新型给受体共轭荧光探针的设计、合成及性能研究

作     者：李春朋 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王金桂

授予年度：2020年

学科分类：07[理学] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

主      题：荧光探针 联噻吩 离子检测 荧光成像 

摘      要：氰根离子(CN)是一种酶抑制剂,通过呼吸道、皮肤等方式侵入人体,进而影响各种功能,包括血管、视觉系统、中枢神经、心脏、内分泌和新陈代谢系统。次氯酸根离子(ClO)作为活性氧物种之一,在免疫抵抗微生物感染和炎症等过程中发挥着重要作用。生命体内ClO浓度失衡,会诱导多种疾病的发生,如动脉粥硬化、关节炎及肿瘤等。汞离子(Hg)作为一种有毒重金属离子,通过食物链富集进入生命体,不仅对中枢神经系统造成危害,而且会造成肠胃溃疡、呼吸衰竭甚至死亡。荧光探针具有灵敏度高、操作简便、可进行原位和可视化检测等优点,可直接用于生物过程中离子的原位实时检测。因此,开发出用于CN,ClO和Hg的快速、高效可靠的荧光检测方法,对于环境检测、食品安全及医学诊断等具有重要科学意义。本论文分别合成了基于联噻吩-米氏酸的双功能荧光探针2TM、联噻吩基于的新型荧光“turn-on探针2TS和联噻吩-二氨基马来腈基于的新型荧光探针2TD,并通过仪器手段对其结构进行了表征。利用现代光学仪器手段,对探针的光学性能如灵敏性、选择性、抗干扰性、时间响应性、p H敏感性及浓度线性关系等性能进行了系统性研究,并通过分子模拟计算、光学滴定曲线、Job’s Plot曲线、原位核磁、红外光谱和高分辨质谱等手段,对其识别机制和响应机理进行了研究。最后,将这3种荧光探针分别用于环境样品、食品定量检测及活体细胞成像中的应用研究。基于以上研究,获得了如下结果:(1)开发了一种基于联噻吩-米氏酸的双功能高效荧光探针2TM,在DMSO/HO(1/3,V/V)溶液中对CN和在～100%水溶液中对ClO呈现出快速、比色和荧光开启响应特性,具有特定的选择性和高灵敏度。将制备的探针2TM试纸条及负载的硅胶粉,实现了对CN和ClO的现场快速检测。此外,该探针还成功的实现了在环境水样中对CN和ClO的定量痕量检测和在活体细胞中CN和ClO的成像应用。(2)开发了一种基于联噻吩的新型“turn-on荧光探针2TS,在～100%水溶液中用于检测Hg。该探针对Hg检测呈现出良好的水溶性、高选择性、高灵敏度、宽p H响应范围、快速的时间响应性和低的细胞毒性。将制备的探针2TS测试条,实现了对Hg的现场快速检测。重要的是,该探针不仅成功的实现了在环境水样、海鲜食品及生物样品中对Hg的定量痕量检测,而且还实现了在活体细胞中Hg的成像应用。(3)设计并制备了一种基于联噻吩-二氨基马来腈的新型荧光探针2TD,在～100%水溶液介质中用于检测ClO。探针2TD对ClO检测呈现出高选择性、高灵敏度、强抗干扰性、宽p H响应范围、超快速的时间响应性及良好的生物兼容性。将制备的探针2TD测试条,快速实现了对ClO的现场检测。此外,该探针2TD还成功的实现了在环境水样中对ClO的定量检测和在活体细胞中ClO的荧光成像应用。