发射强烈的荧光。该探针具有196 nm的大stokes位移,意味着探针可以有效地避免来自激发光的干扰并且显着提高荧光测量的灵敏度。同时,探针具有适宜的pKa（8.85±0.04）和线性范围（7.60-10.00）,适合于线粒体碱性pH成像。此外,探针还拥有优异的抗干扰能力,可逆性,光稳定性和较低的细胞毒性等优异性质。探针在活HepG2细胞中的成功应用,表明探针具有出色的线粒体靶向能力,并可用于监测活细胞中线粒体pH波动。第四章,一种分子结构中含有两个正电荷的线粒体pH荧光探针溴化2-（2-（6-羟基萘-2-基）乙烯基）-3-（6-（三苯基膦酰基）己基）苯并噻唑-3-鎓（HTBT2）通过简单的方法被成功合成。HTBT2在612 nm处的荧光强度在7.20-8.70的pH范围内对pH呈现良好的线性响应,且其pKa为8.04±0.02,该值十分接近线粒体的pH(pHmito,8.0),因而,HTBT2在测量pHmito时具有极大的灵敏度。此外,HTBT2的176 nm大Stokes位移,使其能够降低激发光的干扰。HTBT2成功选择性染色SMMC-7721细胞的线粒体表明HTBT2拥有优异的线粒体靶向能力并可用于可视化活细胞中线粒体pH的波动。此外,通过HTBT2观察到正常细胞和癌细胞之间的pHmito差异,表明HTBT2可用于协助诊断与线粒体pH异常有关的疾病诊断。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 真核细胞内pH值及其作用
  •   1.2 细胞中pH的测量方法
  •   1.3 pH荧光探针的分类
  •     1.3.1 绿色荧光蛋白类
  •     1.3.2 纳米粒子类
  •     1.3.3 有机小分子类
  •     1.3.4 其他
  •   1.4 小分子荧光探针载入细胞的方式
  •   1.5 小分子荧光探针的传感机制
  •     1.5.1 电荷转移（CT）
  •     1.5.2 光诱导电子转移（PET）
  •     1.5.3 能量转移（ET）
  •     1.5.4 聚集诱导效应（AIE）
  •     1.5.5 激发态分子内质子转移（ESIP）
  •   1.6 常见小分子荧光探针的荧光团及其特性
  •     1.6.1 香豆素的结构及其特性
  •     1.6.2 荧光素的结构及其特性
  •     1.6.3 罗丹明的结构及其特性
  •     1.6.4 菁的结构及其特性
  •     1.6.5 1,8-萘酰亚胺的结构及其特性
  •     1.6.6 BODIPY的结构及其特性
  •   1.7 小分子pH荧光探针的研究进展
  •     1.7.1 非靶向型pH荧光探针
  •     1.7.2 线粒体pH荧光探针
  •     1.7.3 内含体pH荧光探针
  •     1.7.4 监测内吞过程的pH荧光探针
  •     1.7.5 内质网pH荧光探针
  •     1.7.6 溶酶体pH荧光探针
  •     1.7.7 用于生物成像的其他pH探针
  •   1.8 论文的立题背景与研究内容
  •     1.8.1 立题背景
  •     1.8.2 研究内容
  •     1.8.3 论文的创新性
  •   参考文献
  • 第二章 高荧光量子产率的pH荧光探针的合成及其在细胞成像中的研究
  •   2.1 引言
  •   2.2 实验部分
  •     2.2.1 试剂与仪器
  •     2.2.2 BTNO和 NTNO的合成与表征
  •     2.2.3 紫外-可见吸收光谱和荧光光谱的测定方法
  •     2.2.4 荧光量子产率的测量方法
  •     2.2.5 细胞毒性的测定方法
  •     2.2.6 细胞pH成像的方法
  •   2.3 结果和讨论
  •     2.3.1 pH对 BTNO和 NTNO紫外-可见吸收光谱的影响
  •     2.3.2 pH对 BTNO和 NTNO荧光光谱的影响
  •     2.3.3 BTNO和 NTNO的 p Ka值与线性范围
  •     2.3.4 BTNO和 NTNO的光稳定性
  •     2.3.5 BTNO的选择性
  •     2.3.6 BTNO的可逆性
  •     2.3.7 BTNO的细胞毒性
  •     2.3.8 BTNO的 HeLa细胞成像
  •   2.4 本章小结
  •   参考文献
  • 第三章 一种具有大Stokes位移的pH荧光探针的制备及其在线粒体成像的应用
  •   3.1 引言
  •   3.2 实验部分
  •     3.2.1 试剂与仪器
  •     3.2.2 探针的合成和表征
  •     3.2.3 光谱性质的测定
  •     3.2.4 荧光量子产率的测定方法
  •     3.2.5 细胞毒性的测定方法
  •     3.2.6 共定位实验的的方法
  •     3.2.7 细胞pH成像的方法
  •   3.3 结果和讨论
  •     3.3.1 pH对探针紫外-可见吸收光谱的影响
  •     3.3.2 pH对探针荧光光谱的影响
  •     3.3.3 探针的p Ka值与线性范围
  •     3.3.4 探针的选择性
  •     3.3.5 探针的光稳定性
  •     3.3.6 探针的可逆性
  •     3.3.7 细胞毒性的评估
  •     3.3.8 探针的HepG2 活细胞成像
  •   3.4 本章小结
  •   参考文献
  • 第四章 基于萘基的双电荷pH荧光探针的制备及其在线粒体成像中的应用
  •   4.1 引言
  •   4.2 实验部分
  •     4.2.1 试剂与仪器
  •     4.2.2 HTBT2 的合成和表征
  •     4.2.3 HTBT2 的光谱测定方法
  •     4.2.4 HTBT2 荧光量子产率的测定方法
  •     4.2.5 细胞毒性的测定方法
  •     4.2.6 探针染色细胞的动力学测定方法
  •     4.2.7 HTBT2 共定位的测定方法
  •     4.2.8 细胞pH成像的方法
  •   4.3 结果和讨论
  •     4.3.1 pH对 HTBT2 紫外-可见吸收光谱的影响
  •     4.3.2 pH对 HTBT2 荧光光谱的影响
  •     4.3.3 HTBT2的pH测量性能
  •     4.3.4 HTBT2 的选择性
  •     4.3.5 HTBT2 的光稳定性
  •     4.3.6 HTBT2 的可逆性
  •     4.3.7 HTBT2 的细胞毒性
  •     4.3.8 HTBT2 的细胞成像
  •   4.4 本章小结
  •   参考文献
  • 第五章 总结与展望
  •   5.1 工作总结
  •   5.2 展望
  • 1H NMR、13C NMR、31PNMR和质谱图'>附录 本论文中主要化合物的1H NMR、13C NMR、31PNMR和质谱图
  • 攻读硕士学位期间取得的科研成果
  • 致谢
  • 个人简况及联系方式

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 林博

    导师: 双少敏,樊丽

    关键词: 荧光探针,细胞质,线粒体,靶向,细胞成像

    来源: 山西大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 生物学,化学

    单位: 山西大学

    基金: 国家自然科学基金,山西省百人计划,山西省自然科学基金,山西省青年基金

    分类号: Q503;O657.3

    DOI: 10.27284/d.cnki.gsxiu.2019.001472

    总页数: 145

    文件大小: 17039K

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