基于ICT发光机理的有机荧光探针的设计、合成及应用研究

【摘要】有机发光小分子一般来说是由共轭结构的有机小分子组成,具有结构简单、便于修饰、容易纯化等优点,在场效应晶体管、有机电致发光、光捕获系统、逻辑门和荧光探针等领域有广泛的应用。荧光探针是超分子化学中最活跃的领域之一,由于其操作简单、高灵敏度和高选择性而备受人们关注,在检测实际环境和生物样品中具有广泛的应用。本论文设计、合成了三类基于ICT机理的小分子荧光探针。利用CN-和Cys的强亲核性,能与探针之间发生不可逆的化学反应,产生明显的光谱性质变化以及颜色改变,进而在实际环境与生物样品中实现高选择性和高灵敏度的检测分析。本论文主要研究内容如下：1.简介了荧光探针的概述、基本机理以及反应型荧光探针的研究现状,吸取前人的工作经验提出本篇论文的设计方案及研究目的。2.设计合成了以4-三氟甲基香豆素为发光基团和三氟乙酰基作为识别基团的新型ICT机理的荧光探针1。在CH3CN/H2O=4:1(v/v)的溶液体系下,探针1对CN-具有高度的选择性和灵敏度,响应速度小于30秒,最低检出限为0.29μM,低于世界卫生组织规定的饮用水中离子浓度的检测标准。通过光谱数据、NMR和MS验证了CN-与1的传感机理为不可逆的亲核反应。量子化学计算进一步证实了形成加成物1-CN-后存在分子内氢键,它可以引发强的ICT机理,产生吸收光谱红移和荧光强度增强的现象。最后,我们将探针1成功的应用在饮用水中检测氰离子,相对标准偏差小于2%。3.设计、合成了基于ICT作用机理,香豆素作为发光光团,分别将米氏酸、1,3-二甲基巴比妥酸和1,3-二乙基硫代巴比妥酸基团引入香豆素体系中的六种荧光探针CM1,CM2,CB1,CB2,CTB1和CTB2,并且获得了部分化合物的晶体结构。通过溶剂筛选分析发现,CM2,CB2和CTB2在含水介质中发生水解现象,这可能是由于扭曲的ICT作用导致的。在DMSO/Tris-HCl(10mMpH7.4,90%DMSO)缓冲溶液体系下,探针CM1、CB1和CTBl都能专一的识别CN-,不受其他分析物的干扰,并能够产生明显的颜色变化,实现可视化检测CN-；高的反应活性,说明增强末端取代基的酸性能够提高探针与CN-之间的反应速率。仅仅需要1当量的CN-就能使吸收和荧光强度达到最大值,并且CN-浓度在5×10-7到5×10-6mol/L范围内具有良好的线性关系,其检测极限都达到了纳摩级别(分别为：11nM,18nM和23nM)；而且,这三个探针被成功应用在自来水和仿生样品中定量检测CN-,还获得了非常高的回收率。另外,CN”与探针CM1、CB1和CTBl的β-位能够发生高活性的加成反应,破坏了π-共轭体系,阻碍了ICT作用,导致吸收和发射光谱产生明显的变化。这个识别机理通过1HNMR,质谱,吸收光谱和密度泛函理论计算获得证实。4.设计、合成了以半菁染料作为发光基团和丙烯酸酯作为识别基团的新型ICT机理的荧光探针HCAl。探针HCAl对Cys具有显著的快速响应和高选择性超过了其他结构和功能相似的氨基酸。在吸收光谱中产生了明显的红移现象(大约180nm),还有明显的颜色变化,可以实现可视化检测纳摩级别的Cys。另外,仅仅加入1当量的Cys后就可以达到最大荧光信号,并且Cys浓度在1×10-7到1×10-6mol/L范围内具有良好的线性关系,其荧光检测极限为8.5nM。利用动力学分析可知,羟基半菁染料(2-anion)的稳定化在探针HCAl快速响应和高灵敏度的识别Cys过程中起到了一个很重要的作用。此外,探针HCAl被成功应用在蛋白质BSA的Cys34残基检测,并且可以在HeLa细胞进行生物成像。
【作者】李宏达；
【导师】尹炳柱；
【作者基本信息】延边大学，有机化学，2014，博士
【关键词】反应型；荧光探针；香豆素；半菁染料；ICT；氰化物检测；Cys检测；蛋白质检测；生物成像；

【参考文献】
[1]费立威.委托代理视角下经济发达地区村级债务问题研究[D].南京农业大学,会计学,2012,硕士.
[2]陈尔健.两型社会背景下湘江航运发展探析[D].湖南大学,公共管理,2013,硕士.
[3]汤继伦.现阶段中国公共部门人力资源权益和社会保障研析[D].吉林大学,行政管理,2004,硕士.
[4]罗振华.铝合金大气腐蚀室内加速试验研究[D].天津大学,材料学,2004,硕士.
[5]赵梦.基于主成分分析法的图像质量评价方法研究[D].杭州电子科技大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[6]蔡雅莉.高新技术企业价值评估研究[D].华侨大学,企业管理,2004,硕士.
[7]陈细谦,迟忠先,曹秀坤.基于动态规划方法优化关联规则发现[J].控制与决策,2005,10:1111-1114+1119.
[8]王朦夏.淫羊藿苷对EAE模型鼠的治疗作用及其对HPA轴的影响[D].广东药学院,内科学,2013,硕士.
