用于生物体和环境水中次氯酸检测的荧光多孔磁性硅球的制备和应用

次氯酸是一种强氧化剂，在生物体内和水处理过程中用作抗菌作用，但是过量次氯酸的形成或使用会诱发多种疾病的产生。因此开发高灵敏性和高选择性的次氯酸荧光探针，尤其是能够满足生物体系检测需要的探针，对于相关生物学功能的探索和环境污染物的监测具有重要的意义。课题以具有独特荧光性能、优良细胞穿透能力和低细胞毒性的罗丹明酰肼类化合物为荧光识别位点，同时充分利用功能材料良好的界面和磁性性能，采用有效的化学缀合反应，将荧光识别位点偶联至多孔磁性硅球上，合成一系列结构新颖、功能整合、同时具有磁性内核和荧光识别受体的核壳型多功能微球材料，用于次氯酸的活细胞内可视化示踪和环境水中的定量检测。从而获得次氯酸在活细胞中的含量和时空分布等多种生物学信息，实现在环境水中的快速、高灵敏的定量检测，为其生物学作用的研究和环境水的监测提供新材料和新的分析方法，为进一步进行次氯酸相关疾病的发病分子机制的研究奠定基础。

本项目首先以罗丹明荧光分子为母体，设计合成了三种新型的罗丹明酰肼类荧光分子探针，研究它们对次氯酸的识别性能、识别机理和构效关系，建立合成荧光探针的有效方法。然后以有效的化学缀合反应，将罗丹明酰肼类荧光探针分子偶联至介孔磁性硅球上，获得功能整合、同时具有磁性内核和荧光识别受体的核壳型多功能微球材料。最后将获得的各种荧光传感器，一方面结合各种高清晰度的荧光成像技术，用于活细胞内次氯酸的高选择性和高灵敏度的检测，建立活细胞内次氯酸的检测方法和实现可视化成像；另一方面用于环境水中次氯酸的定量检测。研究结果表明，三种荧光探针合成方法简单，都利用了不可逆的次氯酸选择性氧化反应，能在水溶液中快速特异性检测次氯酸，在中性水溶液中产生与次氯酸浓度呈线性比例的荧光响应信号。探针均具有优良的光稳定性、检测灵敏性和选择性，以及低的细胞毒性和良好的细胞跨膜能力。应用共聚焦荧光显微镜，成功地检测到了探针应用于活细胞中外源性和内源性次氯酸的荧光成像情况。应用流式细胞仪，成功定量分析了单个细胞内的内源性次氯酸。并且探针可较准确地检测环境水中次氯酸的含量。获得的纳米粒子制备流程简单，利用识别前后荧光信号显著增强实现对次氯酸的高灵敏性和高选择性检测，且可通过外加磁场实现对磁性纳米粒子的磁控制及分离。这些研究结果有望为次氯酸的生理和病理研究，以及环境水的监测提供实用可靠的实验材料和分析方法。