正离子型小分子荧光探针的构筑与应用

【摘要】本论文基于Michael加成以及分子内电荷转移(ICT)机理设计合成了四类用于检测在食品、环境、生命体系具有重要意义的添加剂、阴离子、氨基酸以及粘度的小分子荧光探针,并对探针的识别过程、作用机理以及应用进行了严谨细致的研究。主要内容如下：1.设计并合成了一种水溶性的Cys荧光探针MCP。MCP对Cys有着荧光和比色的双重响应,加入Cys后,MCP的荧光变为绿色,溶液颜色由红色转变为黄色；MCP对Cys有着高选择性(对Hcy与GSH响应微弱)以及高灵敏性。通过对照实验,证明了MCP与Cys通过分子间的静电作用增加了它们之间有效碰撞,进而加速了整个识别过程(响应时间小于1分钟)。通过对MCP的同分异构体OCP以及PCP的研究发现辅助基团的电荷分布对Cys的选择性有着重要的影响。MCP与Cys的加成产物因为静电作用保持稳定,OCP,PCP与Cys的加成产物不稳定并发生一个七元环化反应。通过胰岛素以及BSA的对照实验发现,MCP可以用于蛋白质中自由Cys残基的识别标记,并且MCP仅与蛋白质中自由的巯基发生反应。MCP具有较好的细胞通透性,可以实时反应Hela细胞内的活性巯基化合物的含量与实时分布。通过MCP的激光共聚焦成像照片显示活细胞内活性巯基化合物主要分布在内质网、核仁、线粒体等蛋白质合成与组装的场所。2.设计合成了一类基于ICT效应的,以乙基吡啶盐为转子,以BODIPY为荧光团的荧光粘度探针MEBP,OEBP,PEBP。通过对照实验证明,MEBP,PEBP的荧光量子产率几乎不受溶剂极性变化的影响；并且在一个广泛的pH范围内(1-10)保持稳定。MEBP,PEBP的荧光强度与粘度(1-1000CP)保持良好的线性关系,在此粘度范围内,MEBP的荧光增加了74倍,线性系数1=1.745;PEBP的荧光增加了25倍,线性系数X=0.624。MEBP,PEBP具有较好的细胞膜通透性,共聚焦成像表明MEBP,PEBP能实时反映Hela细胞内的粘度分布,并能对由双氧水诱导引起细胞氧化应激反应造成的细胞粘度的改变有着较好的响应。3.利用荧光光谱与紫外吸收光谱研究了PEBP对CN离子的识别。结果表明PEBP对CN离子有着高度的选择性,并表现出了比色与比率荧光的双重响应。加入CN离子后,PEBP的荧光由橙色变为绿色,溶液颜色由红色变为黄色。通过1HNMR与19FNMR核磁滴定实验,我们首次提出并证明了PEBP与CN离子的识别是通过以一种新型的基于B原子的F-CN置换机理。常见的BODIPY染料均不能与CN离子发生类似的F-CN置换反应,证明PEBP具有特殊性,原因为PEBP中的乙基吡啶盐为强吸电子基团,分子内强烈的ICT效应使得中心B原子活性提高,为F-CN的置换反应提供了基础条件。通过对同分异构体OEBP与MEBP的对照研究发现,尽管结构类似,但OEBP与MEBP对CN离子的响应与HEBP的响应完全不同,CN离子完全淬灭了OEBP与MEBP的荧光,证明了它们之间存在着不同的作用机理。利用1HNMR与19FNMR核磁滴定实验,我们证实了OEBP与MEBP对CN离子的响应是通过乙基吡啶盐上的C=N双键与CN离子之间发生的Michael加成反应实现的。4.设计合成了一种含有香豆素与共轭半菁结构的探针CHCN,CHCH具有较好的水溶性,可用于实际生理条件下进行检测；CHCN的最大发射波长位于638nm,属于近红外荧光探针。CHCN对S032-具有高度的选择性,S032-能引起CHCN的比色与比率荧光的双重响应,使CHCN的颜色由蓝紫色变为淡黄色,荧光由红色变为兰青色。CHCN对高浓度的CN-与82-给出不同的荧光响应,CN-使其荧光颜色由红色变为亮黄色,而S2-使其荧光颜色由红色变为了兰青色。
【作者】周鑫；
【导师】吴学；
【作者基本信息】延边大学，有机化学，2014，博士
【关键词】荧光探针；半胱氨酸；氰离子；亚硫酸盐；细胞成像；

【参考文献】
[1]赵杨.对泰国中学生汉字教学的探索[D].西安外国语大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[2]陈思恩.S公司供应链成本管理优化研究[D].苏州大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[3]邱元.中国扶贫小额信贷机构可持续发展研究[D].南京财经大学,金融学,2013,硕士.
[4]任曼宁.旅游开发背景下张谷英村居住形态解析[D].华中科技大学,建筑学,2013,硕士.
[5]李雪梅.工程量清单模式下的评标管理系统设计[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[6]赵瑞雪.基于Nginx的智能管理方案的研究[D].北京邮电大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[7]王维川.沈阳Y房地产公司G小区开发投资效益分析[D].吉林大学,项目管理,2014,硕士.
[8]殷君.NDV7793体外刺激人CD4~+T细胞对人肝癌HepG2细胞株杀伤机制的初步研究[D].广西医科大学,免疫学,2013,硕士.
[9]张连萍.硼氮纳米复合材料的可控制备及性能研究[D].黑龙江大学,2012.
[10]朱江.硅纳米晶的光致发光增强及受激辐射研究[D].复旦大学,光学,2013,博士.
[11]李雪茹.关于我国公证制度改革的若干思考[D].吉林大学,法律,2004,硕士.
