几种反应型荧光探针的设计、合成及生物成像研究
【摘要】近年来,功能化荧光染料在生物和医学方面的研究成为热门领域之一。其中,荧光探针具有结构可控、合成成本低、基于不可逆的化学反应识别等优点,能实现实时的细胞成像。然而,在生物环境的实际应用中,有机荧光探针的功效会受到诸如灵敏度、特异性、响应时间等问题的限制。因此,针对目前荧光探针存在的不足,本论文设计合成了10种新型的反应型荧光探针,具体如下：1.以新型长波长香豆素染料为信号基团,通过对染料母体结构修饰,分别利用环化反应、氧化反应以及迈克尔加成反应设计合成了三种反应型荧光探针：1)通过F-诱导的Si-O键断裂和环化反应,合成出一种发射峰位于616nm的红光荧光探针P1。P1对F-具有响应速度快、灵敏度高以及专一性和选择性强等特点。P1可用于水溶液中F-的监测和成像。2)基于OCl-氧化硫代香豆素脱硫反应,合成了一种对OCl-响应迅速的荧光探针P2。P2对OCl-具有较高的选择性,且不受其它氧化剂、自由基及阴阳离子的影响,可用于实际样品中OCl-的检测。3)利用SO32-对α,β-不饱和双键的迈克尔加成反应,设计合成了能识别SO32-的比色和荧光增强型探针P3。P3与SO32-反应后,紫外吸收蓝移了90nm,荧光强度增强了10倍,该探针可用于实际样品中SO32-的检测。2.以黄酮染料为母体,通过引入4-二甲氨基肉桂醛增加其共轭体系,首次合成了一种发射波长在600nm以上的红光染料。该染料具有较好的光稳定性、较大的斯托克位移以及较高的荧光量子产率。通过对染料的受体部分引入特异性的识别基团,合成了两种新型的荧光增强型探针：1)以2,4-二硝基苯磺酰氯为识别基团,合成了-SH荧光探针。该探针对含-SH的氨基酸显示出显著的荧光增强特性(560倍)并被应用于HeLa细胞内硫醇的荧光成像。2)以2,4-二硝基苯醚为识别基团,合成了H2S荧光探针。H2S引发2,4-二硝基苯醚的硫解反应后,探针的荧光强度最大可增强112倍,该荧光探针能检测细胞内的H2S,已实现对RAW264.7细胞内H2S的荧光成像。3.比率型荧光探针可通过自校准方式消除由物质浓度、激发强度、环境温度等外界因素产生的影响。本文基于分子内电荷转移(ICT)机理,设计合成了两种比率型荧光探针：1)基于4-羟基萘酰亚胺合成了一种新型的S032-荧光探针。通过亚硫酸钠诱导探针P6中乙酰丙酰基保护的羟基基团脱去保护,导致探针的紫外和荧光光谱发生较大的红移,以此建立了一种测定S032-的方法。2)基于亚硫酸氢钠诱导的加成反应来阻断探针P7的分子内电荷转移过程,设计合成了一种新型的测定HS03-的荧光比率型探针,探针P7对HS03-具有显著的荧光比率响应,荧光光谱蓝移了137nm。4.合成一种以Bodipy染料为荧光团,识别生物硫醇的新型荧光探针。该探针对含硫醇的氨基酸具有较高的选择性和专一性。由于巯基与探针分子中α,β-不饱和双键部分发生迈克尔加成反应,导致体系的光诱导电子转移(PET)和ICT过程中断,从而使探针的紫外光谱蓝移(13nm)且荧光显著增强(40倍)。HeLa细胞内硫醇的荧光成像实验表明探针具有检测生物体内硫醇的能力。5.基于F-诱导的Si-O键断裂反应,设计合成了两种比色和荧光增强型F-探针：1)以6-乙酰基-2-萘酚为荧光团,合成了一种基于ICT原理的F-荧光探针P9。由于F-对Si较强的亲核性,该探针对F-具有显著的荧光增强效应(9663倍)。利用该性质可检测低至40nM的F-。2)以2-羟基-1-萘甲醛为原料,合成了一种新型的F-荧光探针。探针P10与F-作用后,紫外光谱红移了95nm。同时,溶液颜色由无色变成黄色。探针P10对F-具有较高的灵敏度和较快的响应速度。
【作者】侯鹏；
【导师】王建秀；宋相志；
【作者基本信息】中南大学，化学，2014，博士
【关键词】荧光探针；合成；识别；化学反应；阴离子；生物小分子；细胞荧光成像；
【参考文献】
[1]陈可可.缓控释肥料中氮素转运的特性及模拟研究[D].郑州大学,化学工艺,2012,博士.
[2]尚洁.木蹄层孔菌降解白桦木质纤维素的分子机理与相关酶学特性研究[D].东北林业大学,遗传学,2014,博士.
[3]李刚.论人体器官交易行为的刑法规制[D].中国政法大学,法律（专业学位）,2014,硕士.
[4]许睿.联机分析处理及其在商业自动化中的应用[D].重庆大学,2002.
[5]王唯一,荣亦诚,龚幼民,耿海,王成虎,傅正权.连铸漏钢诊断预报技术的研究[J].机电一体化.2000(04)
[6]何星,王宏力,陆敬辉,姜伟.基于限定样本序贯极端学习机的模拟电路在线故障诊断[J].控制与决策,2015,03:455-460.
[7]宋华.小学一年级新生适应期音乐教学的研究[D].上海师范大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[8]曹伟军,欧蔓丽.建筑噪音的特点及监管[J].企业家天地下半月刊(理论版).2007(09)
[9]李武,郭观七,岳超源,张景瑞.考虑库容与订货批量约束的(R,Q)策略优化[J].控制与决策,2011,05:679-684.
