开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
[研究的主要目的和意义]
重金属及过渡金属广泛存在于自然界中，而且某些金属元素在生命过程中也具有非常重要的作用。例如铜离子，在生物、环境及化学体系中都扮演着重要角色。对于动植物，包括人类，铜都是一种必需的微量元素。在人体必需的重金属元素中，除了锌和铁，铜的含量位居第三[1]。铜离子对一些生物体，例如多种细菌和病毒[2]具有极高的毒性。由于铜的细菌毒性，铜离子浓度的增大会阻碍大海和河流的自我净化能力，而且会破坏水生系统中生物的再生。同时，人们也发现铜离子在高浓度时将会危害人体健康。近年来，人们猜测铜离子可能会引起婴幼儿肝损害。印度儿童肝硬化（ICC）[3]和非印度儿童肝硬化(NICC)[4]都表明和铜离子的过量摄入有关。据有关报告，神经退行性疾病与铜离子打破细胞内的平衡有关 [5]。因此，能对环境水样中铜离子的浓度进行专业监测、且能显现铜离子在生理过程中亚细胞内的分布的便捷技术对环境保护和人体健康具有相当大的意义。
目前检测铜离子的方法有很多，主要有原子吸收光谱法[6]，原子发射光谱法[7]和电化学方法[8]等，而荧光分析法及散射光分析法灵敏度高，选择性好，响应时间短，且可以通过荧光成像技术进行定域观察及通过光纤进行远程监测[9]，因此以荧光为输出信号的化学传感器颇受人们欢迎，荧光化学传感器也越来越多地被应用于各种金属离子的检测。传感器是指能够利用某一种或某一类分子的特殊物理或化学性质对被检测物进行检测的器件。近年来，新的更灵敏、更准确的检测材料及方法、手段不断地被研究开发出来。在传感器中，通过光或电信号实现检测的传感器的应用最为广泛，种类与数量也最为繁多。由于荧光检测的灵敏性与便捷性，通过荧光光谱的变化实现检测又是光电传感器中极为普遍而重要的一类。这类传感器利用了被检测物与某种荧光分子或材料之间特定的相互作用引发的荧光强度的增加或降低, 或者是所发射的荧光波长的变化来实现对被检测物的检测与信号的传递[10]。
疏基（-SH）是细胞中化学活性最高的基团。生物体中存在许多蛋白质和非蛋白质疏基化合物，如还原型谷胱甘肽(GSH)和半胱氨酸(Cys)，它们均具有重要的生理功能。半胱氨酸是组成蛋白质的20种氨基酸之一，它不仅具有一定的抑菌作用，还在生物体内参与细胞的还原过程，具有调节肝脏内磷脂的代谢和保护肝脏细胞免受毒物损害等生理功能[11]。因此测定生物体内的巯基化合物变得日益重要。生物巯基可以竞争络合探针/铜离子络合物中的铜离子，使探针游离、荧光恢复，此种现象可以用来检测含巯基的化合物，进而检测生物体内含巯基的氨基酸。
本课题拟利用荧光、散射光及紫外吸收三个通道来检测铜离子及含巯基化合物。在一定的测量体系下，所合成的荧光素类衍生物能与铜离子进行可逆的结合，含硫的生物活性小分子可特异性地竞争上述Cu2 络合物中的Cu2 使探针游离出来，进而引起以上三重信号的可逆变化，相应地产生荧光淬灭-增强、散射光增强-减弱、紫外吸收增强-减弱的现象。
[拟研究或解决的问题]
- 荧光素衍生物（FM及FM2）光学小分子探针体系的研究：两种新型化合物的合成、提纯及表征，测量生理pH值条件下过渡金属与重金属离子与FM2选择性可逆络合后三重信号（荧光、紫外、散射）的不同响应，通过数学统计——主成分分析（PCA）的方式有效识别常见的金属离子。
- 含硫的生物活性小分子可特异性地竞争FM2/Cu2 络合物中的Cu2 使FM2游离出来，进而引起以上三重信号的可逆变化。通过PCA的方式，对该生物传感模式识别含硫的生物活性小分子及常见的氨基酸的有效性进行考察。
[采用的研究手段及文献综述]
- 通过两步反应合成荧光素衍生物新型化合物[12,13]、进一步通过萃取及过硅胶柱的方式提纯化合物、再通过IR、LC/MS、1HNMR、13CNMR等手段表征所合成的新型化合物；
- 初步通过荧光分光光度法探究荧光素衍生物与测量体系的pH依赖关系，确定两类化合物作用的最适pH值；
- 通过荧光分光光度法优化荧光素衍生物的测量体系：缓冲液种类及比例、有机相种类及比例、探针作用的最适浓度、铜离子及分析物的最适浓度等；
- 通过荧光、紫外分光光度法及散射光三种分析手段，测量生理pH值条件下过渡金属与重金属离子与FM2选择性可逆络合后三重信号（荧光、紫外、散射）的不同响应，通过数学统计——主成分分析（PCA）的方式有效识别常见的金属离子。同时对含硫生物活性小分子特异性竞争FM2/Cu2 络合物中的Cu2 、使FM2游离出来所引起的以上三重信号的可逆变化进行研究。
参考文献：
[1]Barceloux,D.G.J.Toxicol,Clin.Toxicol.1999,37,217-230
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