檢測Au3+的線粒體靶向雙光子熒光傳感器的設(shè)計(jì)、合成及性能研究.pdf

1、近年來可視化識(shí)別生物和環(huán)境的重要物種一直是一個(gè)重要的研究課題。與其他分析工具相比，小分子熒光傳感器有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括操作簡便，檢出限低，高選擇性，最重要的是，利用共焦顯微鏡生物成像，它們已然成為監(jiān)測生物體外和體內(nèi)相關(guān)物種的有效工具。與單光子熒光顯微術(shù)相比，雙光子熒光顯微術(shù)采用兩個(gè)近紅外光子作為激發(fā)源，具有多種優(yōu)勢，包括能深度組織成像、較高的空間分辨率和較長的觀測時(shí)間。此外，隨著雙光子熒光顯微術(shù)的出現(xiàn)，雙光子熒光傳感器能夠使小鼠和組織的生物

2、樣標(biāo)本可視化。因此，雙光子小分子熒光傳感器在過去的十年間蓬勃發(fā)展，廣泛應(yīng)用于化學(xué)，生物化學(xué)，醫(yī)學(xué)和環(huán)境等領(lǐng)域。
　　線粒體屬于膜結(jié)合型的細(xì)胞器，也是主要能源生產(chǎn)場所。線粒體在真核細(xì)胞中的多種重要的生理過程和疾?。ū憩F(xiàn)為異常細(xì)胞凋亡反應(yīng)，如癌癥）發(fā)揮關(guān)鍵作用，這使它們成為設(shè)計(jì)新型抗癌藥物的目標(biāo)。由于金親脂性復(fù)合物在高線粒體膜電位的驅(qū)動(dòng)下可以在細(xì)胞的線粒體中積累，幾種不同類別的Au(Ⅲ)配合物作為潛在的抗腫瘤劑而備受矚目。然而，金鹽通

3、過與生物分子不可逆的相互作用而在一些生物系統(tǒng)中有很高的毒性，最終會(huì)損害肝臟、腎臟和神經(jīng)系統(tǒng)。特別是Au3+，它對DNA有很強(qiáng)的親和力而導(dǎo)致DNA嚴(yán)重?fù)p傷。因此，我們急需制定有效的方法來專一、快速、實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境，藥物和潛在的生命系統(tǒng)中Au3+離子。
　　通過查閱和研討大量文獻(xiàn)，在我們組先前工作的基礎(chǔ)上，本文通過對結(jié)構(gòu)修飾，著重改進(jìn)熒光傳感器配位原子的類型和席夫堿受體的配位方式，設(shè)計(jì)合成了三種新型的高選擇性識(shí)別Au3+的雙光子熒光傳感

4、器。通過1H NMR、13C NMR、質(zhì)譜等方法來表征這幾種熒光傳感器的結(jié)構(gòu)，并通過紫外光譜，熒光光譜等光譜法研究了它們的光學(xué)性能，利用雙光子共聚焦熒光顯微鏡對傳感器進(jìn)行了細(xì)胞成像，線粒體定位成像，組織成像，部分還進(jìn)行了活體成像，并取得了一系列有意義的結(jié)果。該論文主要包括以下三個(gè)部分:
　　一、簡單介紹了雙子熒光及其顯微成像技術(shù)和線粒體靶向的熒光傳感器。
　　二、之前，我們課題組報(bào)道了一個(gè)線粒體靶向雙光子熒光傳感器(PyCM

5、)對金離子的檢測，基于金離子誘導(dǎo)C=N鍵水解機(jī)理。然而，傳感器PyCM不能區(qū)分Au3+和Au+，可能是因?yàn)镻yCM受體中“N^N”組合對Au3+和Au+有類似的親和性。根據(jù)軟硬酸堿理論，硬供電子原子如N和O往往用于綁定的硬金屬離子Au3+，因此，我們希望通過調(diào)節(jié)傳感器PyCM的“N^N”組合為新的“N^O”組合來開發(fā)了一個(gè)高選擇性識(shí)別Au3+的雙光子熒光傳感器(PyCM-1)。當(dāng)Au3+存在時(shí)，PyCM-1的熒光明顯增強(qiáng)，并且具有較低的

6、檢測限(22 nM)、大的雙光子吸收截面(696 GM，860 nm)。與此同時(shí)，通過紫外可見光譜法，1HNMR滴定法和質(zhì)譜證明了PyCM-1識(shí)別Au3+的反應(yīng)機(jī)理與PyCM識(shí)別Au3+/Au+的機(jī)理是一致的。此外，PyCM-1作為雙光子熒光傳感器還可以有效檢測線粒體，小鼠肝臟組織和斑馬魚中的Au3+。
　　三、在PyCM-1的基礎(chǔ)上，我們還以調(diào)整傳感器受體中“N^O”組合為“N^S”組合的策略設(shè)計(jì)合成了雙光子熒光傳感器PyCM-

7、2和PyCM-3。我們發(fā)現(xiàn)盡管在水溶液中通過席夫堿受體對Au3+熒光增強(qiáng)響應(yīng)的機(jī)理已經(jīng)被提出:傳感器首先與Au3+快速配位（即C=N鍵異構(gòu)化受限），然后通過水對C=N鍵的進(jìn)攻水解生成相對應(yīng)的的產(chǎn)物，但是未被實(shí)驗(yàn)充分證實(shí)。在本實(shí)驗(yàn)中我們系統(tǒng)地證明了Au3+誘導(dǎo)水解反應(yīng)整個(gè)的過程。當(dāng)Au3+加入時(shí)，PyCM-3的熒光明顯增強(qiáng)，并具有較低的檢測限(6 nM)和較大的雙光子吸收截面(685 GM，860 nm)以及良好的生物相容性。與PyCM和