摘要
氟离子作为一种重要的阴离子，在低剂量下对牙齿和骨骼健康有益。但高摄入氟离子会导致氟中毒，同时也引起肾脏毒性变化和人类尿毒症毒性。因此，开发一种高效、准确的检测活体内的氟离子的方法，并可视化研究生物体内氟化物的积累，具有重要意义。荧光探针具有实时传感、高灵敏度、高选择性和适用于体内生物成像分析等优点，被广泛认可为检测氟离子的有效方法。 本论文设计并合成了七种结构新颖的以二氰基异佛尔酮为母核的荧光探针（IF-H-F、IF-OCH-F、IF-F-F、IF-Cl-F、IF-Br-F、IF-CHO-F和IF-SZ-F），用于对氟离子（F-）进行灵敏检测，并运用核磁共振氢谱、碳谱和高分辨质谱等手段对荧光探针结构进行表征。通过荧光光谱仪、紫外分光光度计和倒置荧光显微镜等仪器测试了每种荧光探针的光谱特性。此外还通过高分辨质谱研究了探针可能的荧光响应机理。最后根据每种荧光探针的不同特性，将其应用于生物成像和实际水样中氟离子的检测。 根据本论文的实验结果： 1. 通过两步反应合成了以二氰基异佛尔酮为荧光母核，以叔丁基二甲基硅烷为检测基团的荧光探针IF-H-F、IF-OCH-F、IF-F-F、IF-Cl-F和IF-Br-F的五种探针，通过紫外吸收光谱和荧光光谱实验筛选出在 DMSO/PBS（1∶1，pH=7.4）的检测溶液中荧光性能更为优异的探针 IF-Br-F，其表现出了较低的检出限和响应氟离子前后溶液明显的颜色变化（黄色变为紫色）等优点。并通过HRMS和DFT计算成功验证了探针响应氟离子的机制。IF-Br-F 还具有高灵敏度和低检测限（5.82×10-7 mol/L），并成功应用于检测实际水样中的氟离子。另外，探针 IF-Br-F 具有较低的细胞毒性和良好的生物相容性，已应用于斑马鱼、细胞和拟南芥根的荧光成像。 2. 在荧光探针 IF-H-F 的基础上，通过结构修饰设计并合成出具有 ESIPT 效应的探针IF-CHO-F和IF-SZ-F。IF-SZ-F上的苯并噻唑环和IF-CHO-F上的醛基的邻位羟基都被叔丁基二甲基硅基封闭，氟离子可以特异性地切断氧硅键，暴露出羟基。而羟基上的氢质子可以转移到相邻的苯并噻唑环和醛基上，使探针结构具有ESIPT效应，从而导致光谱性质的变化。在乙腈/PBS（1∶1，pH=7.4）的检测溶液中，探针IF-SZ-F展现出更为出色的荧光性能。在与氟离子响应后，IF-SZ-F 的发射波长为 695 nm，可在 90 秒内快速响应氟离子，检测限为 4.02×10-7 mol/L，并成功应用于斑马鱼、细胞、拟南芥根的成像和实际水样中氟离子的检测。
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