选择性检测二氧化硫衍生物荧光探针的构建及生物应用研究

论文摘要

荧光探针分析法,主要通过与待分析物的化学反应来改变其荧光颜色或荧光强度来定性或定量分析特定目标。它具有灵敏度高,选择性好,反应时间短,操作快等优点,使它在生命科学等领域的检测中具有越来越重要的应用。与单光子荧光探针相比,由于双光子荧光探针在可见光-近红外范围（约700-1100nm）内被激发,可以克服单光子荧光技术的许多问题,如较短的激发波长（350-550 nm）导致光漂白,对样品的光损伤比较大,以及生物样品在此波段中的自发光的干扰等问题,使得双光子荧光探针成为当今前沿研究领域的热门课题。因此,设计一种具有双光子性质的荧光探针用于检测生物体内的分子、离子具有重要意义。本学位论文分别选用萘酰亚胺和香豆素衍生物作为荧光团,通过修饰,设计合成了三种荧光探针,用于二氧化硫（SO2）及其衍生物亚硫酸氢钠盐（NaHSO3）的检测。首先,基于1,8-萘酰亚胺荧光团以醛基C=O为SO2衍生物的反应位点,设计探针Na-SO2-Lyso。此外,将吗啉单元作为靶向溶酶体的基团连接到探针中,实现探针对溶酶体中SO2的检测。探针Na-SO2-Lyso由于C=N异构化作用引起激发态的非辐射衰变过程,初始荧光较弱。与HSO3-作用后,生成强氢键给体-OH基团。由于新形成的分子内O-H···N=C氢键有效地抑制了探针的C=N异构化,因此探针荧光大大增强,实现了对NaHSO3的有效检测。在生物成像实验中,探针能够在单光子与双光子的模式下在HeLa细胞和斑马鱼中对NaHSO3进行检测。其次,以香豆素和苯并吡喃盐为荧光团,设计了C=C键为亚硫酸氢盐或亚硫酸盐反应位点的近红外双光子荧光探针NIR-SO2-TP。探针本身的激发波长在近红外波段的650 nm处,发射波长在790-900 nm范围内。当加入亚硫酸氢盐后,亚硫酸氢盐通过亲核加成进攻探针NIR-SO2-TP的C=C不饱和双键,大共轭体系被切断,导致探针的近红外发射消失,只释放出香豆素的黄绿色荧光,从而达到有效识别SO2的目的。此外,该探针在生物成像实验中,成功地在近红外和双光子的双模式下检测到细胞、组织、斑马鱼及小鼠中的NaHSO3。最后,开发了一种基于二氟硼氧基香豆素为荧光团,以醛基和C=C不饱和双键为反应位点的近红外双光子反应型探针CoB-SO2。探针本身发射红色荧光,加入HSO3-后,同时进攻反应位点C=C不饱和双键以及末端的醛基,导致探针的近红外发射淬灭,释放香豆素基团的黄绿色荧光,从而能够检测HSO3-。另外,该探针能够快速响应二氧化硫,同时对二氧化硫具有良好的选择性并且该探针对细胞与斑马鱼中的SO2进行了成像。

