多反应位点荧光分子的设计、合成及其对生物硫醇和H_2S的多重传感性质研究

【摘要】：荧光探针,是目前超分子化学中最活跃、应用最广泛的领域之一。它一般是由含有较大共轭、共平面结构的有机小分子所构成,其成本低廉、操作简洁、易于修饰、易分离纯化,并且往往具有高灵敏度、高选择性和生物相容性。此等优点使其成功应用于实际环境或生物活体样品的检测,因此备受科学家的关注。生物硫醇包括半胱氨酸(Cys),高半胱氨酸(Hcy)和谷胱甘肽(GSH),它们在生物系统内与硫化氢(H2S)可以互相转化。此四种化合物在生命活动和疾病诊断中都分别扮演者非常重要的角色。因此本文设计、合成了三种有机小分子荧光探针,并且利用Cys、Hcy、GSH和H2S的强亲核性与之发生一步或几步作用,使反应前后的光谱性质产生大幅改变,进而实现高选择性和高灵敏度的分析与检测,并且成功应用于活细胞内的荧光成像。本文的主要内容如下:1.简述荧光探针的设计方法、传感原理以及用于检测生物硫醇和H2S探针的研究现状,提出本文的设计思路、研究目的及其意义;2.设计合成了一种以吖啶橙为发光基团、3,4-二甲氧基苯硫基为识别基团的荧光探针(Probe 1)。此探针能够通过不同的发射波长、测试体系不同的pH达成Cys与Hcy/GSH的区分或GSH与Cys/Hcy的区分,以及对Cys和GSH的同时检测。在EtOH-PBS(pH=7.4,1%EtOH)的溶液体系中,Probe 1对GSH具有高度选择性,其响应可在2分钟内达到平衡,检测限可达5.0nM;在EtOH-PBS(pH=6.0,20%EtOH)的溶液体系中,Probe 1对Cys具有高度选择性,其响应可在8分钟内达到平衡,检测限为0.11 μM。控制化合物光谱数据比对和作用产物质谱图证实了 Probe 1对三种生物硫醇的传感机理。最后,Probe 1成功应用于HeLa细胞内的荧光成像;3.设计合成了一种以香豆素为发光基团、3,4-二甲氧基苯硫基为识别基团的荧光探针(Probe2)。此探针含有多个反应位点,可以使Cys、Hcy、GSH和H2S通过截然不同的反应历程分别与之作用生成不同光谱性质的产物,实现了对四种客体的逐一区分以及对Cys、GSH、H2S的同时检测,三者检测限分别为31.4 nM、9.7 nM、0.11 μM。控制化合物光谱数据比对、作用产物质谱、福井函数计算结果和原子偶极矩校正Hirsfeld布居电荷计算结果亦证实了 Probe 2的传感机理。,最后,Probe 2成功应用于HeLa细胞内的荧光成像;4.在上一章的研究基础上,将识别基团进行改变,即合成了以1,2,4-三唑基为识别基团的荧光探针(Probe3)。在能够同时检测Cys、GSH和H2S各自含量的基础上,针对Hcy作用产物无荧光的缺陷,通过使用表面活性剂的方法达成了其荧光off-on的效果。虽然仍受到GSH的干扰,但可以测得Hcy和GSH的总量,进而通过计算得到Hcy的含量。该探针亦可应用于HeLa细胞内的荧光成像。