论文部分内容阅读
很多物理化学因素影响细胞的正常生理活动,比如:酸度(pH)、粘度、温度、极性等。其中粘度是细胞内微环境的一个重要因素,对维持细胞内正常的生命活动有重要作用。细胞含有细胞膜和细胞质,二者都具有一定的粘性。细胞膜粘度的变化与细胞很多生理过程有密切关系,可以直接影响膜结合蛋白的活性,甚至会导致多种疾病。例如:红细胞粘度过高会引起肝功能异常,白细胞膜粘度过高会引起加速自身衰老。细胞质粘度的异常会影响到心肺功能。溶酶体粘度的异常和炎症甚至癌症相关。脂滴粘度的异常意味着细胞内脂质分布不正常,会和脂质相关疾病(肥胖、脂肪肝等)有关。线粒体粘度异常(线粒体膜粘度的异常)会和帕金森疾病、糖尿病相关。因此监测线粒体、细胞膜等细胞器的粘度变化对生理学和病理学是有意义的。荧光探针具有原位、实时、无损和高信噪比等优点,对于监测细胞内微环境变化是一个非常好的工具。分子转子型探针对粘度十分敏感,当某些D-π-A结构的分子内旋转受到限制时会引起荧光的急剧增加。我们可以利用分子转子的这一特性设计转子型荧光探针,以此来研究细胞内粘度的变化。本论文的实际意义在于开发了粘度响应型系列荧光探针,并考察了刚性结构、侧链烷基链长度和取代基等要素对光物理性质和细胞靶向性的影响。我们分别选择了以三苯胺和9-苯基-咔唑为母体,然后通过Knoevenagel机理和吡啶盐偶联后增加共轭程度来设计、合成了 TAPI-n和PCPI-n系列探针。并对TAPI-1、TAPI-6和PCPI-1、PCPI-6四个探针分子的光学性质进行了研究。通过不同极性溶剂的荧光光谱实验可以发现:探针TAPI-1对粘度比较敏感,在粘度较大的甘油中荧光强度最大,在不同极性溶剂中荧光强度相差百倍;而探针PCPI-1对粘度也有响应在不同极性溶剂中荧光强度只相差几倍。值得注意的是,探针PCPI-1的荧光量子产率要远高于探针TAPI-1的荧光量子产率。通过对TAPI-n和PCPI-n系列探针分子在不同极性溶剂的紫外吸收光谱和荧光发射光谱测试后发现,单一性改变探针的侧链烷基链长度并不改变其最大吸收峰峰位、最大荧光发射峰峰位和荧光量子产率等光学性质。通过细胞染色和荧光成像后发现,TAPI-1、TAPI-6和PCPI-1、PCPI-6探针分子因为和带负电的线粒体膜电位静电相互作用而优先靶向线粒体。TAPI-12、TAPI-16、TAPI-18探针分别靶向线粒体、脂滴和细胞膜,而PCPI-12、PCPI-16、PCPI-18探针分别靶向线粒体、细胞膜和细胞膜。通过对羟基官能团的改造,设计、合成了 HOPI-18、MOPI-18和AOPI-18三个探针分子。通过细胞染色和荧光成像后发现,HOPI-18除了靶标细胞膜之外,还存在着严重的内在化现象;而探针MOPI-18和AOPI-18只靶标细胞膜。最后,红光探针具有较好的组织穿透性和较低的光损伤,更适用于在组织中成像。我们设计的以三苯胺为母体的TAPI-n红光荧光的探针,具有较好成像组织的潜力。总之,我们设计、开发了三类具有D-π-A结构的吡啶类阳离子盐荧光探针,并研究了刚性结构、侧链烷基链长度、取代基等要素对光物理性质和细胞靶向性的影响。