摘要
近年来，荧光计和荧光显微镜等荧光仪器的开发，使得荧光探针技术飞速发展，逐渐成为现代生物化学和生物学研究的关键工具。小分子荧光探针是一种基于能量转移、信号转换的重要检测方法，其具有反应快、实用简便和易于观察等优点，在检测能够对细微变化迅速地做出精准表达。作为一种重要的分析手段，荧光探针应用范围广阔:例如，在生产、生活中荧光探针可用于各类阴阳离子等物质的检测;在人体健康方面，荧光探针的检测对象可以是活性氧/氮等生理活性分子也可以是核酸、蛋白质等生物功能大分子;在细胞层面，荧光探针也能够对各个细胞器的酸碱度、粘度变化以及极性差异等生理条件进行表征。有机小分子荧光探针与其他检测手段相比更灵敏，选择性更高，能够显示局部生物信息，是跟踪监测细胞器的有效工具。为了得到更完善的功能性荧光探针并应用于生物学研究领域，低细胞毒性、良好的光稳定性、抗干扰性以及更少的背景荧光干扰都是必不可少的特性。 氧杂蒽染料作为应用最广泛的母体荧光团，具有结构易修饰、光物理性质优异和生物相容性好等性能优势，在生物成像和生物传感等方面都有良好应用。用于构建荧光探针整体框架的主要荧光基团，沟通供-受体两部分的连接基团，以及发挥检测作用的识别响应基团通常是构成荧光探针的三个部分，在设计荧光探针时，上述三个部分中关于荧光团的选择是重中之重。在众多荧光染料中，氧杂蒽染料结构中含有氧杂原子，具有结构易修饰，荧光量子产率高，水溶性、光稳定性好，以及细胞毒性低等特性，这使其在选择荧光探针的主体荧光团时受到青睐，有被进一步研究和开发的应用潜力。 本论文基于氧杂蒽小分子荧光染料为母体荧光团进行改性，制备了一系列氧杂蒽衍生物荧光探针，用于细胞器可视化、金属离子Hg2+检测与生理活性分子ClO-的检测等方面，并进行光物理、生物成像等方面的测试来研究其性。主要内容如下: （1）开发了一种脂滴/溶酶体同步可视化的荧光探针，以氧杂蒽小分子染料为基础，制备了极性敏感的脂滴和溶酶体靶向荧光探针HOL,其作为新的亚细胞器同步可视化探针突破了单细胞器靶向探针的局限性。经过光物理和光学成像测试评估了该探针的性能，确定了探针的极性敏感性和溶剂变色效应，探针具有优异的量子产率和光稳定性。在细胞试验中，探针HOL表现出良好的生物相容性，在脂滴、溶酶体靶向试验中与商业染料具有良好的共定位系数。在双色成像试验中，探针HOL既能对脂滴和溶酶体双色可视化，也能够分别监测脂滴和溶酶体的变化，表明其能够成为研究脂滴和溶酶体之间相互作用的有力工具。 (2)开发了一种新的用于Hg2+检测的荧光传感器，基于氧杂蒽染料进行制备，进一步扩展了氧杂蒽荧光团的应用开发。此外，该荧光探针实现了对Hg2+的比率检测，经过光物理和光学成像测试评估了该探针的性能，探究了HOS的高灵敏度和选择性，对Hg2+的检测限为36nM。在应用中，能检测在水样和虾的消化液中的Hg2+，制备的试纸条在Hg2+的检测中，也表现出良好的效果。在生物试验中，表现出良好的生物相容性，成功用于细胞、斑马鱼和烟草幼苗的切片中Hg2+离子的检测，具有很大的实际应用潜力。 (3)开发了一种新的用于ClO-检测的荧光传感器，通过Suzuki-Miyaura反应在氧杂蒽环基础上制备了新的AIE荧光染料HON-CHO,经过荧光、粒径等测试验证了其具有AIE效应，在水中的聚集体荧光强度最大有6.5倍的增加。在此基础上，引入ClO-的识别位点腙键，开发了“关-开”型荧光探针HON,对氧杂蒽衍生物的进一步应用研究有重要意义。经过光物理测试验证了探针HON的性能，该探针具有高选择性、良好的稳定性，并且检测限低至0.48μM,荧光“开启”后荧光强度有大于10倍的增加。并且在HeLa细胞中成功检测到ClO-，表明该探针可能成为实际应用中的可靠化学工具。
NETL