基于喹啉和羅丹明為母體的熒光化學傳感器的設計、合成以及性能研究.pdf

1、生命體的新陳代謝離不開各種蛋白質的協(xié)調作用，而氨基酸作為合成蛋白質的原料，通過自身及其代謝產物對生物體的蛋白質代謝、脂代謝、糖代謝等營養(yǎng)物質的代謝起到調節(jié)作用，具有維持機體內環(huán)境穩(wěn)態(tài)、影響神經和內分泌，調控細胞的信號的傳輸、抗氧化、抗應激等功能。而這些都依賴于氨基酸在一個正常的濃度范圍，濃度高于及低于正常值都會成為疾病的誘因。一個典型的例子:Cys高于正常值(19umol/l)，會導致冠心病，延緩生長發(fā)育，頭發(fā)褪色，水腫，嗜睡，肝損傷，

2、肌肉和脂肪損失，皮膚損傷，阿爾茨海默氏癥等。因此，發(fā)展能夠定性及定量分析氨基酸的檢測技術具有重要的科學價值和研究意義。
　　鈀及其化合物是合成藥物分子有效的催化劑，而且在減少汽車尾氣排放系統(tǒng)中有重要的作用。但是，鈀在制藥工業(yè)上的應用會在最終的產品中殘留高水平的鈀，汽車催化轉化器中排放的鈀會迅速的增加土壤、植物、河流和海洋等不同環(huán)境基質鈀的含量，這些鈀可以通過不同的途徑進入人體，引起身體的不適。鈀離子可以與含硫氨基酸、蛋白質、DNA

3、和維生素B6等生物大分子和生化試劑作用，擾亂多種細胞過程，鈀還可以誘發(fā)一系列的毒性效應進而導致嚴重的皮膚和眼睛刺激。故此，人們急切需要能有效檢測分析物中痕量鈀的方法。傳統(tǒng)檢測鈀的分析方法往往需要昂貴的測試儀器和復雜的操作過程，而熒光方法卻具有高選擇性和靈敏度，操作簡單快捷，因此受到人們的廣泛關注。
　　熒光化學傳感器區(qū)別于傳統(tǒng)檢測生物體內生物小分子含量的檢測工具，其高靈敏度、高選擇性、易于合成、廉價以及良好的生物應用特點，使其已經

4、逐漸成為了生命科學和環(huán)境科學中主要的檢測工具。通過探針與生物體內的活性物質的相互作用，顯示出對應的熒光信號變化，能夠更有效地幫助人們從微觀角度出發(fā)來觀察和了解生命活動。在生命科學以及環(huán)境科學等研究領域，設計且合成高靈敏度、高選擇性的有機小分子熒光化學傳感器已經成為人們的熱衷研究的課題之一。然而，在過去的研究中單光子熒光化學傳感器得到了快速的發(fā)展，但其在激發(fā)波長短，激發(fā)能量大，生物毒性強上的劣勢會導致一系類不足，阻礙了熒光傳感器的前進和發(fā)

5、展。如:熒光淬滅，在生物細胞或組織中有自熒光的干擾，組織穿透深度小(＜100μm)等。相比之下，雙光子熒光探針在激發(fā)波長長，激發(fā)能量低，組織穿透能力深，空間分辨率高，較小的熒光干擾背景和光散射，以及雙光子延長細胞、組織顯微成像時間上的特殊優(yōu)勢，使得雙光子熒光化學傳感器更利于人們觀察研究生命過程。
　　本文在查閱大量文獻工作的基礎上，設計并合成了分別基于喹啉的生物硫醇雙光子熒光化學傳感器，通過核磁共振譜圖和ESI-TOF質譜對目標化

6、合物進行了結構表征，研究了各自的性能，分別用于生物成像應用中，取得了理想的結果。主要研究內容如下:
　　1.我們設計并合成了第一個基于TICT熒光發(fā)生機理雙光子熒光化學傳感器NQ，能夠高選擇性地檢測Cys/Hcy。當加入Cys/Hcy時，NQ在540nm處表現(xiàn)出良好的“OFF-ON”熒光信號。我們通過理論計算，粘度相關的熒光光譜和時間分辨熒光光譜成功地證明了NQ的熒光發(fā)生機理。NQ與Cys/Hcy作用分別在800nm左右表現(xiàn)出大的

7、雙光子吸收截面(580和710GM)。同時NQ還表現(xiàn)出良好的雙光子成像能力，使其在生物方面能夠很好的應用。
　　2.我們設計合成了基于FRET機理的熒光探針RN3，可以選擇性的識別Pd2+。探針本身在510nm附近有強烈的熒光發(fā)射，此時的熒光為分子中的香豆素基團發(fā)射的熒光。當加入Pd2+后，RN3鈀離子絡合，使得羅丹明開環(huán)，香豆素發(fā)射的能量被羅丹明吸收，510nm的發(fā)射峰逐漸消失，在575nm出現(xiàn)新的發(fā)射峰，此時的熒光為羅丹明基團