基于硅基罗丹明染料的近红外荧光探针的设计合成与应用研究

作     者：梁珍珍 

作者单位：河南师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：毛国江

授予年度：2019年

学科分类：1001[医学-基础医学(可授医学、理学学位)] 07[理学] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 10[医学] 

主      题：荧光分子探针 硅基罗丹明 近红外 次氯酸 pH 

摘      要：近年来,荧光分子探针已经成为分析化学研究领域中的热点,是观测细胞形态结构、研究细胞生理或病理进程的有力工具。基于荧光分子探针的荧光成像技术具有高灵敏度、高时空分辨率、无损伤样品制备以及原位实时快速检测等优点,能够满足细胞生物分析检测的需求。然而,目前报道的大多数荧光分子探针通常具有较短的激发波长和发射波长(λ600nm,λ650 nm),可以减少对生物样品的光损伤,增加组织穿透深度,减少背景自荧光的干扰,以获得在生命体内的优异的成像性能。其中,菁染料是其中应用最为广泛的一类近红外染料。然而,传统的近红外菁染料具有较差的光稳定性,难以满足长时间成像监测与获得稳定的荧光信号的需求。硅基罗丹明是近年来报道的一类具有优异光物理性质的近红外荧光染料,其激发波通常长大于600 nm,且发射波长位于近红外区(约680 nm),在荧光检测和成像中得到了广泛的应用。尤其值得指出的是,相对于传统的近红外菁染料,硅基罗丹明具有极佳的光稳定性,在生物成像时能够获得稳定的持久的荧光信号,能够应用于长时间荧光成像进程。基于上述原因,本论文设计合成了两例基于硅基罗丹明染料的近红外荧光分子探针,分别实现了溶酶体内次氯酸与pH的荧光分析检测,其具体内容如下:(1)在第二章中,首次合成了溶酶体靶向的次氯酸近红外荧光分子探针Lyso-NIR-HClO。探针Lyso-NIR-HClO对次氯酸具有高灵敏度和高选择性,在体外线性范围为5.0×10至1.0×10M,检出限为2.0×10M,并被成功应用于MPO/HO/Cl体系中HClO的实时检测。同时,探针Lyso-NIR-HClO展示出优异的成像性能,如细胞内背景荧光干扰低、稳定持久的荧光信号、较大的组织成像深度。此外,Lyso-NIR-HClO被成功地应用于溶酶体内源性和外源性HClO的成像。最后,我们利用探针Lyso-NIR-HClO对溶酶体相关的炎症反应(细菌感染的巨噬细胞和炎症小鼠模型)进程中产生的HClO进行了实时监测,取得了满意的效果。以上结果表明,该探针对炎症等疾病中HClO的识别以及炎症反应中溶酶体的作用研究具有一定的应用价值。(2)在第三章中,设计合成了基于硅基罗丹明染料的溶酶体靶向的近红外pH荧光分子探针Lyso-NIR-pH,成功实现了溶酶体pH的荧光动态监测。探针Lyso-NIR-pH分别选取硅基罗丹明和吗啉基团作为其荧光基团及溶酶体靶向定位基团,其对pH具有专一的选择性与较好的可逆性。在pH 3-7.4的响应范围内,探针Lyso-NIR-pH在675 nm处的荧光强度增加约1400多倍,pK值为4.63。同时,探针Lyso-NIR-pH具有优异的溶酶体靶向能力与光稳定性,能够满足溶酶体内长时间pH荧光动态监测的需求。最后,探针Lyso-NIR-pH被成功应用于药物氯喹以及细胞凋亡导致的溶酶体内pH变化的实时监测。以上这些结果表明了探针Lyso-NIR-pH在生物体系中的实际应用价值。