幾種基于激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移熒光探針的合成與應(yīng)用.pdf

1、熒光探針具有操作簡便、高靈敏性、高選擇性、快速檢測、原位實(shí)時監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在生物活性分子標(biāo)記、環(huán)境分析、細(xì)胞染色和臨床醫(yī)學(xué)檢測診斷等許多方面。此外，與熒光成像技術(shù)相結(jié)合，熒光探針還能方便地用于生物體系中目標(biāo)分析物的原位、適時、無損傷檢測，并可用于監(jiān)控活細(xì)胞中的生物分子及其生物過程。因此，分子熒光探針日益成為現(xiàn)代生命科學(xué)及疾病診斷等重要領(lǐng)域不可缺少的一種工具。
　　激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移(ESIPT)是指熒光分子受激發(fā)后，分子

2、內(nèi)質(zhì)子供體(-OH和-NH2)通過分子內(nèi)氫鍵，轉(zhuǎn)移到鄰近的質(zhì)子受體子(-NH-、-CHO)上，形成烯-醇互變異構(gòu)體的過程。ESIPT化合物的吸收光譜和熒光發(fā)射光譜之間具有較大的Stokes位移，可有效消除因自吸收導(dǎo)致的熒光碎滅，從而大大提高了檢測精度。此外，通過合理設(shè)計，一些ESIPT機(jī)制的熒光探針可以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)分析物“熒光比率”檢測，為環(huán)境因素的影響（儀器或者探針分子濃度）提供一個內(nèi)置校正。因此，具有ESIPT性質(zhì)的化合物是一類可用于

3、構(gòu)建熒光探針的、理想的熒光基團(tuán)。眾所周知，重金屬（汞離子）和過渡金屬（銅離子）是一類對環(huán)境和生物體系具有害或者有利的金屬離子;硫化氫是繼一氧化氮和一氧化碳之后生物體內(nèi)第三大內(nèi)源性氣體信號分子;亞硝酸鹽作為食品添加劑可以誘發(fā)一些健康問題。因此，開發(fā)一些識別性能更加優(yōu)越的熒光探針來檢測這些待測物（汞離子、銅離子、硫化氫和亞硝酸鹽）的含量以及它們在生物體內(nèi)的分布，對環(huán)境保護(hù)、食品質(zhì)量安全、疾病診斷和臨床醫(yī)學(xué)研究均有重要意義。本文的研究工作是合

4、成幾種具有高熒光量子產(chǎn)量、高穩(wěn)定性、大的斯托克斯位移、生物兼容性好、近紅外的ESIPT熒光基團(tuán)并以此構(gòu)建幾種ESIPT機(jī)制熒光探針，實(shí)現(xiàn)對汞離子、銅離子、硫化氫和亞硝酸鹽的熒光檢測，并將其成功用于環(huán)境、食品檢測和生物分析。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)以具有典型激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移(ESIPT)特征的有機(jī)小分子2-(1-對-甲苯基)-1H-菲并[9,10-D]咪唑-2-基）苯酚(Pol)為熒光基團(tuán)，以對汞離子具有選擇性作用的

5、乙烯醚為識別基團(tuán)，構(gòu)建了一個Hg2+熒光探針Pvi。該探針通過Hg2+催化水解乙烯醚鍵，對Hg2+展現(xiàn)了比率熒光響應(yīng)，同時熒光最大發(fā)生峰產(chǎn)生明顯的紅移(～100nm)，且其他金屬無干擾。其傳感機(jī)制通過熒光光譜、核磁共振和質(zhì)譜分析進(jìn)行了詳細(xì)的研究。在實(shí)際應(yīng)用方面，我們成功地將探針Pvi用于環(huán)境水樣中汞離子檢測并進(jìn)行活細(xì)胞成像分析，這些結(jié)果表明探針Pvi在環(huán)境科學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。
　　(2)合成了一種基于激發(fā)態(tài)分子

