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BODIPY和罗丹明类阳离子荧光探针的研究

田茂忠  
【摘要】: 荧光分子探针具有诸如最高可达单分子检测的高灵敏度、能够实现开关操作、对亚微粒具有可视的亚纳米空间分辨能力和亚毫秒时间分辨能力、原位检测(荧光成像技术)以及利用光纤进行远距离检测等众多优点。氟硼荧(BODIPY)和罗丹明类荧光染料具有优异的光化学光物理性质,例如高的摩尔消光系数、良好的光稳定性、高的荧光量子产率等优点。因此,基于氟硼荧类和罗丹明类染料荧光分子探针的研究己引起人们越来越多的关注。 设计合成了BODIPY类pH荧光分子探针M1-M6。M5对pH的响应范围是pH5.36-3.66,其它都是近中性的pH荧光分子探针,M1-M6是专一识别质子的pH荧光分子探针。同时,发现可以通过增加BODIPY染料8位亚甲基氮原子上取代基的数量、增加脂肪链取代基的链长、引入芳香烃基团等途径来降低此类染料的pK_a值,这主要是由于该氮原子附近存在的空间张力增加,使得氮原子的质子化变得更难。这种通过改变BODIPY染料8位亚甲基氮原子上的取代基来调变探针pK_a对此类pH荧光分子探针设计很有意义。 基于PET原理设计合成了BODIPY类pH荧光分子探针BDTA。BDTA具有非常狭窄的pH识别范围(pH 2.00-0.65),具有很高的pH灵敏度。此外,BDTA不能够识别金属离子和阴离子,因此,BDTA是一个专一识别质子的pH荧光分子探针。 基于PET原理设计合成了BODIPY类荧光化合物BPb_1,在乙腈中其最大吸收波长(496 nm)和最大发射波长(505 nm)在可见区,荧光量子产率为0.013,加入过量Pb~(2+)后,pb~(2+)-BPb_1络合物的荧光量子产率增大到0.693。其它常见金属离子和阴离子在乙腈中对BPb_1检测Pb~(2+)没有明显的干扰。荧光增强是由于pb~(2+)和受体的络合阻断了探针分子中由受体到荧光母体的光诱导电子转移(PET)。 设计合成了两个罗丹明类Cu~(2+)荧光增强型分子探针RB2和RG2。在Tris-HCl中性缓冲液中,RB2和RG2在常见金属离子中(Na~+,K~+,Mg~(2+),Ca~(2+),Ba~(2+),Mn~(2+),Cd~(2+),Cr~(3+),Co~(2+),Ni~(2+),Ag~+,Pb~(2+),Zn~(2+),Fe~(3+),Fe~(2+),Hg~(2+))和常见阴离子(Ac~-,Cl~-,NO_3~-,H_2PO_4~-,PO_4~(3-),SO_4~(2-))中能够专一性地识别Cu~(2+),具有很高的灵敏度,RB2至少可以检测到1 nM Cu~(2+);RG2至少可以检测到0.1 nM Cu~(2+)。加入Cu~(2+)后,RB2和RG2的荧光强度分别增大约195倍和309倍。RB2、RG2对pH不敏感,可以在较宽的pH范围(包括重要的生理pH范围)内对Cu~(2+)高灵敏地识别。RB2、RG2分别和Cu~(2+)作用后,溶液的颜色和荧光发生明显地变化。 合成了罗丹明类荧光化合物RB1和RG1。RG1对pH的响应范围是pH 4.51-0.96。随着酸度的增加(pH 4.51-0.96),RG1的吸光度和荧光强度将逐渐增大,pH降到0.96时,其荧光强度增大了约69倍,而且RG1对常见金属离子和阴离子都没有响应,所以RG1是一个高灵敏、可以专一识别质子的pH荧光分子探针。


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