基于萘酰亚胺结构的超氧负离子和一氧化碳荧光探针合成和生物成像应用

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超氧负离子(O2·-)是生物学上重要的活性氧物种(ROS)之一。O2·-是一种重要细胞信号传导分子,但是过量的O2·-会导致生物膜和组织的损伤,O2·-与炎症、糖尿病、恶性肿瘤和神经退行性疾病等多种疾病有关。一氧化碳(CO)是一种在大气中数量最多、分布最广的气态污染物。另外,CO也是一种存在于生物体内的气态信号分子,在调节包括呼吸系统、血液循环系统和神经系统内的许多生理和病理变化过程中扮演着重要角色。因此,发展生命体系中检测追踪O2·-和CO的方法具有重要意义。荧光探针可以通过与特定检测物的实时反应,可以进行无创地原位检测。同时根据荧光探针本身的颜色或强度变化,我们可以对检测物进行有效地定量或定性分析。因此,荧光探针成为了生命科学领域广泛使用的研究工具。目前我们对O2·-和CO在生物体内的作用机制没有建立体系,为了充分研究其在生命生理或病理过程中发挥的作用,本文以萘酰亚胺为荧光团设计、合成了检测O2·-和CO的荧光探针用于生物体或细胞中对二者的追踪。第一部分,基于萘酰亚胺荧光团,以三氟甲磺酸酯为O2·-识别位点、吗啉为溶酶体靶向基团构建了一种溶酶体靶向的O2·-双光子荧光探针Lyso-MHC。探针本身荧光很弱,其与O2·-反应后,荧光显著增强,是一种开启型荧光探针。其发射波长为556 nm,当存在O2·-时,三氟甲磺酸酯离去反应生成羟基,萘酰亚胺荧光团发出明亮的黄光并能良好的靶向溶酶体。在生物成像中,其能对细胞和斑马鱼中的外源性和内源性O2·-进行灵敏的识别。另外,还可对小鼠肺炎组织中产生的过量O2·-进行原位检测。第二部分,基于Tsuji-Trost反应,以烯丙基醚为CO反应位点、1,8-萘酰亚胺为荧光团、甲磺酰胺为靶向基团,设计了一种内质网靶向的比率型CO荧光探针ERCO。在加入Pd Cl2和CORM-2后,烯丙基醚离去生成羟基。探针由蓝光变为黄光,探针发射波长由456nm变为553nm。比率型探针可以有效降低背景干扰,是一种非常有利于荧光成像的探针类型。该探针具有光稳定性好、选择性强、信噪比高等优点。在生物成像实验中,该探针能良好靶向细胞内质网并有效地对内源性和外源性的CO进行成像。
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