基于芴及三苯胺类荧光衍生物的合成与生物成像应用

论文摘要

荧光探针技术具有高效、灵敏、便捷、专一、实时检测及成本低等特点而被广泛应用于生物大分子、阴离子在生物体内外识别与成像。目前多数荧光染料通常存在着短波长吸收与发射、光稳定性差、Stokes位移小,ACQ现象,膜穿透性差等缺陷,在生物领域应用受到较大限制。为了克服上述缺陷,进一步扩大荧光探针的应用,本文合成了基于二甲基芴及三苯胺类荧光探针,研究其荧光识别原理和检测能力,实现目标物质的细胞内外检测及细胞特定结构成像。研究核酸和与其主要相关的染色质和核仁等细胞核结构,对于研究基因表达、癌症治疗、病理过程有着积极意义。首先以噻吩基团修饰二甲基芴,合成一种阳离子型荧光探针FTI,通过FTIR、核磁共振波谱、高分辨质谱表征其结构。溶剂化实验说明其光物理性质对于环境的依赖性,并通过高斯模拟计算验证。探针FTI在PBS缓冲液中呈现可见光激发（436 nm）,较大的Stokes位移（135 nm）及橙光发射（571 nm）,且与DNA特异性结合产生6.4倍荧光量子产率增强,检出限为596 ng/mL。探针在体外与DNA结合方式类似于EtBr,嵌入到DNA碱基对中,引起荧光增强。探针FTI具有较低细胞毒性、良好的光稳定性和细胞核膜穿透性,能进入HepG-2细胞细胞核,与RNA结合,进行核仁染色,而不会染色细胞质。鉴于氰化物的广泛应用和剧毒性,设计合成一种D-A-D型的双三苯胺基-苯并噻二唑类荧光探针TCNT,经FTIR、核磁共振波谱、质谱表征证明合成成功。探针TCNT具有AIE和TICT特性,在几乎纯水体系中展现橙红色荧光发射（ΦF=0.124,596 nm）和较大的Stokes位移（135 nm）。探针TCNT对CN-特异性识别,实现荧光发射进一步增强（ΦF=0.314）,抗干扰能力强,检出限为0.35μM。Job曲线证明二者之间化学结合计量比为1:1,核磁滴定说明CN-亲核进攻分子上的氰乙烯基处,通过密度泛函理论计算得知,二者反应破坏分子原本ICT路径,影响ICT过程的效率,导致吸收红移,荧光增强。探针TCNT能制成试纸用于饮用水中CN-的检测,且能于HepG-2细胞中标识氰离子浓度水平和器官组织层次的成像。

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摘要

ABSTRACT

符号说明

第一章绪论

1.1 引言

1.2 荧光探针概述

1.2.1 荧光产生机理

1.2.2 有机分子荧光探针的结构

1.2.3 分子荧光探针响应机理

1.3 经典荧光团的介绍与应用

1.3.1 芴类荧光衍生物

1.3.2 三苯胺类荧光衍生物

1.3.3 苯并噻二唑类荧光衍生物

1.4 细胞核荧光探针研究进展

1.5 氰离子荧光探针研究进展

1.6 本论文研究意义、研究内容及创新点

1.6.1 研究意义

1.6.2 研究内容

1.6.3 论文创新点

第二章二甲基芴基阳离子型核酸特异性荧光染料的合成及其性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 材料与试剂

2.2.2 设备与表征

2.2.3 荧光探针FTI的合成与表征

2.2.4 荧光探针FTI相关光谱测试

2.2.5 荧光分子FTI的理论计算

2.2.6 荧光量子产率计算

2.2.7 检出限计算

2.2.8 细胞培养及染色实验

2.2.9 细胞毒性实验

2.2.10 探针的光稳定性实验

2.3 结果与讨论

2.3.1 探针的合成及结构表征

2.3.2 荧光探针FTI的光谱性质

2.3.3 体外荧光探针FTI对于DNA的光谱响应

2.3.4 探针FTI染色DNA的模式

2.3.5 探针FTI细胞毒性研究

2.3.6 荧光探针FTI的细胞染色研究

2.3.7 探针FTI的光稳定性

2.4 本章小结

第三章双三苯胺基氰离子识别荧光染料的合成及其性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 材料与试剂

3.2.2 设备与表征

3.2.3 荧光探针TCNT的合成与表征

3.2.4 荧光探针TCNT的光学性质表征

3.2.5 荧光分子TCNT的理论计算

3.2.6 荧光量子产率计算

3.2.7 检出限计算

3.2.8 Job曲线

3.2.9 试纸应用

3.2.10 细胞染色实验

3.2.11 细胞毒性测试

3.2.12 离体器官成像

3.2.13 组织病理学实验

3.3 结果与讨论

3.3.1 荧光探针TCNT的合成及表征

3.3.2 探针TCNT的 AIE行为

3.3.3 荧光探针TCNT的阴离子识别实验

3.3.4 荧光探针TCNT对 CN-识别研究

3.3.5 荧光探针TCNT的试纸应用

3.3.6 荧光探针TCNT的细胞毒性

3.3.7 细胞内外源性CN-检测

3.3.8 离体器官中探针分布

3.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邓凯伦

导师: 瞿金清

关键词: 荧光探针,核酸,氰根离子,细胞成像

来源: 华南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,化学

单位: 华南理工大学

分类号: Q-334;O657.3

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.000867

总页数: 89

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