[9]李文联.钙离子对新生大鼠脑缺氧缺血后CREB磷酸化及神经元凋亡的影响[D].第四军医大学,儿科学,2004,硕士.
[10]俞凤.爱之灵药：《爱药》中美国原住民生存出路探寻[D].华中师范大学,英语语言文学,2014,硕士.
[11]李静.中学语文教材现当代文学作品的选编和教学研究[D].扬州大学,学科教学,2012,硕士.
[12]李翠玲.我国女子跳马的发展现状与对策研究[D].北京体育大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[13]江黎晓.W房地产公司人力资源管理问题与对策研究[D].武汉纺织大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[14]王宁.公安侦查阶段的刑事和解研究[D].山东大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[15]立早.国内物理地震模型实验现状[J].石油地球物理勘探,1985,01:112.
[16]朱姗姗.水稻根际土壤重金属形态分布及其对酶活性的影响[D].中南林业科技大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[17]李莹.城市生态安全评价研究[D].浙江理工大学,区域经济学,2014,硕士.
[18]杨迅.深圳电信针对性营销管理系统设计与实现[D].南京邮电大学,项目管理（专业学位）,2012,硕士.
[19]郝发珍.多特征关联图像内容检索算法及应用研究[D].湖南大学,软件工程,2012,硕士.
[20]许涵.血色南京的影像表述[D].中国艺术研究院,广播电视艺术学,2013,硕士.
[21]金星.鬼箭羽的化学成分研究[D].黑龙江中医药大学,中药学,2004,硕士.
[22]张铁岩.客流波动条件下城市轨道交通运力资源配置研究[D].北京交通大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[23]张燕.拉西地平对老年高血压患者血管保护作用的研究[D].中国人民解放军医学院,心血管内科学,2013,硕士.
[24]王会.基于视频的车辆异常行为检测[D].沈阳工业大学,测试计量技术及仪器,2013,硕士.
[25]龙云飞.DNA与有机试剂的共振光散射光谱研究与应用[D].湘潭大学,分析化学,2003,硕士.
[26]汪群峰,金佳佳,米传民,方志耕.基于灰关联深度系数的评价指标客观权重极大熵配置模型[J].控制与决策,2013,02:235-240.
[27]王芳.A股市场股利政策对比分析[D].上海交通大学,金融,2013,硕士.
[28]向勇.钢管混凝土拱肋管内混凝土质量评定方法研究[D].重庆交通大学,建筑与土木工程,2012,硕士.
[29]焦方谦.彩花沟铜矿区综合异常评价方法研究及其应用[D].新疆大学,矿产普查与勘探,2013,硕士.
[30]张志强.安全视频广播系统研究与实现[D].西安电子科技大学,计算机技术,2011,硕士.
[31]刘强.夏热冬冷地区办公建筑节能技术与经济性分析[D].西南交通大学,结构工程,2014,硕士.
[32]郭雷.Marr-Hildreth边界检测器定位性能分析[J].自动化学报,1990,01:40-45.
[33]周飞燕.基于粗糙集与神经网络的多聚焦图像处理技术研究[D].北京印刷学院,信号与信息处理,2013,硕士.
[34]戴君琴.基于KDD的参考咨询服务[J].情报杂志,2004,10:110-111+113.
[35]王奕,戚宣威,罗航,尹项根,张健,张哲.复杂和应涌流及其对电流差动保护的影响[J].电力系统自动化,2014,06:98-105.
[36]李宁.基于视觉认知的人体行为特征提取模型研究[D].北京交通大学,2010.
[37]玉晓露.氨氯地平联合缬沙坦治疗原发性高血压的效果及对脉搏波传导速度的影响[D].第四军医大学,内科学（专业学位）,2014,硕士.
[38]孙增玖,崔全章,向晟.大民屯凹陷东部陡坡带构造演化特征[J].石油地球物理勘探,2008,03:355-359+370+26.
[39]塔诺赛.老挝电信企业发展战略研究[D].吉林大学,企业管理,2014,硕士.
[40]杜微.有局域场的三能级Λ系统的瞬态解析结果[D].山西大学,理论物理,2004,硕士.
[41]王晓娇,李香俊,李磊磊,段辉敏,罗川南.纳米金修饰的磁性氧化石墨烯分子印迹电化学传感器测定双酚A[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——第04分会：纳米生物传感新方法[C].中国化学会:,2014:1.
[42]王珍艳.新型高位阻手性卟啉的合成及其催化环氧化反应研究[D].华中师范大学,有机化学,2013,硕士.
[43]刘驰洋.基于异构数据连接的XML建模与实现[D].华中科技大学,2004.
[44]王兵.矿山多功能检测仪及数据无线传输的研究[D].鲁东大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[45]杨明.我国政府海洋科技管理创新研究[D].浙江海洋学院,农业推广（专业学位）,2013,硕士.
[46]郝亮鹏.路企直通运输机车运用研究[D].西南交通大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[47]李秀玲.长兴岛海岸线变迁与破坏及修复方案[D].大连海事大学,环境科学与工程,2013,硕士.
[48]莫友坤.钢铁企业供氧优化决策支持系统研究[D].华中科技大学,2004.
[49]王琴.电针为主治疗腰椎间盘突出症所致坐骨神经痛临床随机对照试验[D].成都中医药大学,针灸推拿学,2012,硕士.
[50]陈佳.基于错视原理的丝巾纹样设计方法研究[D].浙江理工大学,设计艺术学,2013,硕士.