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作为人体丰度第二的过渡金属元素,Zn2+承载着很多不可替代的重要生理功能。近年来,研究发现.Zn2+代谢紊乱在很多神经退行性疾病的产生及恶化中起重要作用,这就需借助Zn2+荧光探针技术实现对Zn2+时空追踪造影进行深入研究。近年来Zn2+荧光探针的研究发展迅速,但还存在一些重要的不足,需要进一步研究加以克服。
目前应用最广泛的TSQ系列荧光探针需要紫外光激发。紫外光对细胞和组织造成损伤,而且使生命体内源物质产生荧光,因而限制了它的应用。本文利用可蓝光激发的4-氨基—7-硝基-1,2,3-苯并呋咱(λex~460nm)为荧光基团偶连Zn2+螫合团二(2-吡啶甲基)胺,获得了锌离子选择性荧光探针N—(2-bis(pyridin-2-ylmethyl)amino)ethyl)—7-nitrobenzo[c][1,2,5]oxadiazol-4-amine(NBD—BPEA)。其最大激发及发射波长都位于可见光区,减小了对生命组织或细胞的损伤,并能避免生命体内源荧光物质的影响。NBD—BPEA显示了良好的Zn2+结合荧光增强的性能,与锌离子以1:1的比例配位。同时它具有良好的脂溶性和过膜性能,能顺利通过HeLa细胞的细胞膜对胞内自由Zn2+造影。此外,它对近生理环境pH变化惰性,具有合适的量子产率,适合对生命体内自由锌离子跟踪造影。该探针将为Zn2+神经无机化学的研究提供新的技术支持。
TSQ系列探针的另一个主要缺点是它与锌离子以2:1的比例结合,不仅能与自由锌离子作用,还能与生命体内未饱和配位的锌离子作用,影响检测的准确性。通过在8-氨基喹啉上引入多个协同配位点形成离子螯合基团,本文获得了与Zn2+以1:1比例作用的荧光探针2-(bis(pyridin-2-ylmethy)amino)-N—(quinolin-8-yl)ethane sulfonamide(BPSQ),有可能避免TSQ上述缺点。该探针在水和乙腈中都能选择性荧光识别Zn2+,甚至水溶液中高浓度的碱金属与碱土金属离子的存在也不会显著影响BPSQ对自由锌离子的识别能力。在水溶液中,BPSQ表现为MCHEF型探针,且显示较好的pH惰性。在极性较小的非质子性溶剂乙腈中BPSQ表现为Ratiometric型探针。具体细胞造影实验正在进行中。
针对现有MCHEF型探针无法对生命环境中Zn2+定量的缺点,Fahrni小组设计合成了一系列能定量检测Zn2+的Ratiometric型探针。但它们都需要紫外光激发(~300nm)。本文将其2-苯基苯并咪唑荧光团改性为2-苯基萘并咪唑,同时为使探针与金属离子1:1配位,引入含多个配位点的二(2-吡啶甲基)胺作为协同离子螯合基团,设计了新的比例计量Zn2+荧光探针N—(2-(3H-naphtho[2,1-d]imidazol-2-yl)phenyl)-2-(bis(pyridin-2-ylmethyl)amino)ethanesulfonamide(NPAS)。希望它能被可见光激发,同时具备Ratiometric型探针特点。目前通过七步化学合成,我们已得到了NPAS粗品,但有待进一步提纯。其激发性能和Zn2+荧光探针性能研究将随之展开。