[12]赵然.煤层气排采数据的时空分析方法与调度决策[D].中国矿业大学,地图学与地理信息系统,2014,硕士.
[13]张玺科,杨春峰,牛新敏.用三维地震资料研究断层面的封堵性质[J].石油地球物理勘探,1997,05:731-739+750.
[14]王晓时.论竹笛音色的支撑要素[D].云南艺术学院,竹笛演奏,2014,硕士.
[15]杨海青.改良心肌保存液对热缺血冷保存猪心保护的试验研究[D].青岛大学,病理学,2003,硕士.
[16]李书静,李可,张新磊,李春阳,岳丹,王振领.氟化镧掺铕/氧化石墨烯纳米复合物的水热合成及荧光性能[J].河南师范大学学报(自然科学版),2013,05:96-100.
[17]龚玉伟.析论中国特色市民社会的建构[D].陕西师范大学,政治学理论,2004,硕士.
[18]庾锐光.舒曼《狂欢节》演奏释义[D].西安音乐学院,钢琴教学与演奏,2013,硕士.
[19]贾方方,贺奎,王二坡,刘俊元,马强.钢纤维活性粉末混凝土性能及工程应用[J].建筑技术开发,2014,08:39-41.
[20]王向丽,李谋渭,张少军.分段辊测张式板形仪性能及发展趋势研究[J].冶金自动化,2008,03:39-42.
[21]杨金月.作家与职业译者的翻译[D].安徽大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[22]田家健.改进PSO算法在热轧卷取机张力控制中的应用研究[D].东北大学,控制理论与控制工程,2010,硕士.
[23]郭晓乐.基于虚拟仪器的电动负载模拟器设计[D].中北大学,仪器仪表工程,2013,硕士.
[24]刘庆华.基于自适应滤波及模态分析的有源噪声控制方法研究[D].西安电子科技大学,信号与信息处理,2014,博士.
[25]袁强.兔眶距增宽手术模型的建立及眶周软组织扩张对眶内移影响的研究[D].第四军医大学,外科学,2004,硕士.
[26]肖杨.中国石油安全的现状与对策研究[D].辽宁大学,国际关系,2012,硕士.
[27]张晓炜.企业员工情绪劳动与心理资本对工作倦怠的影响研究[D].南昌大学,应用心理学,2012,硕士.
[28]林宝君.连杆裂解半自动生产线自动化系统的控制技术研究[D].吉林大学,2009.
[29]陈友福.我国智慧城市建设的社会风险分析[D].华中科技大学,行政管理,2013,硕士.
[30]赵继刚.抗战时期张其昀国防建设思想研究[D].华中师范大学,中国近代史,2013,硕士.
[31]赵洪林.聊城市农村饮用水安全工程监测结果分析及对策研究[D].山东大学,公共卫生（专业学位）,2013,硕士.
[32]刘光雷.粒子群优化算法改进研究[D].渤海大学,运筹学与控制论,2013,硕士.
[33]杨巍.NR2B亚单位的C末端胞内区影响NMDA受体装配、运输以及表面表达的分子机制[D].浙江大学,生理学,2004,硕士.
[34]乔梦铎,金晓玲,王立欣.大学英语教学现状调查分析与问题解决思路[J].中国外语,2010,05:8-14.
[35]刘建国.关联规则采掘的研究[A].中国自动化学会智能自动化专业委员会、昆明船舶设备集团公司、云南自动化学会、中国人工智能学会计算机视觉及智能控制学会、IEEE控制系统学会北京分会、中国自动化学会机器人竞赛工作委员会.2001年中国智能自动化会议论文集（下册）[C].中国自动化学会智能自动化专业委员会、昆明船舶设备集团公司、云南自动化学会、中国人工智能学会计算机视觉及智能控制学会、IEEE控制系统学会北京分会、中国自动化学会机器人竞赛工作委员会:,2001:4.
[36]李业刚,黄河燕,鉴萍.引入混合特征的最大名词短语双向标注融合算法[J].自动化学报.
[37]韩纪昱.湿法炼金中溶解氧监测技术研究及仪器设计[D].浙江大学,生物医学工程,2014,硕士.
[38]邓利建.公司社会责任表现与财务绩效关系的实证研究[D].东北财经大学,会计学,2012,硕士.
[39]张玉林,陈剑,薛锦.基于Agent的营销经理信息系统分析[J].计算机工程与应用,2003,15:6-10.
[40]陈昌军.低幅度同层油藏再认识研究[D].东北石油大学,地质工程（专业学位）,2013,硕士.
[41]邱念.国际组织参与气候变化问题研究[D].吉林大学,国际政治,2013,硕士.
[42]韩宏川.车载雷达液压调平系统设计[D].南昌大学,机械工程,2012,硕士.
[43]孔令稳.悬臂式涡街流量传感器频率特性优化及抗振方法研究[D].浙江大学,电子信息技术及仪器,2014,硕士.
[44]庞月红,李朝霞,沈晓芳,钱和.静电纺丝技术制备聚苯乙烯/石墨烯复合纳米纤维[J].化学通报,2012,11:1040-1043.
[45]江志强.汽车覆盖件拉延成形数值模拟研究[D].吉林大学,2012.
[46]颜昊.基于LPM的负载均衡算法[D].吉林大学,软件工程,2013,硕士.
[47]陈先中,丁爱华,吴昀.高炉雷达料面成像系统的设计与实现[J].冶金自动化,2009,02:52-56.
[48]王成东.我国装备制造业与生产性服务业融合机理及保障策略研究[D].哈尔滨理工大学,技术经济及管理,2014,博士.
[49]彭业勤.中日洗衣机企业分销渠道管理的比较研究[D].华中师范大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[50]张冬雯,伍清河.线性不确定中立型时滞系统的鲁棒二次性能[J].控制与决策,2004,09:1045-1049.