基于罗丹明B及芘的新型阳离子荧光分子探针的研究

论文摘要

由于荧光分析法具有灵敏度高，选择性好，对样品无破坏，对细胞损伤小等优点，因此荧光分子探针已被广泛用于金属离子的检测。近十年来，检测重金属和过渡金属离子的小分子荧光探针得到了极大的发展。其中增强型离子荧光探针得到了极大关注，因为相比于荧光淬灭型探针，增强型探针更适合应用于生物体系。然而很多重金属离子（如汞离子和铜离子）对荧光染料有较强的淬灭作用。因此，设计合成荧光增强型重金属和过渡金属离子荧光探针已成为目前研究的热点和难点。本论文设计合成了三种增强型荧光分子探针用于检测汞离子和铜离子。具体内容如下：1．在第2章中，利用罗丹明衍生物螺内酰胺结构开环可导致颜色和荧光发生显著变化的特性，我们研制了以罗丹明B为载体的硫螺环结构荧光分子探针，用于汞离子的检测。该探针分子用对pH不敏感的硫原子直接形成硫螺环，由于硫原子对汞离子有较强的亲和性，这不仅提高了载体分子识别汞离子的能力，还有效的避免了汞离子与荧光分子的自旋轨道耦合作用而淬灭荧光物质的荧光。汞离子加入前，探针分子在溶液（DMF-水（1:9, v/v））中无色，无吸收，无荧光；汞离子加入后，诱导硫螺环结构开环，其荧光和吸收光谱都有显著增强。我们考察了该探针分子对汞离子的响应特性，结果表明，该探针分子对汞离子的线性响应范围为1.0×10-8M到1.0×10-6M，检测下限低至2.5×10-9M。在pH3.6-11.2范围内，该探针对汞离子的响应几乎不受pH的影响。此外，该探针对汞离子表现出很好的选择性。2．在第3章中，基于第2章罗丹明衍生物同样的特性，我们设计了以硫代罗丹明B-邻氨基酚为载体的荧光分子探针用于水相中汞离子的测定。我们用S原子取代罗丹明B螺环上的酰胺O作为一个汞离子的识别位点，一个酚氧负离子作为一个强亲核试剂，引入一个苯环在立体结构上促进亲核加成反应的快速完成。由于快速的亲核加成反应提高了该探针对汞离子检测的灵敏度。该探针对汞离子的线性检测区间为1.0×10-8-1.0×10-6M，检测下限为3.0×10-9M，因此该探针能够应用于自然水体系和生物样品中汞离子的检测。该探针对汞离子具有高选择性，不受pH影响，响应时间快等优点，将其初步应用于检测活细胞中的汞离子，得到了令人满意的结果。3．在第4章中，基于铜离子可以催化水解酰肼结构，最后形成羧基的原理，我们研制了以芘酰肼为载体的增强型铜离子荧光探针。加入铜离子前，探针本身在375nm处荧光较弱，铜离子的加入使得芘酰肼结构被催化水解，形成芘羧酸结构，从而在375nm处荧光显著增强，优化实验条件，得到探针分子对铜离子的线性响应范围为3.0×10-8M到3.0×10-6M，检测下限为8.0×10-9M。此外，该探针对铜离子有较好的选择性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 荧光分子探针的结构
• 1.3 荧光分子探针的设计原理
• 1.3.1 结合—信号输出法
• 1.3.2 置换法
• 1.3.3 化学计量计
• 1.4 荧光探针的响应机理
• 1.4.1 光诱导电子转移（PET, photo-induced electron transfer）
• 1.4.2 分子内电荷转移（ICT，intramolecular charge transfe）
• 1.4.3 荧光共振能量转移（FRET, fluorescence resonace energy transfer）
• 1.4.4 激基缔合物（excimer/exciplex）
• 1.5 有机载体在荧光分子探针中的应用
• 1.5.1 罗丹明
• 1.5.2 芘
• 1.6 本论文的研究工作
• 第2章 基于罗丹明 B 硫螺环增强型汞离子荧光分子探针的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器与试剂
• 2.2.2 化合物的合成
• 2.2.3 荧光强度的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 光谱性质
• 2.3.2 测定原理
• 2.3.3 pH 的影响
• 2.3.4 选择性
• 2.4 小结
• 第3章 基于硫代罗丹明-邻氨基酚荧光增强型汞离子分子探针的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器与试剂
• 3.2.2 化合物的合成
• 3.2.3 测量过程
• 3.2.4 细胞培养和成像
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 汞离子化学计量计的优化设计与合成
• 3.3.2 吸收光谱性质
• 3.3.3 荧光光谱性质
• 3.3.4 pH 的影响
• 3.3.5 选择性
• 3.3.6 响应时间
• 3.3.7 汞离子催化反应机理
• 3.3.8 细胞内汞离子检测
• 3.4 小结
• 第4章 基于芘酰肼铜离子增强型荧光探针的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器与试剂
• 4.2.2 化合物的合成
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 光谱性质
• 4.3.2 测定原理
• 4.3.3 pH 的影响
• 4.3.4 选择性
• 4.3.5 响应时间
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间发表及完成的论文目录
• 致谢