基于PET机理的Hg2+荧光探针的设计和应用研究

论文摘要

汞是最具有毒性和危险性的重金属元素之一,而汞的污染和传播主要是通过火山喷发,采矿,固体废弃物的焚烧和矿物燃料的消耗等途径进行的,尤其值得注意的是,汞可以通过生物富集作用,集中在食物链中,这样会引起危害人类健康的许多疾病。因此,生物体中或环境中汞的检测引起人们的极大关注。最近几十年,已经报道多种Hg2+的分析方法,其中荧光光谱法最受关注。荧光探针能将分子间的相互作用转变成荧光信号传递给外界,从而帮助我们认识和理解微观世界的状态、性质、及其变化规律,兼备便捷、专一和灵敏的优点,并能对化学体系和生命体系中的研究对象进行适时原位检测。因此,利用荧光探针来检测环境或生命体内的Hg2+,成为超分子化学以及生物医学发展领域中重要的研究课题之一。本论文在组内工作的基础上,对原有的探针进行了改进,设计合成了新的Hg2+探针B2。B2在HEPES缓冲溶液中,对Hg2+有较高的选择性,不受其他金属阳离子的干扰。由于醚链末端引入的羧基,增大了B2对Hg2+的络合能力,使得B2不再受阴离子的干扰。B2的检测限为72 nM,对10 ppb级别的Hg2+有较好的响应。B2的酯化形式,具有较好的细胞穿透能力,可以应用于PC12细胞中显微成像,实现了活细胞内Hg2+成像。另外,将不同的含硫开链冠醚引入到HOMO能级较BODIPY更低的罗丹明染料上,设计合成了一系列的Hg2+探针:R-A-E,R-A,R-OAc,R-OH。探针对Hg2+有不同的响应程度,其中R-A的选择性最好,抗各种阳离子、阴离子的干扰能力最强,对Hg2+有较强的络合能力,较低的检测限。更重要的是,R-A在较宽的pH范围内,对Hg2+的响应不受质子的干扰。R-A对应的酯化形式,R-A-E,也可以用在PC12细胞和Hela细胞中显微成像,在低浓度下可以在活细胞中对Hg2+进行检测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 重金属汞对人体和环境的危害
• 1.2 对于汞离子的检测方法以及细胞内金属离子成像
• 1.3 荧光探针的设计
• 1.3.1 荧光团
• 1.3.2 识别基团
• 2+荧光分子探针识别原理'>1.4 常见Hg²⁺荧光分子探针识别原理
• 1.4.1 光诱导电子转移
• 1.4.2 分子内电荷转移
• 1.4.3 激基缔合物
• 1.4.4 荧光共振能量转移
• 2+荧光探针'>1.4.5 反应型Hg²⁺荧光探针
• 1.5 本研究工作的指导思想和主要目标
• 2+荧光探针'>2 基于BODIPY染料的Hg²⁺荧光探针
• 2.1 概述
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料和仪器
• 2.2.2 中间体的合成
• 2.2.3 目标化合物的合成
• 2.2.4 光谱测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 pH对B2荧光光谱的影响
• 2+对B2吸收和荧光光谱的影响'>2.3.2 Hg²⁺对B2吸收和荧光光谱的影响
• 2.3.3 B2对金属离子的选择性荧光光谱
• 2.3.4 B2的阳离子竞争荧光光谱
• 2.3.5 B2的阴离子竞争荧光光谱
• 2+的络合比'>2.3.6 B2和Hg²⁺的络合比
• 2+的表观解离常数K_d'>2.3.7 B2和Hg²⁺的表观解离常数K_d
• 2+的灵敏度'>2.3.8 B2检测Hg²⁺的灵敏度
• 2.3.9 B2在PC12细胞中的显微成像
• 2+荧光探针'>3 基于罗丹明类染料的Hg²⁺荧光探针
• 3.1 概述
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料和仪器
• 3.2.2 中间体的合成
• 3.2.3 目标化合物的合成
• 3.2.4 探针分子的光谱测试方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 R-A,R-A-E,R-OAc,R-OH测试体系的选择
• 2+对R-A,R.OH,R-OAc吸收和荧光光谱的影响'>3.3.2 Hg²⁺对R-A,R.OH,R-OAc吸收和荧光光谱的影响
• 3.3.3 R-A,R-OH,R-OAc对金属离子的选择性荧光光谱
• 3.3.4 R-A,R-OH,R-OAc的阳离子竞争荧光光谱
• 3.3.5 R-A,R-OH,R-OAc的阴离子竞争荧光光谱
• 2+的解离常数K_d'>3.3.6 R-A,R-OH,R-OAc和Hg²⁺的解离常数K_d
• 2+的络合比'>3.3.7 R-A,R-OH和R-OAc与Hg²⁺的络合比
• 2+的检测限'>3.3.8 R-A,R-OH和R-OAc对Hg²⁺的检测限
• 2+检测的影响'>3.3.9 质子对R-A和R-OH对Hg²⁺检测的影响
• 3.3.10 细胞中的显微成像
• 结论
• 参考文献
• 附录 典型化合物的核磁谱图
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