论文摘要
有氧生命体需要有机体保持严格可控的内部氧化还原状态。动态的氧化还原平衡与生理和病理过程有着密切的关系。若解决实时监测生物体内的氧化还原平衡的生物检测技术问题,将会对生态平衡、生理和病理研究都有着重要的科学意义。在多种生物检测技术手段之中,合成有机小分子探针已为高时空分辨率检测活体系内的生理活性物种提供了一种最强大的生物化学工具。针对.上述问题,本文首次报道了了一系列新型可逆有机小分子荧光探针,特异性地研究口标生理活性物种。本文可视化研究了水溶液和细胞内的氧化还原循环对：过氧化亚硝酰/谷胱甘肽、次溴酸/抗坏血酸、双氧水/谷胱甘肽和气体信号分子硫化氧的抗氧化应激功能。本文探索了分子探针选择性地结合在特定细胞器内的问题,实现了在分子、细胞和活体三个层次上对具有生理氧化还原活性的物种的原位、实时、动态荧光成像分析。过氧化亚硝酰（ONOO-）和谷胱甘肽（GSH）之间的氧化还原平衡与一些生理和病理过程有着密切的关系。我们报道了两种近红外荧光探针用于监测的ONOO-/GSH水平在细胞和体内的变化情况。该探针集成了硒/碲酶模拟物作为受体能可逆地响应ONOO-/GSH水平的变化。该探针被成功地应用到细胞和动物体内的ONOO爆发和抗氧化剂GSH修复间期的氧化还原循环变化的可视化检测。次溴酸（HBrO）被认为是中性粒细胞主机防御系统的重要组成部分。但是过度产生或者在错误的地方生成可导致宿主的组织损伤,进而引发许多的疾病,包括关节炎癌症、哮喘等疾病。本工作两种新型可逆次溴酸荧光探针的合成,光谱性质及其生物应用。我们将这两种探针用于模拟生理条件下水溶液中次溴酸的检测和活细胞内次溴酸的荧光成像。这种可逆荧光探针能在生理条件下监测次溴酸氧化和抗坏血酸还原事件。双氧水（H2O2）可作为细胞正常生长和增殖的第二信使。如果超过生理致毒水平的阈值,就会导致因H2O2和抗氧化防御系统之间的不平衡而引起的氧化应激。本工作描述了一个具有“开-关-开”特征的荧光探针的设计、合成、光谱性质及其生物应用。这个探针可以简单直接地监测活细胞和组织内H2O2的氧化应激和硫醇还原修复的过程。硫化氢（H2S）,这个具有令人厌恶气味的气体,被确定为第三个具有生物活性的气体,参与调节血管张力,心肌收缩,神经传导,胰岛素分泌等生理过程。本工作报道了一种能选择性响应细胞内硫化氢的比色和比率荧光探针Cy-N3。此探针可以很容易地用于评估细胞内硫化氢水平,实现了对细胞内硫化氢的激光共聚焦比率成像。
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摘要Abstract主要符号表1 绪论1.1 荧光生物成像技术简介1.2 生物成像荧光探针的设计策略与原理1.2.1 改变π电子体系的范围1.2.2 供电子或吸电子基团取代基效应1.2.3 光诱导电子转移机理1.2.4 光诱导分子内电荷转移1.2.5 磷光重金属配合物中的电荷转移1.2.6 共振能量转移1.2.7 稀土配合物的电子能量转移1.2.8 激发态分子内质子转移1.2.9 激基缔合物和激基复合物1.2.10 聚集态的荧光发射1.2.11 碳氮双键异构化1.2.12 上转换荧光1.2.13 其他设计理念1.3 细胞内活性氧物种和抗氧化系统1.4 用于检测细胞内氧化还原的荧光探针1.4.1 模拟谷胱甘肽过氧化物酶1.4.2 模拟过氧化物歧化酶1.4.3 巯基二硫键交换反应1.4.4 活性氧物种抽氢反应的π共轭中断和再生1.4.5 醌与氢醌氧化还原对1.5 课题来源及研究的内容与思路2 含碲的可逆近红外荧光探针检测过氧化亚硝酰和谷胱甘肽之间的氧化还原循环2.1 引言2.2 实验部分2.2.1 实验材料和试剂2.2.2 实验仪器2.2.3 探针光谱分析2.2.4 激光共聚焦显微镜成像2.2.5 细胞培养2.2.6 BALB/c小鼠的实验2.2.7 化合物的合成与表征2.3 结果与讨论2.3.1 荧光探针Cy-NTe的设计与合成2.3.2 探针Cy-NTe光谱特性的研究2.3.3 探针在不同pH值条件下的选择性2.3.4 不同助溶剂对探针荧光响应的潜在影响-的荧光响应'>2.3.5 探针Cy-NTe对过量ONOO-的荧光响应2.3.6 探针Cy-NTe对细胞诱导药物干扰实验2.3.7 检测限的确定2.3.8 探针Cy-NTe对过氧化亚硝酰根在溶液和活细胞中的选择性2.3.9 巨噬细胞线粒体内过氧化亚硝酰根的检测2.3.10 探针在溶液和细胞中可逆性的研究-可逆氧化还原可视化研究'>2.3.11 活体小鼠中ONOO-可逆氧化还原可视化研究2.4 本章小结3 含硒可逆近红外荧光探针检测过氧化亚硝酰根3.1 引言3.2 实验部分3.2.1 实验材料和试剂3.2.2 