论文部分内容阅读
本文根据荧光探针的骨架构建和分析物与反应位点的特定识别,选择了在氧杂蒽结构基础上重新修饰合成的近红外荧光团,具有良好“开-关”环效应的罗丹明荧光团作为信号报告基团,或选择与光稳定性好并且易于修饰的1,8-萘酰亚胺荧光团组合成双荧光团的荧光探针。通过脑文格缩合反应,取代反应以及酰胺化反应,设计合成了3个氧杂蒽类荧光探针,近红外发射1,3,3-三甲基-2-亚甲基吲哚啉-氧杂蒽内酰胺荧光探针RhAN、萘酰亚胺-罗丹明硫代酰肼反应型荧光探针RHSNO和萘酰亚胺-氧杂蒽荧光探针RhSN,并都完成了结构表征。研究了探针RHAN识别谷胱甘肽(GSH)的荧光性质,探究了迈克尔共轭加成与诱导罗丹明内酰胺的开环反应等多步串联反应的识别机制,应用于肝癌细胞(MCF-7)成像;探针RHSNO对ClO~-的特异性识别,研究了ClO~-诱导的分子内脱硫环化-跨键能量转移识别机制,将其应用于肝癌癌细胞(MCF-7)成像;探针RhSN对分析物谷胱甘肽的选择性识别,并应用于乳腺癌细胞(HepG2)成像。具体内容如下:1.本文以氧杂蒽为构筑单元,通过脑文格缩合反应合成了近红外氧杂蒽“关-开”荧光探针RhAN,用于识别GSH;将罗丹明和萘酰亚胺通过硫代酰肼连接,合成了基于双反应位点诱导跨键能量转移(TBET)体系的荧光开关探针RHSNO;又通过将萘酰亚胺巯基基团和罗丹明开环结构反应,合成了选择性检测GSH的反应型探针RhSN。讨论了这些探针合成所运用的关键有机反应机理以及实验条件的选择。2.谷胱甘肽作为生物硫醇,在生理和病理过程中具有许多关键作用,包括对抗氧化应激和维持氧化还原稳态,其对细胞生长和功能,药物代谢,细胞内信号转导和基因调节至关重要。此外,糖尿病、中风、红细胞问题、动脉粥样硬化、炎症、神经疾病和帕金森病等疾病被认为与GSH的异常浓度有关。因此快速有效的检测GSH至关重要。故本章研究了探针RhAN识别的机制和性质,结果表明探针对谷胱甘肽具有“裸眼”识别能力,能够从其他生物硫醇,包括半胱氨酸和同型半胱氨酸中专一性的识别谷胱甘肽。在GSH存在下,引发迈克尔加成和分子内氨基诱导的螺内酰胺开放机制,识别过程表现出高的选择性、灵敏度、PH工作范围广、响应识别不受其他生物硫醇干扰的特点,并具有专一性。此外,RhAN被用于内源性和外源性GSH的细胞成像,结果表明RhAN是一种快速有效的生物传感器,用于检测活细胞中过量的GSH,维持体内氨基酸的平衡并确保正常的生命活动。3.次氯酸根(ClO~-)是重要的活性氧(ROS)之一,它在抗病原体的免疫防御中发挥重要作用,因此有助于宿主防御。故本章设计合成了罗丹明-萘酰亚胺荧光探针用于检测ClO~-。对探针RHSNO的研究表明,在ClO~-存在下,罗丹明-硫代酰肼分子内脱硫环化,罗丹明螺环开环,同时在萘酰亚胺部分发生脱硫氢化反应,使得探针中萘酰亚胺供体和修饰的罗丹明受体之间通过富电子共轭键(1,2,4-噁二唑)相连接,确保了典型的TBET过程,导致590 nm处的荧光发射增强约260倍。此探针检测限为22.1 nM,灵敏度高,反应时间快。并成功用于MCF-7细胞的成像应用,结果说明荧光传感器RHSNO可作为检测活细胞中过量ClO~-的快速有效方法,用于维持体内次氯酸根的平衡并确保正常的生命活动。4.研究了荧光探针RhSN对谷胱甘肽的选择性识别及对PH的响应情况。由于罗丹明和萘酰亚胺形成硫脂键,罗丹明仍处于开环状态,因此探针的荧光是打开的,并且萘酰亚胺对罗丹明具有荧光淬灭作用。在三肽GSH的情况下,GSH的巯基首先进攻罗丹明的羰基,使萘酰亚胺巯基基团离去,罗丹明和GSH的巯基发生转硫基酯化反应,并且罗丹明部分在588 nm处增强(量子产率:0.64)。此外,该探针可在较宽的pH范围内有效工作。RhSN成功应用于内源性或外源性GSH的清晰成像,在HepG2细胞中具有低毒性。