摘 要

荧光探针法是利用某种能与特定目标分子或离子特异性结合，且复合后荧光光谱发生显著变化的探针分子，对细胞样品进行染色，然后在紫外光照射下发射荧光，从而通过显微镜直接观察和测量得到所需信息的方法。基于二氧化硫衍生物与c=c双键的加成反应，设计并合成了探针HDI。当检测到亚硫酸氢盐时，双通道荧光探针HDI从橙色变为无色，荧光从红色变为蓝色。探针在2分钟内迅速响应亚硫酸氢盐，具有高灵敏度和特异性。此外，探针能够以一个低检测限（0.09μM）用于检测亚硫酸氢盐的浓度。细胞学实验还证明，探针HDI具有低细胞毒性，可用于比例检测活细胞中的二氧化硫衍生物。

关键字：二氧化硫衍生物 荧光探针 亚硫酸氢盐 双吲哚结构 花菁染料

The synthesis and application of a fluorescence probe based on hemicyanine structure

Abstract

The fluorescent probe method utilizes a probe molecule that specifically binds to a specific target molecule or ion and complexes the fluorescence spectrum to change significantly. The cell sample is stained, and then the fluorescence is emitted under ultraviolet light, thereby passing through the microscope. A method of directly observing and measuring the required information. Based on the addition reaction of the sulfur dioxide derivative to the c=c double bond, the probe HDI was designed and synthesized. The two-channel fluorescent probe HDI changed from orange to colorless and the fluorescence changed from red to blue when the bisulfite was detected. And the probe responds rapidly to bisulfite within 2 mins, with high sensitivity and specificity. In addition, the probe can be used to detect the concentration of bisulfite with a low detection limit (0.09 μM). Cytological experiments have also demonstrated that probe HDI has low cytotoxicity and could be used for ratiometric detection of sulfur dioxide derivatives in living cells.

Key Words: Sulfur dioxide derivative; Fluorescent probe; Bisulfite; double-indole structure; caynine dyes

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 半花菁荧光探针综述 1

1.1 荧光探针介绍 1

1.1.1 荧光探针的结构 1

1.1.2 荧光探针的响应机理 1

1.2 半花菁染料的结构和特点 1

1.2.1 半花菁染料的结构 1

1.2.2 半花菁染料的特点 2

1.3 半花菁染料的应用背景 2

1.4 半花菁结构的荧光探针研究进展及应用 3

1.4.1 半花菁染料在识别阴离子中的应用 3

1.4.2 半花菁染料在识别硫醇类物质及其类似物中的应用 3

1.4.3 半花菁染料在识别二氧化硫衍生物中的应用 4

1.4.4 半花菁染料在识别金属离子中的应用 4

1.4.5 半花菁染料在PH检测中的应用 5

1.4.6 半花菁染料在识别不同结构蛋白质的应用 6

1.5 检测二氧化硫荧光探针的意义和设计思路 6

1.5.1 本课题的研究意义 6

1.5.2 本课题的设计思路 7

第二章 实验部分 8

2.1 仪器和试剂 8

2.1.1 实验仪器 8

2.2 探针HDI的合成 9

2.2.1 化合物1的合成 9

2.2.2 HDI的合成 9

2.3 理论计算 10

2.4 准备UV-VIS和光谱测量 10

2.5 活细胞培养和细胞毒性测定 10

2.6 活细胞荧光成像 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 探针HDI的合成和特征光谱 12

3.2 探针HDI对HSO₃^-的敏感特性 13

3.3 响应时间 15

3.4 分子轨道和提出的检测机制 16

3.5 PH值的影响 17

3.6 检测HSO₃^-的选择性 18

3.7 探针HDI的毒性和细胞成像 19

3.8 结论 21

第四章 结果与展望 22

3.8.1 结果 22

3.8.2 展望 22

参考文献 23

致谢 26

第一章 半花菁荧光探针综述

1.1 荧光探针介绍

1.1.1 荧光探针的结构

荧光探针分子主要由两部分构成，一部分是荧光基团，而另一部分是识别基团，二者键合在一起。有识别作用那一部分又分为两类，其一为螯合剂类，其二为超分子配体；而荧光基团部分的分子结构可影响荧光的增强或减弱。

1.1.2 荧光探针的响应机理

为了使荧光探针能够在一定条件下发挥特定作用、做出回应，就需要运行某些规则。如下：

1.光诱导电子转移：用光激发电子的给予体和电子的接受体，电子就会从能量高的地方转换到能量低的地方。有识别作用的基团是拥有给予电子的能力的，它和另一部分，也就是荧光基团之间通过一个连接基团所形成了一个整体，这个整体便具有了一定的功能，称之为功能分子，它是利用光诱导电子转移机制的荧光探针的一个典型例子。

2.光诱导电荷转移：电荷从电子给予体出发到达电子接受体的一个过程。它的前提是，在光的激发下，并且供给电子的基团与荧光探针的荧光基团直接连在一起然后和吸电子基团形成共轭。

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