实验仪器3.2.3 探针光谱分析3.2.4 激光共聚焦显微镜成像3.2.5 细胞培养3.2.6 细胞毒性实验3.2.7 理论和计算方法3.2.8 化合物的合成与表征3.3 结果与讨论3.3.1 荧光探针Cy-PSe的设计与合成3.3.2 探针的理论计算及其检测机理研究3.3.3 pH值的影响3.3.4 探针Cy-NTe光谱特性的研究-的荧光响应'>3.3.5 探针Cy-PSe对过量ONOO-的荧光响应3.3.6 探针Cy-PSe对过氧化亚硝酰根选择性3.3.7 探针在溶液中的可逆性的研究3.3.8 探针Cy-PSe对细胞中的选择性3.3.9 巨噬细胞过氧化亚硝酰根的定位检测3.3.10 探针在细胞中可逆性的研究3.4 本章小结4 基于哌啶氧铵阳离子氧化还原反应的可逆荧光探针用于次溴酸检测4.1 引言4.2 实验部分4.2.1 实验材料和试剂4.2.2 实验仪器4.2.3 探针光谱分析4.2.4 激光共聚焦显微镜成像4.2.5 细胞培养4.2.6 化合物的合成与表征4.2.7 细胞毒性实验4.3 结果与讨论4.3.1 探针的设计与合成4.3.2 探针的理论计算及其检测机理研究4.3.3 探针的光谱性质及其模拟生理条件分析研究4.3.4 溶液pH值对探针光谱的影响4.3.5 探针检测选择性研究4.3.6 探针荧光恢复和循环次数的研究4.3.7 探针的光稳定性4.3.8 探针细胞毒性试验研究4.3.9 细胞内次溴酸/抗坏血酸氧化还原循环荧光成像研究4.4 本章小结5 功能化花菁染料检测细胞和组织内氧化应激和硫醇还原修复过程5.1 引言5.2 实验部分5.2.1 实验材料和试剂5.2.2 实验仪器5.2.3 探针光谱分析5.2.4 激光共聚焦显微镜成像5.2.5 细胞培养5.2.6 新鲜大鼠海马脑片的制备和染色5.2.7 化合物的合成与表征5.2.8 细胞毒性实验5.2.9 理论和计算方法5.3 结果与讨论5.3.1 探针DA-Cy的设计合成与探针检测产物的表征5.3.2 探针的理论计算及其检测机理研究5.3.3 探针的光谱性质及其模拟生理条件分析研究5.3.4 探针检测选择性研究5.3.5 pH值对探针荧光的影响5.3.6 分子反应动力学2O2和GSH的检测限'>5.3.7 H2O2和GSH的检测限5.3.8 探针进入细胞的时间相关性2O2氧化应激/GSH修复过程检测研究'>5.3.9 HL-7702细胞中H2O2氧化应激/GSH修复过程检测研究5.3.10 HL-7702细胞和肝癌HepG2细胞不同的硫醇修复能力的研究5.3.11 与其他的过氧化氢探针的比较研究5.3.12 探针在新鲜大鼠海马组织中成像应用研究5.4 本章小结6 用于检测活细胞内硫化氢的比色和比率荧光探针6.1 引言6.2 实验部分6.2.1 实验材料和试剂6.2.2 实验仪器6.2.3 探针光谱分析6.2.4 激光共聚焦显微镜成像6.2.5 细胞培养6.2.6 化合物的合成与表征6.2.7 理论和计算方法6.3 结果与讨论3的设计合成'>6.3.1 探针Cy-N3的设计合成6.3.2 探针的理论计算及其检测机理研究6.3.3 溶液pH值对探针光谱的影响6.3.4 探针的光谱性质及其模拟生理条件分析研究6.3.5 探针检测选择性研究6.3.6 量化检出水溶液和胎牛血清中的硫化氢6.3.7 监测药物释放硫化氢2S的检测限'>6.3.8 H2S的检测限6.3.9 细胞游离提取液的分析研究6.3.10 细胞内硫化氢荧光成像的研究6.3.11 探针亚细胞定位的研究6.4 本章小结7 利用硼酸酯氧化反应检测过氧化亚硝酰的荧光探针7.1 引言7.2 实验部分7.2.1 实验材料和试剂7.2.2 实验仪器7.2.3 探针光谱分析7.2.4 高效液相色谱分析7.2.5 细胞游离提取液分析7.2.6 激光共聚焦显微镜成像7.2.7 细胞培养7.2.8 化合物的合成与表征7.2.9 理论和计算方法7.3. 结果与讨论7.3.1 探钊PyBor的设计与合成7.3.2 探针的理论计算及其检测机理研究7.3.3 探针的光谱性质及其模拟生理条件分析研究7.3.4 评估探针对过氧化亚硝酰阴离子和其他生理相关物种的荧光响应7.3.5 监测过氧化亚硝酰阴离子药物的分解释放7.3.6 高效液相色谱法分析硼酸酯的氧化7.3.7 小鼠巨噬细胞内游离提取液的分析研究7.3.8 小鼠巨噬细胞内源性过氧化亚硝酰的荧光成像7.3.9 探针的业细胞定位7.4 本章小结8 结论与展望8.1 结论与创新点8.2 创新点摘要8.3 展望参考文献致谢作者简介攻读博士学位期间科研项目及科研成果
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