[10]王树涛.含苯胺链段聚酰胺酸的合成及性质研究[D].吉林大学,高分子化学与物理,2014,硕士.
[11]李勇.基于LVDS接口的高速图像数据记录器的设计与实现[D].中北大学,测试计量技术及仪器,2013,硕士.
[12]孔海啸.我国电视媒体的新媒体发展战略研究[D].重庆工商大学,传播学,2014,硕士.
[13]郝明.煤矿瓦斯监控系统电磁兼容性研究[D].齐鲁工业大学,检测技术与自动化装置,2014,硕士.
[14]王军垒.从利益冲突角度理解中国改革[D].中国政法大学,政治经济学,2004,硕士.
[15]胡伟华.某外资企业人事管理信息系统的设计与实现[D].苏州大学,计算机技术（专业学位）,2013,硕士.
[16]黄德敏,陶雷,田鹤立,崔海兴.PCS7V6.0在安钢双蓄热换向加热炉中的应用[J].冶金自动化,2005,03:63-65.
[17]曹飞飞.多元介入专业机构性以房养老模式研究[D].河北大学,社会保障,2014,硕士.
[18]杜曼.自主性学习在初中二年级课外阅读中的应用[D].首都师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[19]洪荫.免疫共刺激分子B7-H1在乳腺癌中的表达及化疗药物对其的影响[D].苏州大学,普通外科学,2014,硕士.
[20]马晓玲.薄弱学校发展的关键性因素探究[D].内蒙古师范大学,教育管理（专业学位）,2013,硕士.
[21]郭俊甫.V、Nb掺杂ZnO物性的理论研究[D].天津大学,材料物理与化学,2013,硕士.
[22]刘茜.日本财界对政治的影响探析[D].河北师范大学,国际政治,2013,硕士.
[23]高雪,张英宣.基于战略导向的石油化工企业绩效评价体系研究[J].当代化工,2014,11:2426-2430.
[24]崔晓蒙.p-eif2α在家族性肌萎缩侧索硬化模型hSOD1~(G93A)转基因小鼠腰髓中的表达变化[D].河北医科大学,神经病学,2013,硕士.
[25]陈昌娟.基于金融资产的盈余管理动因分析[D].重庆工商大学,会计学,2014,硕士.
[26]祝司臣.新疆财政金融支农效应研究[D].新疆财经大学,金融学,2013,硕士.
[27]郑旭煦.NeuromedinU2受体激动剂高通量筛选模型与天然产物活性成分研究[D].重庆大学,2003.
[28]李必雄.压电网壳结构动力稳定性研究[D].西安建筑科技大学,防灾减灾工程及其防护工程,2013,硕士.
[29]江蒲.HIF-1α和MMP-2在非小细胞肺癌中的表达及其临床意义[D].河北医科大学,外科学（专业学位）,2014,硕士.
[30]刘永庆.两类非线性偏微分方程的无网格法[D].宁波大学,基础数学,2013,硕士.
[31]王丽薇.J银行北京市分行国际业务竞争战略研究[D].首都经济贸易大学,企业管理,2013,硕士.
[32]吕龙飞.苯胺—吡咯共聚物复合材料的制备、表征及其防腐蚀性能[D].江苏科技大学,2014.
[33]李婉荧.任务负载对内源性注意与外源性意交互作用影响的ERP研究[D].西南大学,基础心理学,2013,硕士.
[34]张树敏.多尼采蒂喜歌剧艺术风格研究[D].聊城大学,音乐学,2014,硕士.
[35]周巍.四川省移动通信公司的市场竞争战略探讨[D].西南财经大学,工商管理,2003,硕士.
[36]高昆.多目标炼钢-连铸计划编制问题研究[D].内蒙古工业大学,检测技术与自动化装置,2013,硕士.
[37]林伯香,胡中平,薛诗桂.利用变换深度域速度函数制作深度域合成地震记录[J].石油地球物理勘探,2006,06:640-643+609+725.
[38]蒋业恒.贸易自由化对工资的影响—中国经验[D].对外经济贸易大学,国际贸易学,2014,博士.
[39]王洋.骨髓间充质干细胞在骨髓衰竭小鼠体内的归巢及疗效观察[D].南方医科大学,内科学,2012,硕士.
[40]姜媛媛.小组合作学习在高中英语写作教学中的应用研究[D].山东师范大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[41]彭珊.中美著作权集体管理机制比较研究[D].华中师范大学,民商法学,2014,硕士.
[42]尹婧.智能化城市交通诱导系统的研究[D].青岛大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[43]周文文.中国电信绍兴分公司竟争战略的研究[D].浙江大学,2001.
[44]孙权.线性摩擦焊微孔缺陷演化的数值模拟及弥合规律研究[D].哈尔滨工业大学,材料加工工程,2014,硕士.
[45]陈峰.锂硫电池球形结构硫正极材料制备及改性研究[D].浙江工业大学,2013.
[46]郑真真.面向行业的高职物流实训体系构建研究[D].山东师范大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[47]王永刚.新型锤片式粉碎机筛分机理试验研究[D].内蒙古科技大学,机械工程,2014,硕士.
[48]陈芬.平面手性1,2,4-吡唑膦Ru~Ⅱ夹心配合物的合成与结构研究[D].山西师范大学,药物分析学,2014,硕士.
[49]邹晓红.基于模糊粗糙集理论的信息检索方法的研究[J].燕山大学学报,2005,04:356-359.
[50]隋鹤迪.哈大集团会议室管理系统的开发与设计[D].吉林大学,软件工程,2014,硕士.
