几种反应型荧光探针的设计、合成及生物成像研究

【摘要】近年来,功能化荧光染料在生物和医学方面的研究成为热门领域之一。其中,荧光探针具有结构可控、合成成本低、基于不可逆的化学反应识别等优点,能实现实时的细胞成像。然而,在生物环境的实际应用中,有机荧光探针的功效会受到诸如灵敏度、特异性、响应时间等问题的限制。因此,针对目前荧光探针存在的不足,本论文设计合成了10种新型的反应型荧光探针,具体如下：1.以新型长波长香豆素染料为信号基团,通过对染料母体结构修饰,分别利用环化反应、氧化反应以及迈克尔加成反应设计合成了三种反应型荧光探针：1)通过F-诱导的Si-O键断裂和环化反应,合成出一种发射峰位于616nm的红光荧光探针P1。P1对F-具有响应速度快、灵敏度高以及专一性和选择性强等特点。P1可用于水溶液中F-的监测和成像。2)基于OCl-氧化硫代香豆素脱硫反应,合成了一种对OCl-响应迅速的荧光探针P2。P2对OCl-具有较高的选择性,且不受其它氧化剂、自由基及阴阳离子的影响,可用于实际样品中OCl-的检测。3)利用SO32-对α,β-不饱和双键的迈克尔加成反应,设计合成了能识别SO32-的比色和荧光增强型探针P3。P3与SO32-反应后,紫外吸收蓝移了90nm,荧光强度增强了10倍,该探针可用于实际样品中SO32-的检测。2.以黄酮染料为母体,通过引入4-二甲氨基肉桂醛增加其共轭体系,首次合成了一种发射波长在600nm以上的红光染料。该染料具有较好的光稳定性、较大的斯托克位移以及较高的荧光量子产率。通过对染料的受体部分引入特异性的识别基团,合成了两种新型的荧光增强型探针：1)以2,4-二硝基苯磺酰氯为识别基团,合成了-SH荧光探针。该探针对含-SH的氨基酸显示出显著的荧光增强特性(560倍)并被应用于HeLa细胞内硫醇的荧光成像。2)以2,4-二硝基苯醚为识别基团,合成了H2S荧光探针。H2S引发2,4-二硝基苯醚的硫解反应后,探针的荧光强度最大可增强112倍,该荧光探针能检测细胞内的H2S,已实现对RAW264.7细胞内H2S的荧光成像。3.比率型荧光探针可通过自校准方式消除由物质浓度、激发强度、环境温度等外界因素产生的影响。本文基于分子内电荷转移(ICT)机理,设计合成了两种比率型荧光探针：1)基于4-羟基萘酰亚胺合成了一种新型的S032-荧光探针。通过亚硫酸钠诱导探针P6中乙酰丙酰基保护的羟基基团脱去保护,导致探针的紫外和荧光光谱发生较大的红移,以此建立了一种测定S032-的方法。2)基于亚硫酸氢钠诱导的加成反应来阻断探针P7的分子内电荷转移过程,设计合成了一种新型的测定HS03-的荧光比率型探针,探针P7对HS03-具有显著的荧光比率响应,荧光光谱蓝移了137nm。4.合成一种以Bodipy染料为荧光团,识别生物硫醇的新型荧光探针。该探针对含硫醇的氨基酸具有较高的选择性和专一性。由于巯基与探针分子中α,β-不饱和双键部分发生迈克尔加成反应,导致体系的光诱导电子转移(PET)和ICT过程中断,从而使探针的紫外光谱蓝移(13nm)且荧光显著增强(40倍)。HeLa细胞内硫醇的荧光成像实验表明探针具有检测生物体内硫醇的能力。5.基于F-诱导的Si-O键断裂反应,设计合成了两种比色和荧光增强型F-探针：1)以6-乙酰基-2-萘酚为荧光团,合成了一种基于ICT原理的F-荧光探针P9。由于F-对Si较强的亲核性,该探针对F-具有显著的荧光增强效应(9663倍)。利用该性质可检测低至40nM的F-。2)以2-羟基-1-萘甲醛为原料,合成了一种新型的F-荧光探针。探针P10与F-作用后,紫外光谱红移了95nm。同时,溶液颜色由无色变成黄色。探针P10对F-具有较高的灵敏度和较快的响应速度。
【作者】侯鹏；
【导师】王建秀；宋相志；
【作者基本信息】中南大学，化学，2014，博士
【关键词】荧光探针；合成；识别；化学反应；阴离子；生物小分子；细胞荧光成像；

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