基于香豆素和罗丹明母体的活性硫及活性氧分子荧光探针的设计、合成与应用

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荧光探针因其具有灵敏度高、响应速度快、选择性好和抗干扰强等优点,被广泛的应用于医学、生物细胞成像等领域。当前,设计合成具有特定功能的荧光探针己成为研究的热点。生物活性硫(RSS)物种(如H2S,Cys/Hcy和GSH)和生物活性氧(ROS)物种(如HCl O、H2O2、O2-等),是生物体内广泛存在的一系列活性小分子,它们在维持组织活细胞的正常功能和信号传导中,发挥重要作用。其含量的异常往往与多种疾病密切相关。因此,对上述活性分子的检测尤其是同时对多种活性分子的区分检测,具有十分重要的意义。本文基于罗丹明和香豆素为母体,设计开发出了系列检测区分RSS/ROS的小分子荧光探针,具体工作如下:1.利用具有强给电子能力的吩噻嗪基团作为电子给体,设计合成了一系列(共12个)新型近红外的罗丹明荧光染料PRH1-PRH6和RH1-RH6,并系统研究了这些染料的光谱性能。在不同的溶剂中,系列吩噻嗪罗丹明染料PRH1-PRH6的紫外吸收介于584-630 nm之间,荧光发射介于732-760 nm之间,Stokes shift可达122-159 nm。该系列染料还具有较高的摩尔吸光系数(0.123-11.54)×105M-1cm-1,量子产率和荧光寿命分别处0.0072-0.0672和0.41-2.00 ns之间。PRH1-PRH6经过酯化后得到染料RH1-RH6紫外吸收在521-625 nm,荧光发射介于682-760 nm之间,摩尔吸光系数(0.1064-1.39)×105M-1cm-1,量子产率和荧光寿命分别处0.0005-0.0465和0.31-3.45 ns之间,Stokes位移进一步增大到120-173 nm。2.研究表明,RH1-RH6还可作为检测HCl O的近红外比率型罗丹明类荧光探针,且具有水溶性好、选择性高、检测限低(LOD=38 n M),响应速度快(t=10 s)、细胞毒性低、Stokes位移大、光稳定性好等优点。3.通过将试卤灵作为离去基团引入至香豆素中,设计合成了一种能同时检测区分H2S,Cys/Hcy和GSH的荧光探针Lyso-RC。Lyso-RC本身不发荧光,加入H2S,Cys/Hcy和GSH,可分别诱导探针发射出红色(604 nm)、蓝红色(480 nm+602 nm)、绿红色(542 nm+602 nm)荧光信号。此外,该探针对H2S,Cys/Hcy和GSH具有较高的灵敏度(LOD分别为0.38 n M、27 n M、33 n M、16 n M)、较快的响应时间(t<30 min)以及较强的抗干扰性及较低的细胞毒性等优点。并且,该探针具有良好的溶酶体靶向性,其共定位皮尔森系数高达0.96。利用该探针可成功实现对细胞溶酶体中的H2S,Cys/Hcy和GSH进行多通道成像。该探针为进一步深入研究H2S,Cys/Hcy和GSH之间的复杂关系提供了一个较强的可靠分子工具。
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