罗丹明基能量分子ATP多通道传感与识别文献综述

 2022-12-03 19:18:45

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)

一、研究背景

ATP是体内组织细胞生命活动所需能量的直接来源,被誉为细胞内能量的“分子货币”,储存和传递化学能,蛋白质、脂肪、糖和核苷酸的合成都需它参与,可促使机体各种细胞的修复和再生,增强细胞代谢活性,对治疗各种疾病均有较强的针对性,细胞内ATP含量的多少往往与人体健康与否是密切相关的。酶联免疫吸附试验(ELISA)、质谱(MS)和高效液相色谱(HPLC)已被广泛报道用于检测细胞内ATP。然而,这些方法需要复杂的样品制备。尤其是,它们需要从破坏细胞或组织中提取ATP,失去了在体内实现实时分析的能力。为了不损坏细胞从而实时分析细胞内ATP含量,分子荧光探针成为了重要手段。

1838 年,传教士 Brewster 对荧光现象进行了首次描述, 随后 1852 年 Stokes在对叶绿素和奎宁的发光进行研究后,正式提出“荧光”(fluorescence)的概念。常温下当某种物质经一定波长的入射光照射后,吸收光的能量并进入激发态,同时立即退激发并发出比入射光的波长更长的出射光,能产生具有这种性质的发射光的发光过程就被称为荧光。 荧光发射的整个过程可以描述为:当荧光分子吸收激发光的能量后,外层电子会从基态(S0)跃迁至激发态(S2),随后通过振动驰豫(vr)和内转换(ic)回到最低激发单重态(S1),最终激发态分子通过光辐射的形式退激发,发射光子并回到基态的各个振动能级,这个过程中发射出的光统称为荧光。

荧光探针大多以有机物的光致发光为原理制成,其中反斯托克斯发光是一种特殊的光学过程,是将长波长(低能量)的激发光转换成短波长(高能量)的光。这种特殊的波长转换能力来源于在发光过程中利用来自于热或另一激发光子的附加能量,这种独特的性质在生物应用中有着重要的意义,因为较长波长的激发光(通常指近红外光)具有较大的穿透深度,为体内应用提供更深入的工作距离。反斯托克斯发光信号也能够与生物组织的自发荧光区分开,从而减少生物成像过程中的背景干扰。反斯托克斯发光几乎不产生自发荧光并且能提供更高的信噪比,这对于生物成像非常有利。此外,激发能量低能有效降低对生物组织的光损伤。细胞作为生物组织和活体的基本单元,是生物研究中非常重要的对象。光学成像是观察细胞生理行为的最直接手段。热“振转”能级吸收(hot band absorption)引起的反斯托克斯发光现象的发现,可以追溯到 1928 年[1]。特征是分子起始状态的能级是能量较高的振动-转动能级(“振转”能级),同时有激发光源的连续光泵浦,随后发射出具有较短波长的辐射。在热“振转”能级吸收材料中,罗丹明衍生物可用于检测细胞内温度或有害金属离子。通过对分子结构进行适当修改,可以用 808 nm 激发反斯托克斯发射,能够减少对细胞的光损伤。由于热“振转”能级吸收材料分子尺寸小,这类材料在细胞中的分布比上转换纳米材料更均匀,这更有利于观察细胞的整体状态。[2]

尽管热“振转”能级吸收引起的反斯托克斯发光现象已经得到证实,但是目前在这一领域的研究仍然较少,主要是因为设计具有这种反斯托克斯发光的染料分子的详细原理尚不清楚。

二、研究内容:

在罗丹明类衍生物中,罗丹明B-二乙烯三胺的衍生物被用于单分子荧光寿命探针同时检测线粒体H2O2和ATP并实时成像。[3]本课题以此为出发点,考虑以罗丹明B-二乙烯三胺缀合与ATP响应更优秀的化合物,尝试制备一种对ATP检测更加优良的荧光探针。

罗丹明B-二乙烯三胺的合成:

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