基于ICT/TICT/PET机理的萘酰亚胺类荧光化合物的设计合成与生物应用

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细胞内系统小分子的异常表达将影响到整个生命生理活动的正常运转。由于细胞的复杂性,探测特定的细胞内系统小分子的变化并非是一件简单的事。荧光探针具有分子量小、易于操作及化学稳定等优异的特点。它通常依赖于荧光显微成像技术,该技术可以实现以多维方式在分子水平上检测,可视化和表征生物体的形态和动态现象,从而实现生物体内小分子的检测分析以及生物成像。这对于阐明并深入研究生命体内小分子的作用机理及与人类疾病的关系等具有重要意义,同时,推动着生物学、医学研究的发展。因此,在本工作中,设计合成了两例基于连接臂诱导效应调节ICT/TICT/PET机理的萘酰亚胺类荧光探针,实现了荧光探针在生物识别和生物成像中的应用价值。细胞内酸碱度是与细胞代谢和病理状态相关的重要因素,它是细胞异常的关键生物标志物,影响着机体的基本生命活动。因此,寻找一种合适的方法来监测酸碱度的微小变化至关重要。为了能够监测p H值的改变这一理化性质,设计合成了一种以亚甲基链作为连接臂,并通过其诱导效应调节分子内电荷转移(ICT)过程的萘酰亚胺类荧光探针NI-OH。光谱实验表明:在不同p H值的存在下,探针NI-OH的荧光强度会发生变化。细胞实验表明:荧光探针NI-OH具有可忽略的的细胞毒性。由此可见,探针NI-OH能够对生物体内p H值的改变进行生化分析,具有对生物体内p H变化进行细胞成像的潜力。细胞内异常水平的硫化氢对DNA造成的氧化损伤与人类疾病息息相关,因此,建立新型的用于体内由硫化氢对DNA造成的氧化损伤可视化检测与分析方法具有重要意义。基于一系列前期的文献调研,本工作设计合成了一系列以萘酰亚胺为荧光团,以不同长度的亚甲基链为连接臂,以叠氮基团为识别基团的荧光探针NT-N3-1,NT-N3-2,NT-N3-3。以NT-N3-2,NT-N3-3作为对比分子,通过一系列光谱及生物测试发现荧光探针NT-N3-1可以实现与硫化氢-DNA高效、特异性结合,从而检测生物系统中由硫化氢引起的DNA的损伤。当探针分子NT-N3-1处于溶液中的自由状态时,分子发生光诱导电子转移(PET),荧光很弱。当分子遇到硫化氢-DNA双靶标分子时,探针分子通过其识别基团的结构与构象的协同变化促使分子发生分子内电荷转移(ICT)与扭曲分子内电荷转移(TICT),实现同时专一性检测生物系统中的H2S以及由H2S引起的DNA的氧化损伤。
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