新型熒光分子探針的設計及其在生物檢測與成像中的應用.pdf

1、結合熒光成像技術的熒光傳感原理與方法在生物檢測、環(huán)境分析和醫(yī)學診斷等領域中的應用越來越廣泛。近紅外探針結構的設計,可視化比率熒光探針的構建,靈敏的熒光顏色區(qū)間變化等元素的引入,增強了熒光探針靈敏度的同時,拓寬了應用范圍。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,通過合成功能化的有機分子,發(fā)展反應型的目標物識別原理,結合具有發(fā)光性能的納米材料,在響應速率、檢測靈敏度、信號輸出可視化等方面進行了改進。本論文的

2、主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)結合CO與環(huán)鈀配合物的特異性羰基化反應與鈀的重原子電子效應,設計了針對CO氣體以及內(nèi)源性CO的熒光增強型檢測方法。通過將環(huán)鈀配合物修飾在苯并咪唑結構上制備了無熒光的探針結構,并通過引入羧基基團提高水溶性。當CO加入后,由于CO與環(huán)鈀配合物發(fā)生羰基化反應,鈀配合物結構被質解,釋放出發(fā)熒光的苯并咪唑配體結構,熒光恢復。該探針與CO的特異性反應,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、限達到0.06μM。該熒光增強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進行細胞成像研究。
　　(2)設計了SO2及其衍生物的新型納米復合物探針(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,利用石墨烯結構與芳基化合物的π-π堆疊相互作用形成納米復合物探針。將發(fā)藍色熒光的氧化石墨烯作為信號內(nèi)標,而花菁衍生物發(fā)黃色熒光,由于熒光共振能量轉移(FRET

4、)藍光被猝滅,復合探針顯示黃色熒光。當SO2及其衍生物存在時,與不飽和C=C鍵發(fā)生加成反應,破壞了黃色的熒光發(fā)射,抑制FRET過程,藍色熒光恢復。當加入目標物,探針的比率熒光強度增強了25倍,同時伴隨探針溶液熒光顏色由黃色至藍色的易于視覺識別的靈敏變化。復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)對細胞中SO2衍生物的濃度分布進行分析。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,有望進一步用于構建新的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,制備了-C=N-OH取代的花菁結構,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,可逆的信號響應以及低的細胞毒性,對水溶液中以及細胞中的pH變化均能靈敏響應。當pH值由中性向酸性變化時,引起探針骨架中氮原子的質子化,最大吸收波長發(fā)生了170nm的位移,且新的吸收峰強度增強?？梢姽庀?探針溶液顏色呈現(xiàn)由黃色至綠色至藍色的區(qū)間漸進變化。

6、最大發(fā)射波長發(fā)生了37nm的紅移,同時新發(fā)射峰處的熒光增強了8倍,熒光光譜的積分強度增強了2.1倍左右,比率熒光強度(I660/I623)增強了接近26倍,計算出的pKa值為5.46。實驗結論表明探針對呈弱酸性的環(huán)境更靈敏(4.5-7.4),與細胞環(huán)境的pH范圍高度吻合,成功實現(xiàn)了對細胞中pH值變化的熒光成像分析,有望進一步用于監(jiān)測細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-弱-強”熒光信號響應模式

7、實現(xiàn)對D-青霉胺的靈敏檢測。在實驗中巰基十一酸(MUA)同時作為還原劑與保護劑,一步簡易制備了紅色熒光的金團簇(MUA-AuNCs),金團簇的平均粒徑為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處有強的熒光發(fā)射。銅離子的存在引發(fā)電子轉移過程,MUA-AuNCs的熒光被猝滅,當加入青霉胺后,由于青霉胺與銅離子更強的配位能力將銅離子拉離金團簇,金團簇的熒光恢復。MU