新型熒光分子探針的設(shè)計及其在生物檢測與成像中的應(yīng)用.pdf

1、結(jié)合熒光成像技術(shù)的熒光傳感原理與方法在生物檢測、環(huán)境分析和醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。近紅外探針結(jié)構(gòu)的設(shè)計,可視化比率熒光探針的構(gòu)建,靈敏的熒光顏色區(qū)間變化等元素的引入,增強(qiáng)了熒光探針靈敏度的同時,拓寬了應(yīng)用范圍。本文以氣體信號分子(CO,SO2)和酸堿度(pH)等的快速敏感檢測為目標(biāo),通過合成功能化的有機(jī)分子,發(fā)展反應(yīng)型的目標(biāo)物識別原理,結(jié)合具有發(fā)光性能的納米材料,在響應(yīng)速率、檢測靈敏度、信號輸出可視化等方面進(jìn)行了改進(jìn)。本論文的

2、主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)結(jié)合CO與環(huán)鈀配合物的特異性羰基化反應(yīng)與鈀的重原子電子效應(yīng),設(shè)計了針對CO氣體以及內(nèi)源性CO的熒光增強(qiáng)型檢測方法。通過將環(huán)鈀配合物修飾在苯并咪唑結(jié)構(gòu)上制備了無熒光的探針結(jié)構(gòu),并通過引入羧基基團(tuán)提高水溶性。當(dāng)CO加入后,由于CO與環(huán)鈀配合物發(fā)生羰基化反應(yīng),鈀配合物結(jié)構(gòu)被質(zhì)解,釋放出發(fā)熒光的苯并咪唑配體結(jié)構(gòu),熒光恢復(fù)。該探針與CO的特異性反應(yīng),在其它氣體信號分子,活性氮氧化合物存在時具有優(yōu)良的選擇性,檢測

3、限達(dá)到0.06μM。該熒光增強(qiáng)型的探針不僅可以用于識別溶液中的CO氣體,還可以對外源性(供體提供)和內(nèi)源性(血紅素刺激)的CO進(jìn)行細(xì)胞成像研究。
　　(2)設(shè)計了SO2及其衍生物的新型納米復(fù)合物探針(Hex-FGO-DPS),由己二胺修飾的發(fā)光氧化石墨烯與萘的花菁衍生物組成,利用石墨烯結(jié)構(gòu)與芳基化合物的π-π堆疊相互作用形成納米復(fù)合物探針。將發(fā)藍(lán)色熒光的氧化石墨烯作為信號內(nèi)標(biāo),而花菁衍生物發(fā)黃色熒光,由于熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET

4、)藍(lán)光被猝滅,復(fù)合探針顯示黃色熒光。當(dāng)SO2及其衍生物存在時,與不飽和C=C鍵發(fā)生加成反應(yīng),破壞了黃色的熒光發(fā)射,抑制FRET過程,藍(lán)色熒光恢復(fù)。當(dāng)加入目標(biāo)物,探針的比率熒光強(qiáng)度增強(qiáng)了25倍,同時伴隨探針溶液熒光顏色由黃色至藍(lán)色的易于視覺識別的靈敏變化。復(fù)合探針的檢測限低到0.44μM,還可以用比率熒光成像數(shù)據(jù)對細(xì)胞中SO2衍生物的濃度分布進(jìn)行分析。探針還可以靈敏識別SO2氣體,其它氣體存在時具有優(yōu)良的選擇性,有望進(jìn)一步用于構(gòu)建新的SO

5、2氣體可視化快速識別器件。
　　(3)通過將醛基花菁與鹽酸羥胺反應(yīng),制備了-C=N-OH取代的花菁結(jié)構(gòu),可以利用近紅外熒光和比色雙重信號檢測pH值。該探針具有良好的水溶性、光穩(wěn)定性,可逆的信號響應(yīng)以及低的細(xì)胞毒性,對水溶液中以及細(xì)胞中的pH變化均能靈敏響應(yīng)。當(dāng)pH值由中性向酸性變化時,引起探針骨架中氮原子的質(zhì)子化,最大吸收波長發(fā)生了170nm的位移,且新的吸收峰強(qiáng)度增強(qiáng)?？梢姽庀?探針溶液顏色呈現(xiàn)由黃色至綠色至藍(lán)色的區(qū)間漸進(jìn)變化。

6、最大發(fā)射波長發(fā)生了37nm的紅移,同時新發(fā)射峰處的熒光增強(qiáng)了8倍,熒光光譜的積分強(qiáng)度增強(qiáng)了2.1倍左右,比率熒光強(qiáng)度(I660/I623)增強(qiáng)了接近26倍,計算出的pKa值為5.46。實(shí)驗(yàn)結(jié)論表明探針對呈弱酸性的環(huán)境更靈敏(4.5-7.4),與細(xì)胞環(huán)境的pH范圍高度吻合,成功實(shí)現(xiàn)了對細(xì)胞中pH值變化的熒光成像分析,有望進(jìn)一步用于監(jiān)測細(xì)胞酸堿變化引起的生理與病理性過程。
　　(4)通過競爭配位作用,利用“強(qiáng)-弱-強(qiáng)”熒光信號響應(yīng)模式

7、實(shí)現(xiàn)對D-青霉胺的靈敏檢測。在實(shí)驗(yàn)中巰基十一酸(MUA)同時作為還原劑與保護(hù)劑,一步簡易制備了紅色熒光的金團(tuán)簇(MUA-AuNCs),金團(tuán)簇的平均粒徑為2.6nm,尺寸分布均勻。制備的MUA-AuNCs具有良好的水溶性、光穩(wěn)定性,水中的量子產(chǎn)率為7.28％,在610nm處有強(qiáng)的熒光發(fā)射。銅離子的存在引發(fā)電子轉(zhuǎn)移過程,MUA-AuNCs的熒光被猝滅,當(dāng)加入青霉胺后,由于青霉胺與銅離子更強(qiáng)的配位能力將銅離子拉離金團(tuán)簇,金團(tuán)簇的熒光恢復(fù)。MU