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由ROS/RNS引起的氧化和亚硝化应激诱导在很多生理过程中发挥着至关重要的作用,并且与很多疾病包括癌症、神经性疾病等有密切联系。次氯酸(HClO)作为ROS中的一种,广泛应用于我们的日常生活中,例如饮用水的消毒、家用消毒液。然而,HClO使用时的浓度通常控制在10-5-10-2 M之间,浓度过高就会对植物、动物甚至人类构成威胁。另一方面,生物体内生性HClO由于具有抗菌特性,在抵御外来微生物入侵等生命过程中发挥着重要作用。维持HClO在适当的浓度对生物体来说尤为重要,因为HClO的浓度过量时会导致严重的组织损伤和引起多种疾病,例如关节炎、心脑血管疾病、动脉硬化、神经系统衰弱以及癌症等。 氰化物是毒性极强的物质,即使微量也能致人死亡。然而,氰化物盐广泛应用于工业生产中,例如合成纤维、采金、电镀和冶金等。由于其剧毒的性质,氰化物的大规模使用会对人类的健康构成巨大的威胁。氰化物由于是金属-酶和非金属-酶的阻断剂,这会导致血管、心脏、视力、内分泌、中枢神经和代谢系统的紊乱,从而引起疾病。由于HClO和氰化物在环境和生物体中重要的作用,因而开发出识别和示踪HClO和氰化物的方法引起了科研人员的极大关注。 荧光探针由于具有灵敏度高,选择性好,操作简便,生物细胞的无破坏性等特点,常用于生物细胞和活体中活性物质的测定。且荧光探针与激光共聚焦显微成像技术结合,能够有效地对活细胞和组织内活性物质“实时、可视、定量”的高灵敏度检测。 本论文以香豆素荧光染料为母体,基于分子内电荷转移机理,设计了一系列可用于实时检测和示踪HClO和氰化物的荧光探针。具体内容包括以下两个方面: (一)设计合成了一个基于香豆素染料为母体的HClO荧光比率探针。此探针第一次将HClO选择性氧化N-烷基化吡啶盐作为设计思路用于构建HClO荧光探针;反应前后荧光发射光谱有显著的波长变化,波长蓝移多达143 nm;探针对HClO具有高度的选择性和灵敏度,检测下限为0.093μM;通过NMR和ESI-Ms表征出反应产物2的结构,证明出其反应机理;探针不仅可以应用于检测水样中HClO的含量,而且可以对生物体内生性的HClO进行荧光成像。 (二)以香豆素染料为母体进行修饰,设计了CN-的比率荧光探针。通过在CN-的特异性反应中生成的氰基的强吸电子能力,增强了香豆素到氰基间的分子内电荷转移(ICT)过程,削弱了原先的从香豆素到3位双键间的分子内电荷转移(ICT),通过这个过程使香豆素的荧光重新恢复。探针对CN-具有高度选择性和灵敏度,检测下限为0.12μM。探针不仅可用于检测水样中氰化物的含量,而且可以检测作为食物的木薯中氰化物的含量。