手性荧光传感分子的设计合成及在生物医学中的应用

手性荧光传感器由于将手性识别和传感器简单、快速、在线和实时等优点相结合，日益受到了研究者的青睐，寻求选择性好、灵敏度高、经济适用的手性荧光传感分子具有十分重要的意义。本项目拟结合手性识别中的各种作用力，选择天然的手性分子作为接受体，常见的芘等荧光团作为发色体，通过多点识别的原理设计合成新型的手性荧光传感分子，用于识别在生物、医药领域具有重要作用的手性生物活性分子，如:肝素。使用先进的分析手段，如圆二色谱仪，核磁共振，荧光光谱和成像技术等对主-客体相互作用进行研究，并对手性分子之间的相互作用机制及其过程中的光物理性质进行研究，探讨识别基团不同的组织方式对识别性能的影响，比较分子间不同的作用力对识别性能的影响，总结影响手性识别选择性和灵敏度的因素，为解决水相中多点识别手性分子提供有效方法，为更有效地设计在生物、医学、环境科学等领域具有实际应用价值的新型手性荧光传感分子提供必要的理论指导。

手性荧光传感器具有手性识别以及简单、快速、在线和实时等优点，因此寻求选择性好、灵敏度高、经济适用的手性荧光传感分子十分重要。本项目结合手性识别中的各种作用力，选择天然的手性分子作为接受体，通过多点识别的原理设计合成了一系列手性荧光传感分子及聚合物传感分子。首先设计合成了一种以奎宁季铵盐为识别基团的荧光化学传感分子PQ，该荧光探针分子具有较好的水溶性，它能够在水溶液中高选择性、高灵敏度地识别肝素分子，荧光增强120倍。应用PQ检测小牛血清样品中肝素的含量，检测限可以达到30 nM，完全可以达到医学上实际检测肝素含量的要求，该结果发表在Organic Letters上。其次，设计合成了一种以奎宁双季铵盐为识别基团的荧光化学传感分子QA，在100%的水溶液中能够高选择性地识别羧苄青霉素，由于光诱导下分子间的电子转移表现为荧光信号的淬灭。通过核磁滴定、圆二色谱、高斯计算以及一系列模型化合物研究QA与羧苄青霉素之间的识别机理，结果表明奎宁双季铵盐分子骨架能够有效地与羧苄青霉素结合，而QA分子结构中的长链烷基也大大增加了QA对羧苄青霉素的结合力，该结果发表在Chemical Communication上。再次，我们将小分子奎宁季铵盐修饰到聚噻吩骨架上，并通过3-苯基取代噻吩的引入使得荧光信号显著增强且呈现比率的变化，大大提高了灵敏性，设计合成了两种不同机制识别羧苄青霉素的聚合物传感器---PTQ1与PTQ2，该结果发表在Chemical Communication上，此外我们以不同的3-苯基噻吩单体为基础，设计合成了其他新型的水溶性阳离子共聚噻吩敏感材料，通过静电作用、疏水作用、氢键作用等多重作用实现了高选择性识别手性糖类化合物脂多糖和小分子手性磷酸盐溶血磷脂酸。在项目执行过程中，我们针对带巯基的氨基酸，分别利用ESIPT和PET联合机制、ICT机制、置换反应等作用机制，设计合成了其他一系列传感分子。通过本项目研究，从本质上了解了手性荧光传感分子设计的基本要求与规律，并发现影响手性荧光传感分子的选择性与灵敏性的普遍规律，如信号基团、识别基团的选择以及不同的连接方式等，为更有效地设计在生物、医学、环境科学等领域具有实际应用价值的新型手性荧光传感分子提供必要的理论指导。本项目已发表SCI论文18篇，待发表论文2篇；培养博士研究生1名，在读博士研究生1名。