6、內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移機(jī)制(ESIPT)“關(guān)-開”型硫化氫(H2S)熒光探針P-N3。探針與H2S作用后，產(chǎn)生較大的斯托克位移(～140 nm)和明顯的熒光變化。探針P-N3對H2S具有較高的靈敏性和選擇性，且不受其他生物巰基化合物的干擾。更重要的是，探針P-N3具有較好的細(xì)胞膜滲透性，能夠?qū)罴?xì)胞中外源性H2S進(jìn)行可視化，表明其在生物學(xué)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。
　　(3)合成并了一個簡單可靠的亞硝酸鹽(NO2-)熒光探針，2-(1H-菲并[

7、9,10-d]咪唑-2-基)苯胺（PA)。該探針用高熒光量子產(chǎn)率的菲并咪唑衍生物作為熒光基團(tuán)，氨基作為識別基團(tuán)。在酸性介質(zhì)中，亞硝酸鹽與探針分子上的氨基發(fā)生重氮化反應(yīng)，隨后發(fā)生分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)產(chǎn)生苯并哌唑衍生物，熒光淬滅。其作用機(jī)理通過核磁，紅外光譜，空白對照試驗(yàn)以及理論計算進(jìn)行確證。該探針表現(xiàn)出低pH依賴性，能夠快速、高選擇性地識別亞硝酸鹽。在優(yōu)化的條件下，探針對亞硝酸鹽-的線性響應(yīng)范圍為0.1-10μM，檢測下限為4.3×10-8M。

8、此外，探針PA成功應(yīng)用于環(huán)境和食品樣品中亞硝酸鹽的檢測。
　　(4)通過在經(jīng)典的ESIPT熒光信號基團(tuán)，2-(2'-羥基苯基)苯并噻唑上構(gòu)建一個特異性的反應(yīng)位點(diǎn)（縮硫醛片段）和一個絡(luò)合型的位點(diǎn)（苯并噻唑中的N和O原子），我們成功合成一個具有兩個反應(yīng)位點(diǎn)的雙功能熒光探針2-(2-羥基-4-縮硫醛基)苯并噻唑(BT)。在沒有分析物的情況下，探針分子上的羥基與噻唑中的氮原子發(fā)生分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程產(chǎn)生綠色熒光。由于汞離子能選擇性地催化縮硫

9、醛片段水解，降低整個分子的共軛程度，使熒光發(fā)生藍(lán)移，因此可以根據(jù)反應(yīng)前后不同波長處熒光強(qiáng)度比值的變化實(shí)現(xiàn)對汞離子檢測。當(dāng)加入銅離子后，銅離子可以與苯并噻唑中的N和O原子絡(luò)合，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，探針分子的熒光被淬滅。根據(jù)探針分子與汞和銅離子反應(yīng)后產(chǎn)生不同的熒光信號，可以同時對這兩種金屬離子進(jìn)行區(qū)分檢測。探針BT與汞和銅離子的響應(yīng)機(jī)制通過核磁、質(zhì)譜和空白對照實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了確認(rèn)。在分析實(shí)驗(yàn)中，該探針能夠高選擇地區(qū)分汞和銅離子而不受其他離子的干擾，其檢

10、測這兩種金屬離子的下限達(dá)到了納摩爾級別。更為重要的是，探針BT能夠有效地區(qū)分識別活細(xì)胞中汞和銅離子，表明其在生物學(xué)中的應(yīng)用潛力。
　　(5)以經(jīng)典的近紅外熒光基團(tuán)二氰基甲烯基苯并四氫吡喃衍生物(簡稱1-OH)為原料，在羥基鄰位引入一個氫鍵受體醛基得到一個具有分子內(nèi)氫鍵作用的二氰基甲烯基苯并四氫呋喃衍生物(簡稱1-OH-CHO)。與傳統(tǒng)的熒光基團(tuán)1-OH相比，修飾后的1-OH-CHO具有更高的量子產(chǎn)率、較強(qiáng)的熒光穩(wěn)定性、更大的斯托克