论文部分内容阅读
重金属对环境具有污染作用,进而对生物乃至人体产生严重的毒害。汞元素作为典型的重金属,进入人体后会干扰人体神经系统而产生毒害作用。而在人类生产活动中,含汞废物不可避免地被排放。在汞元素的检测中,比较成熟的是基于元素分析的手段,但基于元素分析的手段往往涉及昂贵的大型仪器、原子化时高能耗、操作复杂等问题。在探究汞元素的其它检测方法中,合理利用有机荧光染料,可以通过发光的形式将客体可视化。此外,有机荧光探针还具备高灵敏度、高空间分辨率、可实时成像、无损的生物兼容性以及根据不同需求可修饰等优点。本研究针对不同的发光波长,设计了两例Hg2+选择性荧光探针,其响应波长分别在近红外和可见光范围。主要的研究结论如下:(1)利用常用的花菁染料IR-780和含硫的双羟酸配体,构建了在水相中对汞离子选择性响应的近红外荧光探针CyS。体外的测试中,CyS的汞离子响应行为主要是:在中性的水相中,CyS本身几乎不发射荧光,在与Hg2+作用后,790 nm处出现增强25倍以上的发射,该荧光响应行为不受常见的金属离子所干扰。文中我们也对部分后续用到的结论进行了严谨的数学证明。研究表明,CyS与Hg2+通过1:1的可逆络合发生作用,结合常数达1.0×106 M-1,可实时反映水相中的汞离子含量。将其用于活细胞中的Hg2+检测,CyS对活细胞具有极低的毒性,同时也可以实现对活细胞中的Hg2+成像,在显微镜的近红外荧光通道下,其荧光强度有9倍以上的增强。(2)以较便宜的可商业购买的两种原料4-氯-7-硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑和4-甲基-1-哌嗪乙胺为底物,在温和简单的一步反应中,得到小分子汞离子荧光探针NBD-MPA,该探针的相对分子质量小于310。我们在初步的测试中,通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱,获得了探针NBD-MPA对汞离子的响应行为。该荧光探针基于光致电子转移(PET)的机理,与汞离子1:1可逆络合,并在580 nm处表现出对汞离子的比率型荧光增强,可实时反映水相中的汞离子水平。在中性条件下的缓冲溶液中,其对汞离子表现出良好的选择性荧光响应。基于NBD-MPA的小分子特性,其具有很好的化学稳定性,在进一步的尝试中,我们验证了该探针可应用于多种条件,包括在活细胞中的汞成像,对斑马鱼中的汞成像,植物根部的汞成像,以及在真实样本中对汞离子响应的兼容性。基于NBD-MPA对汞离子的响应具有优异的选择性和抗干扰能力,使得在上述的多种应用中都获得较好的实验结果。总而言之,该探针在生物以及水相中均表现出检测汞离子的良好性能。