基于雙光子技術(shù)的熒光化學(xué)傳感器的研究.pdf

1、熒光檢測由于其快速、靈敏的特點，廣泛應(yīng)用于分析化學(xué)，生物化學(xué)，細(xì)胞生物學(xué)等領(lǐng)域。與單光子熒光相比，雙光子熒光由于長波激發(fā)短波發(fā)射，所用激發(fā)光的波長在常見有機(jī)分子無線性吸收、色散較小、光穩(wěn)定性較好的區(qū)域(比如紅外或近紅外)，對生物組織的損傷小而受到人們的廣泛關(guān)注，具有更好的空間選擇性和發(fā)展?jié)摿Α?本論文旨在合成新穎結(jié)構(gòu)的雙光子化合物并拓展雙光子化合物在化學(xué)傳感器中的應(yīng)用，合成了ZM 1-ZM 20共二十個新穎的化合物，從中篩選了分

2、別對Cvs/Hcy、Fe3+、Zn2+、F具有高選擇性的單/雙光子化學(xué)傳感器分子，并將其應(yīng)用到細(xì)胞成像中。具體來說，本論文研究內(nèi)容包括以下五部分： 1、咪唑核體系雙光子化合物的合成、表征與光物理性質(zhì) 設(shè)計、合成了以咪唑環(huán)為中心核的兩個系列八個Y型結(jié)構(gòu)的化合物ZM 1-ZM 8，詳細(xì)研究了這兩個系列化合物的光物理性質(zhì)，可以得出以下結(jié)論：(i)第一系列化合物ZM 1-ZM 4與第二系列化合物ZM 5-ZM 8，隨著Y型結(jié)構(gòu)下

3、端基團(tuán)的吸電子性逐漸增強，化合物的熒光光譜發(fā)生紅移；(ii)含有醛基的化合物都具有比較明顯的溶劑化效應(yīng)，隨著溶劑的極性增加，化合物的熒光峰位都有不同程度的紅移，而在醇溶液中，卻表現(xiàn)出顯著的藍(lán)移，這種特殊的溶劑化效應(yīng)是其它文獻(xiàn)中未見報道的；(iii)以羅單明B為參比，計算了化合物的雙光子吸收截面，其中Y型結(jié)構(gòu)上端是吸電子基-COOCH3的第一系列化合物ZM 1-ZM 4具有較大的雙光子吸收截面，有望成為一類重要的雙光子材料。 2、

4、基于咪唑核體系雙光子化合物對氟離子的檢測 利用F比其它陰離子具有更強的堿性，構(gòu)建具有F響應(yīng)的基于咪唑核體系的雙光子化學(xué)傳感器分子ZM 1-ZM 4，從中篩選了化合物ZM 3，重點研究了其對F的單、雙光子響應(yīng)。F的加入可以導(dǎo)致化合物ZM 3的紫外吸收和熒光發(fā)射光譜發(fā)生顯著紅移，實現(xiàn)了肉眼識別，并且引起了雙光子吸收與熒光的顯著變化，成功地實現(xiàn)了用雙光子熒光比度的方法來識別溶液中的氟離子。 3、基于咪唑核體系雙光子化合物對半胱

5、氨酸和高半胱氨酸的檢測 利用醛基能與Cys/Hcy發(fā)生特定的化學(xué)反應(yīng)，構(gòu)建具有Cys/Hcy響應(yīng)的基于咪唑核體系的化合物ZM 4和ZM 8，以及結(jié)構(gòu)類似而水溶性較好的化合物ZM 9和ZM 10。加入Cys/Hcy后，ZM 4溶液的熒光顏色由綠色變成青綠色，熒光峰位從535nm藍(lán)移到498nm；更為重要的是，化合物ZM 4能夠?qū)崿F(xiàn)對Cys/Hcy的雙光子熒光檢測。結(jié)構(gòu)相似的化合物ZM 8顯示出比化合物ZM 4對Cys/Hcy的檢測

6、具有更好的熒光響應(yīng)，不但引起了熒光顏色從紅色變成藍(lán)色，熒光峰位藍(lán)移的更加明顯(150nm的藍(lán)移)，而且可以引起469nm處熒光強度的顯著增加，是一個優(yōu)秀的熒光探針。 4、基于雜環(huán)體系化合物對半胱氨酸及高半胱氨酸的檢測 利用Cys/Hcy中-SH的親核能力，設(shè)計、合成了能選擇性識別Cys/Hcy的雜環(huán)化合物ZMll，考察了化合物．ZM11和ZM11結(jié)合Cys/Hcy后的單、雙光子性質(zhì)的變化。加入Cysh-Hcy后，ZM11

7、溶液的顏色由黃色變成了紅色，吸收峰位從430nm紅移到580nm；熒光峰位從566nm紅移到582nm，在紅光區(qū)域顯示出75倍的熒光增強。并且與Cys/Hcy所形成的化合物具有雙光子的性質(zhì)，適用于生物樣品中Cys/Hcy的單、雙光子熒光檢測，是一個優(yōu)秀的Cys/Hcy的熒光探針。更為重要的是，以ZM11為探針首次實現(xiàn)了活體細(xì)胞中Cys/Hcy的共聚焦成像以及雙光子熒光成像，可望為觀察Cys/Hcy在細(xì)胞內(nèi)的動態(tài)變化，更直觀的研究Cys/

8、Hcy對人體生理功能的影響提供了一種便捷的方法。 5、具有金屬離子響應(yīng)(Fe3+，Zn2+)的熒光化學(xué)傳感器 我們利用無熒光的閉環(huán)狀羅丹明化合物結(jié)合金屬離子后可轉(zhuǎn)化為強熒光的開環(huán)結(jié)構(gòu)，通過引入亞胺結(jié)構(gòu)構(gòu)建了能選擇性識別Fe3+的羅丹明衍生物ZM14，并將ZM14應(yīng)用于細(xì)胞中Fe3+的熒光成像，成像實驗表明化合物ZM14可以穿透細(xì)胞膜，并且可以迅速和細(xì)胞中的Fe3+進(jìn)行反應(yīng)，是一種可應(yīng)用于細(xì)胞中Fe3+檢測的熒光探針。同時