新型双光子钙离子荧光探针的合成及其性能研究

论文摘要

Ca2+作为细胞内的信息传递物质，它起着调节许多重要细胞功能的作用。作为第二信使，Ca2+参与生物信号的跨膜传递，介导细胞对外界刺激的应答等等。因而，准确测定活细胞内游离钙离子的浓度和其动态变化已经成为化学、生命科学和基础临床医学中的一个非常重要的研究领域，也是有机合成化学发展的一个热点方向。荧光探针在细胞内游离钙离子测定中的应用，为细胞内钙离子的研究提供了一条简便、快捷、高效的途径。但是传统的荧光探针由于采用单光子激发，会有很多的缺陷，包括透射性低，对活体组织细胞有伤害，存在细胞本底荧光和光漂白现象影响观测等。但是双光子激发的荧光探针可以很好的避免这些负面影响，红外或者近红外光进行激发，能较好的保护细胞尽量避免对细胞的损坏，还能除去细胞本底荧光的影响，同时具有良好的穿透性。还可以有效的提高空间分辨率，解决了生物组织中深层物质的成像问题。双光子荧光探针已经成为用于生物研究的小分子探针的发展趋势。鉴于双光子荧光探针的优点和传统钙离子探针的缺点，本论文设计合成了新型的双光子钙离子荧光探针，并对其进行一系列的光学表征，研究了探针与钙离子相互作用后的光学性质，以及一种咔唑类共轭聚合物对其荧光识别的影响。本论文的主要内容如下：1、合成了一种含有BAPTA结构的具有双光子性能的钙离子荧光探针，和具有强荧光性能的聚合物。主要使用Vilsmeier和Wittig反应合成目标化合物。利用核磁共振，红外光谱等鉴定了物质的结构。2、研究了化合物在水、乙醇、乙腈、DMF和丙酮中的紫外吸收光谱和荧光光谱，并计算了相应的量子产率及双光子吸收截面；化合物与不同金属离子相互作用后的紫外吸收光谱和单光子荧光光谱；测试还得知化合物的pH稳定性能良好；化合物与不同浓度的钙离子相互作用后的紫外吸收光谱和单光子荧光光谱；以800nm作为激发光源，测试化合物与不同浓度的钙离子相互作用的双光子荧光光谱。3、研究了掺杂聚合物后对探针的紫外吸收、单光子及双光子光谱的影响，确定了不同情况下最佳的聚合物使用浓度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 荧光的简述
• 1.2 影响荧光的因素
• 1.3 钙离子测试的研究进展
• 1.3.1 有机显色剂法
• 2+传感器法'>1.3.2 Ca²⁺传感器法
• 1.3.3 有机小分子荧光探针法
• 1.4 双光子钙离子荧光探针的由来
• 1.5 双光子钙离子荧光探针的研究进展
• 1.6 展望
• 1.7 本论文选题及设计
• 第2章 钙离子荧光探针的设计、合成及其改进
• 2.1 引言
• 2.1.1 钙离子荧光探针的设计
• 2.1.2 薄层层析法
• 2.1.3 硅胶柱层析
• 2.2 实验所需试剂及仪器
• 2.2.1 主要的实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 重要中间体的合成
• 2.3.1 BAPTA-CH3-CHO 的合成
• 2.3.2 小结
• 2.3.3 甲氧基氯膦盐的合成
• 2.3.4 4 -甲基-N-甲基吡啶碘盐的合成
• 2.3.5 丁基碘膦盐的合成
• 2.3.6 N-溴乙基咔唑二酮的合成
• 2.4 钙离子探针的合成
• 2.5 荧光聚合物的合成
• 2.6 本章小结
• 第3章 不同溶剂对探针分子光谱性能的影响
• 3.1 引言
• 3.1.1 紫外-可见吸收光谱的原理
• 3.1.2 荧光量子产率
• 3.1.3 双光子吸收横截面
• 3.2 不同极性的溶剂对探针紫外及单光子荧光性能的影响
• 3.2.1 实验方法
• 3.2.2 测试结果分析
• 3.3 不同极性的溶剂对探针双光子荧光性能的影响
• 3.3.1 试验方法
• 3.3.2 测试结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 探针对钙离子选择性及灵敏性的研究
• 4.1 测试探针是否对钙离子有专一性的选择
• 4.1.1 实验方法
• 4.1.2 测试结果分析
• 2+灵敏性的测试'>4.2 探针对 Ca²⁺灵敏性的测试
• 4.2.1 实验方法
• 4.2.2 灵敏性测试结果分析
• 2+对探针的双光子影响'>4.2.3 不同浓度的 Ca²⁺对探针的双光子影响
• 4.3 探针 pH 值稳性的研究
• 4.3.1 实验方法
• 4.3.2 测试结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 共轭聚合物对探针单\双光子荧光性能的影响
• 5.1 不同浓度的聚合物对探针的紫外、荧光光谱影响
• 5.1.1 实验方法
• 5.1.2 测试结果分析
• 2+浓度对探针和聚合物的影响'>5.2 不同 Ca²⁺浓度对探针和聚合物的影响
• 5.2.1 实验方法
• 5.2.2 测试结果分析
• 5.3 不同浓度的聚合物对探针和钙离子的影响
• 5.3.1 实验方法
• 5.3.2 测试结果分析
• 5.4 不同浓度的聚合物对探针和钙离子体系的双光子光谱影响
• 5.4.1 实验方法
• 5.4.2 测试结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 论文不足及展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的主要论文和获奖情况