论文目录

摘要

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第一章绪论

1.1 概述

1.2 荧光检测机理

1.2.1 分子内电荷转移

1.2.2 光致电子转移

1.2.3 荧光共振能量转移

2探针研究进展'> 1.3 以萘酰亚胺为母体的SO₂探针研究进展

1.3.1 萘酰亚胺类染料简介

1.3.2 目前研究进展

2探针研究进展'> 1.4 以香豆素为母体的SO₂探针研究进展

1.4.1 香豆素类染料简介

1.4.2 目前研究进展

2探针研究进展'> 1.5 基于不同识别机理的SO₂探针研究进展

1.5.1 基于醛基亲核加成反应机理的荧光探针

1.5.2 基于乙酰丙酸脱保护反应机理的荧光探针

1.5.3 基于迈克尔加成反应机理的荧光探针

1.6 本文主要研究内容

2荧光探针Na-SO₂-Lyso的设计、合成以及生物成像应用'>第二章基于萘酰亚胺靶向溶酶体的SO₂荧光探针Na-SO₂-Lyso的设计、合成以及生物成像应用

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 主要试剂

2.2.2 主要仪器

2-Lyso的合成与表征'> 2.2.3 探针Na-SO₂-Lyso的合成与表征

2.2.4 光谱测试方法

2.2.5 细胞毒性测试

2.2.6 细胞、斑马鱼的染色方法

2.3 结果与讨论

2-Lyso的设计思路'> 2.3.1 探针Na-SO₂-Lyso的设计思路

2-Lyso与SO₂作用的紫外-可见（U-V）吸收光谱测试'> 2.3.2 探针Na-SO₂-Lyso与SO₂作用的紫外-可见（U-V）吸收光谱测试

2-Lyso与SO₂作用的荧光滴定测试'> 2.3.3 探针Na-SO₂-Lyso与SO₂作用的荧光滴定测试

2-Lyso与SO₂作用的动力学测试'> 2.3.4 探针Na-SO₂-Lyso与SO₂作用的动力学测试

2-Lyso与SO₂作用的光学稳定性测试'> 2.3.5 探针Na-SO₂-Lyso与SO₂作用的光学稳定性测试

2-Lyso的选择性测试'> 2.3.6 探针Na-SO₂-Lyso的选择性测试

2-Lyso荧光性质的影响'> 2.3.7 pH对 Na-SO₂-Lyso荧光性质的影响

2-Lyso与SO₂作用的反应机理验证'> 2.3.8 探针Na-SO₂-Lyso与SO₂作用的反应机理验证

2-Lyso的细胞毒性实验'> 2.3.9 探针Na-SO₂-Lyso的细胞毒性实验

2-Lyso的细胞成像'> 2.3.10 探针Na-SO₂-Lyso的细胞成像

2-Lyso的斑马鱼成像'> 2.3.11 探针Na-SO₂-Lyso的斑马鱼成像

2.4 小结

2荧光探针NIR-SO₂-TP的设计、合成及生物成像应用'>第三章基于香豆素的近红外双光子SO₂荧光探针NIR-SO₂-TP的设计、合成及生物成像应用

3.1 前言

3.2 实验内容

3.2.1 主要试剂

3.2.2 主要仪器

2-TP的合成与表征'> 3.2.3 探针NIR-SO₂-TP的合成与表征

3.2.4 光谱测试方法

3.2.5 细胞毒性测试

3.2.6 细胞、斑马鱼、组织的染色方法

3.2.7 小鼠孵育方法

3.3 结果与讨论

2-TP的设计思路'> 3.3.1 探针NIR-SO₂-TP的设计思路

2-TP与SO₂作用的紫外-可见（U-V）吸收光谱测试'> 3.3.2 探针NIR-SO₂-TP与SO₂作用的紫外-可见（U-V）吸收光谱测试

2-TP与SO₂作用的荧光滴定测试'> 3.3.3 探针NIR-SO₂-TP与SO₂作用的荧光滴定测试

2-TP与SO₂反应的动力学测试'> 3.3.4 探针NIR-SO₂-TP与SO₂反应的动力学测试

2-TP与SO₂作用的光学稳定性测试'> 3.3.5 探针NIR-SO₂-TP与SO₂作用的光学稳定性测试

2-TP荧光性质的影响'> 3.3.6 pH对 NIR-SO₂-TP荧光性质的影响

2-TP的选择性测试'> 3.3.7 探针NIR-SO₂-TP的选择性测试

2-TP与SO₂的反应机理验证'> 3.3.8 探针NIR-SO₂-TP与SO₂的反应机理验证

2-TP的细胞毒性试验'> 3.3.9 探针NIR-SO₂-TP的细胞毒性试验

2-TP的细胞成像'> 3.3.10 探针NIR-SO₂-TP的细胞成像

2-TP的组织成像'> 3.3.11 探针NIR-SO₂-TP的组织成像

2-TP的斑马鱼成像'> 3.3.12 探针NIR-SO₂-TP的斑马鱼成像

2-TP的小鼠成像'> 3.3.13 探针NIR-SO₂-TP的小鼠成像

3.4 小结

2荧光探针CoB-SO₂的设计、合成及生物成像应用'>第四章基于二氟硼氧基香豆素的双光子SO₂荧光探针CoB-SO₂的设计、合成及生物成像应用

4.1 前言

4.2 实验内容

4.2.1 主要试剂

4.2.2 主要仪器

2的合成与表征'> 4.2.3 探针CoB-SO₂的合成与表征

4.2.4 光谱测试方法

4.2.5 细胞毒性测试

4.2.6 细胞、斑马鱼的染色方法

4.3 结果与讨论

2的设计思路'> 4.3.1 探针CoB-SO₂的设计思路

2与SO₂作用的紫外-可见光（U-V）吸收光谱测试'> 4.3.2 探针CoB-SO₂与SO₂作用的紫外-可见光（U-V）吸收光谱测试

2与SO₂作用的荧光滴定测试'> 4.3.3 探针CoB-SO₂与SO₂作用的荧光滴定测试

2与SO₂作用的动力学测试'> 4.3.4 探针CoB-SO₂与SO₂作用的动力学测试

2与SO₂作用的光学稳定性测试'> 4.3.5 探针CoB-SO₂与SO₂作用的光学稳定性测试

2的选择性实验'> 4.3.6 探针CoB-SO₂的选择性实验

2荧光性质的影响'> 4.3.7 pH对探针CoB-SO₂荧光性质的影响

2与SO₂反应的机理验证'> 4.3.8 探针CoB-SO₂与SO₂反应的机理验证

2的细胞毒性测试'> 4.3.9 探针CoB-SO₂的细胞毒性测试

2的细胞成像'> 4.3.10 探针CoB-SO₂的细胞成像

2的斑马鱼成像'> 4.3.11 探针CoB-SO₂的斑马鱼成像

4.4 小结

第五章结论与展望

参考文献

致谢

附图

附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵玉萍

导师: 林伟英

关键词: 荧光探针,二氧化硫,双光子,近红外,生物成像

来源: 济南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,化学

单位: 济南大学

分类号: Q503;O657.3

DOI: 10.27166/d.cnki.gsdcc.2019.000247

总页数: 94

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