用于活性物种检测的荧光探针的合成及应用

【摘要】：活性物质,包括活性硫(RSS,如GSH,Hcy,Cys,H_2S,H_2S_n,SO_2衍生物等),活性氧(ROS,如O_2~(·-),H_2O_2,HOCl,·OH,HOBr等)和活性氮(RNS,如ONOO~-,NO,NO_2等)。其中,活性硫物种(RSS)被定义为“在生理条件下能够氧化或还原生物分子的氧化还原活性硫分子”。硫化氢(H_2S)是一种最简单的生物硫醇,具有毒性且有臭鸡蛋气味,与CO、NO等气体一起作为重要的信号传导物质被发现。同时,它的水平异常和糖尿病、唐氏综合征、阿尔茨海默病、肝硬化等多种疾病相关。作为生物体内重要的活性硫(RSS),SO_2/SO_3~(2-)/HSO_3~-在生物体内发挥着重要的作用。研究表明SO_2是除了硫化氢(H_2S)和一氧化氮(NO)之外在生物体内的另一种基本的信号传导分子。内源的SO_2已被认为可显着减轻线粒体变形和肿胀,并参与调节各种生理过程,如放松血管,增加抗氧化能力,并维持氧化还原平衡。当摄入过多的SO_2/SO_3~(2-)/HSO_3~-可以造成一系列病症,如呼吸道疾病,过敏反应,线粒体功能障碍,抗氧化系统紊乱,胶质反应,神经系统疾病,心血管疾病等。SO_2/SO_3~(2-)/HSO_3~-和S~(2-)/HS~-/H_2S作为活性硫物种的重要成员,对生物体内生理和病理过程起着非常重要的作用。近年来,RSS生物学也日益成为人们关注的焦点。次氯酸(HOCl)/次氯酸盐(Cl O~-)是最重要的活性氧(ROS)之一,它可以在人体内由酶催化产生。在先天性免疫中,HOCl是一种氧化剂,具有很强的抗菌活性。尽管其对抗菌有贡献,但其水平异常引起的氧化应激,涉及动脉粥样硬化、关节炎、心血管疾病甚至癌症等多种疾病。此外,它作为有效物质已广泛应用于日常生活中包括纸张和纺织品的漂白,以及生活用水的消毒。世界卫生组织(WHO)已经规定饮用水中HOCl的含量不超过0.2 ppm。因此,HOCl/Cl O~-的精确测量成为一个重要的研究领域。近年来,利用荧光探针进行荧光成像具有实时、灵敏、无创,低成本,操作简单等特点,已经成为可视化生物分子和环境监测的有力分析工具。因此。相关的荧光探针的设计合成对探究活性硫物种在生物体的分布和作用以及环境中的HOCl/Cl O~-的快速精确测定具有重要意义。论文的第一部分以天然存在的L-脯氨酸为原料合成了大环多胺类的荧光探针分子MPAD。该分子可以在不受其它阳离子的干扰下特异性结合Cu~(2+)(结合常数1.32×10~4 M~(-1))形成MPAD-Cu~(2+)配合物。溶液中的荧光滴定表明,Cu~(2+)可以淬灭探针MPAD的黄色荧光从而得到荧光背景较低的配合物。对原位形成的配合物进行荧光滴定表明,S~(2-)可以在不受干扰下显著增强体系的荧光,具有较好的检测S~(2-)的能力(LOD=6.1μM)。原位形成的配合物成功的运用于He La细胞的荧光成像,因此在活细胞内H_2S的检测方面具有潜在的运用前景。论文的第二部分,通过Knoevenagel缩合反应成功的合成了含有芘和蒽的两种荧光探针P-Py和P-An用于SO_2的检测。探针P-Py在水溶液中表现出绿色荧光,在加入HSO_3~-后引起探针的Michael加成反应,荧光发生蓝移变为蓝色,实现对HSO_3~-的比率传感。化合物P-An在水溶液中具有蓝色荧光与HSO_3~-作用后蓝色荧光增强,实现荧光开启的传感行为。探针P-Py和P-An在溶液中的荧光滴定表明,两者都对HSO_3~-具有良好的检测能力且成功的运用于He La细胞的荧光成像研究,表明具有潜在的生物荧光成像的价值。论文的第三部分,合成了一种联萘酚与硫辛酸衍生的荧光化合物BINOL-LA。利用硫辛酸部分二硫键在紫外光或阳光照射下的裂解反应,可以绿色合成以该荧光分子作为配体的银纳米粒子。我们利用银纳米粒子(Ag NPs)作为载体使得BINOL-LA在银纳米粒子上聚集从而导致荧光的淬灭,由此获得了较低的荧光背景信号。利用HOCl/Cl O~-的强氧化性,使Ag NPs被破坏释放出荧光分子,实现对HOCl/Cl O~-的比色和荧光传感。这种方法具有快速响应,选择性好,实时检测等优点,并成功运用于湖水和自来水中的HOCl/ClO~-的检测。