近红外BODIPY功能分子的合成、性质及其应用研究

论文摘要

最近几年来,研究者对于近红外区域染料的研究热情越来越强烈,因为该区域是和生物窗口（650-1000 nm）光谱是基本一致的。生物窗口内,生物组织对光子的吸收和散射都是最低的,这就使得光在组织内的穿透深度更大,同时背景荧光的干扰也是最低的,信噪比比较好。近红外的染料在生物成像,生物传感器,光电材料以及光动力治疗方面有着极为广泛的应用。在此基础上,各类荧光染料都取得了长足的发展。其中BODIPY类染料的研究是最为热门的。这主要是因为它的优异特性：极高的摩尔吸光系数,相对适中的氧化还原电位,光谱性质对环境的极性不敏感,相当高的光稳定性和化学稳定性。然而经典的BODIPY吸收局限于470-530 nm,极大的限制了其在诸多方面的应用。因此,设计和合成吸收、发射光谱在更长波长范围内甚至近红外区域的BODIPY分子就显得更加有意义,而这也是近年来一直研究的焦点。重金属汞及其化合物属于剧毒物质,可在人体内蓄积,对人体会造成重大伤害。此外,一些离子在生命过程中发挥着十分重要的功能,例如维持正常细胞pH值（H+离子浓度）对细胞的生长,凋亡,离子的传输,以及细胞吞噬等生理活性至关重要。因此,发展近红外／生物窗口区域内的高灵敏度探针对低浓度的Hg2+,H+离子进行检测具有重要的意义。单线态氧是生物化学中活性中间体,它在光动力治疗癌症方面扮演着至关重要的角色。目前为止,光动力治疗的光敏剂种类各式各样,但是都存在着许多的不足,例如光稳定性不足,吸收不在生物窗口内,暗毒性较大。这无疑激励着人们对新一代高效光敏剂的探索。针对以上重要的前沿问题,我们采用芳香杂环稠合的方式,在BODIPY的母核稠合富电子的噻吩基团,合成了一系列的BODIPY染料,成功将BODIPY吸收和发射峰红移到了-680 nm和-715 nm,进入到生物窗口区域/近红外区域（650-1000 nm）。在此基础上,我们在BODIPY的中位上分别引入邻羟基氨基苯,二甲氨基苯,苯并15-冠5-醚,实现在生物窗口区域内检测Hg2+和H+探针。我们在近红外BODIPY母核上分别引入重原子溴,增加其系间窜越过程,并以近红外激光为光源,测试了其单线态氧的效率,用MTT assays（3-（4,5-二甲基噻唑-2）-2,5-二苯基四氮唑溴盐,商品名：噻唑蓝）,共聚焦荧光成像,以及流式细胞测试方法表征了其在HeLa细胞中的光动力治疗的效果,结果表明溴代的BODIP Y在细胞内不具有暗毒性,但是却有很高的光毒性,是一类优秀的近红外光敏剂。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 BODIPY简介
• 1.2 BODIPY类衍生物在离子检测方面的应用
• 1.2.1 PET（Photoinduced Electron Transfer）型探针
• 1.2.2 ICT（intermolecular charge-transfer）型探针
• 1.2.3 激发能量转移（excitation energy transfer）和荧光共振能量转移（Forsterresonance energy transfer）型探针
• 1.2.4 染料聚集型探针
• 1.3 BODIPY光敏剂在光动力治疗（PDT）方面的应用
• 1.3.1 卤代BODIPY和重原子效应
• 1.3.2 卤代氮杂-BODIPY
• 1.3.3 通过光诱导（PET）的电子转移调节的PDT特性
• 1.3.4 非卤代BODIPY
• 1.4 本论文的研究意义与研究内容
• 参考文献
• 第二章 近红外BODIPY化合物的合成及其表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 单噻吩并吡咯BODIPY染料的设计、合成与表征
• 2.2.1.1 分子结构设计
• 2.2.1.2 染料（SY-1,SY-2）的合成路线
• 2.2.2 二联噻吩并吡咯BODIPY染料的设计、合成与表征
• 2.2.2.1 分子结构设计
• 2.2.2.2 染料（SY-3,SY-4）的合成路线
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 结构表征
• 2.3.1.1 核磁和MALDI-TOF质谱
• 2.3.1.2 晶体结构
• 2.3.2 性质讨论
• 2.3.2.1 化合物SY-1-SY-4的光物理性质
• 2.3.2.2 化合物SY-1-SY-4分子的前线轨道
• 2.3.2.3 电化学测试
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 二联噻吩并吡咯修饰的近红外BODIPY的合成,表征以及其在离子检测方面的应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 二联噻吩并吡咯BODIPY染料的设计、合成与表征
• 3.2.1.1 分子结构设计
• 3.2.1.2 染料（SY-5,SY-6,SY-7,SY-8）的合成路线
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 结构表征
• 3.3.2 性质讨论
• 3.3.2.1 化合物SY-6--SY-8的光物理性质
• +识别性质'>3.3.2.2 染料SY-6的Hg2⁺识别性质
• +的响应'>3.3.2.3 染料SY-8对H⁺的响应
• 3.3.2.4 染料SY-7不足
• 3.4. 小结
• 参考文献
• 第四章 二联噻吩并吡咯修饰的近红外BODIPY的合成,表征以及其在光动力治疗方面的应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1. 试剂和仪器
• 4.2.2. 染料SY-9,SY-10的合成
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 结构表征
• 4.3.1.1 核磁和MALDI-TOF质谱
• 4.3.1.2 晶体结构
• 4.3.2 性质讨论
• 4.3.2.1 化合物SY-9,SSY-10的光物理性质
• 4.3.2.2 化合物SY-10产生单线态氧的磷光检测
• 4.3.2.3 化合物SY-10产生单线态氧的紫外光谱法检测
• 4.3.2.4 MTT assay测试
• 4.3.2.5 共聚焦荧光成像（Confocal fluorescence imaging）
• 4.3.2.6 流式细胞检测分析测试
• 4.3.2.7 染料SY-10的光稳定性能测试
• 4.3.2.8 不同波长光源下染料SY-10单线态氧性质的对比
• 4.3.2.9 光敏剂SY-9和SY-10单线态氧效率对比
• 4.4 小结
• 4.5 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读博士学位期间已发表和待发表的论文目录
• 结论
• 致谢