活性氧荧光探针的设计、合成及生物成像应用研究

论文摘要

在代谢过程中,通过多种机制在细胞内产生活性氧物质（ROS）。由于ROS中氧的价态为负2至0,因此ROS具有高反应性,被认为是细胞的关键调节分子之一。ROS虽然可以消除不良的外源性化学物质,但对细胞信号传导也有很大的影响,对调节生理和病理过程至关重要。在众多的活性氧当中尤为重要的两种是过氧化氢（H2O2）和次氯酸（HClO）,其含量高于其它活性氧。过量H2O2和HClO会诱发癌症、心血管等疾病的发生。荧光探针技术与生物成像技术相结合,具有操作简便易行、成本低等优点,可对生物体内的酶及生物小分子进行实时检测。因此,设计和合成具有特异性、灵敏度的荧光探针对检测活性氧尤其重要。本文分别设计合成了基于氧杂蒽环衍生物荧光团检测H2O2的探针、基于吡喃-香豆素荧光团检测ClO-的探针以及具有双光子性质,基于萘酰亚胺荧光团检测HClO的荧光探针。在第二章中,描述了一种新型红光发射荧光探针（RhoB）,用于观察活细胞、组织和动物中的H2O2。探针是在基于氧杂蒽环红色发光染料的基础上构建的,并且几乎不显示荧光。用H2O2处理后,探针可以呈现红色荧光,最大发射波长为638 nm。探针对H2O2表现出高灵敏度和良好的选择性,并成功应用于活细胞中外源性和内源性H2O2的成像,也可用于活体组织和动物中H2O2的可视化成像。在第三章中,描述了一种独特的比率荧光探针（CBP）,其具有极大的发射位移,用于检测活细胞中的ClO-。使用带正电的α,β-不饱和羰基作为反应位点,探针本身显示出近红外（NIR）荧光（662 nm）,当与ClO-响应后,探针在456 nm处可显示强的蓝色荧光。探针与次氯酸盐的反应具有灵敏度高、选择性好、在生理pH下具有良好性能以及低细胞毒性的优点。生物成像实验证明了探针能够在活细胞中对次氯酸盐比率成像的生物学应用。在第四章中,描述了一种最新的ER靶向关闭荧光探针（NHS-ER）,用双光子成像技术对活细胞中HClO进行检测。该探针是在萘酰亚胺的基础上构建的,并显示出强的绿色荧光。与HClO响应后,探针在502 nm处的荧光强度逐渐降低,并且探针显示出对HClO优异选择性。探针能够应用于活细胞内质网内HClO的双光子成像。

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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 光诱导电子转移

1.2.3 荧光共振能量转移

1.2.4 跨键能量转移

1.2.5 聚集诱导发光

1.2.6 激发态分子内电荷转移

1.3 以常见荧光团为母体的活性氧探针研究进展

1.3.1 常见荧光团的介绍

2O₂荧光探针'> 1.3.1 H₂O₂荧光探针

1.3.2 HClO/ClO-荧光探针

1.3.3 ONOO-荧光探针

2-,1O2,·OH荧光探针'> 1.3.4 O₂-,1O2,·OH荧光探针

1.4 本文的研究工作

第二章过氧化氢荧光探针的设计、合成以及在生物成像应用

2.1 前言

2.2 探针的设计与合成

2.2.1 主要试剂及药品

2.2.2 主要仪器

2.2.3 探针的设计

2.2.4 探针的制备与表征

2.3 探针的光学性能

2.3.1 探针的紫外-可见吸收光谱

2.3.2 探针的荧光滴定测试

2O₂反应的动力学测试'> 2.3.4 探针与H₂O₂反应的动力学测试

2.3.5 探针的选择性实验

2.3.6 探针的pH测试

2.3.7 探针的DFT计算

2O₂反应机理验证'> 2.4 探针与H₂O₂反应机理验证

2.5 探针在细胞成像中的应用

2.5.1 探针对细胞的毒性试验

2.5.2 探针的细胞成像

2.5.3 探针组织成像

2.5.4 探针小鼠成像

2.6 小结

第三章次氯酸盐荧光探针的设计、合成及生物成像应用

3.1 前言

3.2 探针的设计与合成

3.2.1 主要试剂

3.2.2 主要仪器

3.2.3 化合物的设计

3.2.4 探针的制备与表征

3.3 探针的光学性能

3.3.1 探针的紫外-可见吸收光谱

3.3.2 探针荧光滴定测试

3.3.3 探针CPB与NaClO反应的动力学测试

3.3.4 探针CBP与相关物质响应的荧光光谱测试

3.3.5 探针在不同pH下的荧光测试

3.3.6 探针的DFT计算

3.4 探针与NaClO反应机理验证

3.5 探针在细胞成像中的应用

3.5.1 探针对细胞的毒性试验

3.5.2 探针细胞成像

3.6 小结

第四章内质网靶向次氯酸荧光探针的设计、合成及生物成像应用

4.1 前言

4.2 探针的设计与合成

4.2.1 主要试剂

4.2.2 主要仪器

4.2.3 化合物的设计

4.2.4 探针的制备与表征

4.3 探针的光学性能

4.3.1 探针的紫外-可见吸收光谱

4.3.2 探针滴定荧光光谱测试

4.3.3 探针与NaClO反应的动力学测试

4.3.4 探针的选择性测试

4.3.5 探针在不同pH下的荧光测试

4.4 探针与NaClO反应机理验证

4.5 探针在细胞成像中的应用

4.5.1 探针对细胞的毒性试验

4.5.2 内质网靶向定位的能力

4.5.3 活细胞荧光成像

4.6 小结

第五章结论与展望

参考文献

附图

致谢

附录A 常用缩写一览表

附录B

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张楠

导师: 刘勇

关键词: 活性氧,荧光探针,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.2019.000350

总页数: 89

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