新型Ca2+荧光探针的设计合成及在生物细胞中的应用研究

细胞内游离Ca2+浓度的变化是细胞生理功能的重要物质基础。Ca2+荧光探针技术是一类应用极为广泛的钙离子浓度测定方法，具有灵敏度高、反应速度快、对细胞功能干扰小等特点，可用于测量任何种类细胞内钙的含量，可以提供与疾病间关联因素的直接证据，有助于疾病的诊断、治疗和愈后判断。设计合成12种新型Carbopyronine 钙荧光指示剂、10种Fluo-B钙荧光指示剂。系统研究新型荧光指示剂的光谱性质和荧光量子产率；采用激光共聚焦技术进行活细胞内自由Ca2+的检测和成像；根据检测结果筛选出高灵敏、高准确、高荧光强度，激发、发射波长在可见光区，性能优良的新型Ca2+荧光指示剂，形成具有自主知识产权的专利技术并推广应用。

荧光探针在化学传感、光学材料及生物检测和识别等领域得到了广泛的应用，并成为实现上述功能的一种主要的技术手段。荧光分析法具有高特异性、开关可控、操作简单、能快速分析并且对细胞损伤和毒害小等优点而受到极大关注。本项目基于分子内电荷转移机理设计探针结构，将作为电子给体的识别基团与电子受体型的荧光发色团直接相连，得到一系列与待测离子亲和能力有强弱差别的小分子荧光探针和近红外荧光染料，研究了探针分子对一些阳离子以及阴离子的识别性质；讨论了识别前后的光谱性质并通过密度泛函理论计算确定了识别位点；将探针或染料用于细胞成像及活体小鼠影像实验，表明新型探针具有良好的细胞渗透性和低毒性，可以用来检测活细胞中多种阳离子或阴离子。主要研究内容有：.1. 设计合成了11个以BAPTA结构为基础的新型钙离子荧光探针，17个具有光诱导电子转移机制的新型罗丹明类荧光探针，得到多个晶体结构，讨论了某些化合物微孔结构及性质；探索探针结构与其荧光性能及生物学性能的特性关系，研究了探针对钙离子特异性识别的机制。. 2. 基于罗丹明B的内酰胺环“OFF-ON”机制设计合成了33种能够识别Fe3+、8种识别Cu2+、4种识别Hg2+、7种识别Pd2+、1种识别Zn2+、1种识别Ag+以及5种识别OCl-1的新型荧光探针，对识别前后的光学性质，络合性质、稳定性以及对其他共存离子的抗干扰性质进行研究，表明探针对不同离子具有很好的选择性。通过对某些晶体结构及密度泛函理论计算，确定了识别位点，部分探针分子成功应用到 HepG2、PC12 和L929活细胞及活体小鼠影像实验，表明具有良好的细胞渗透性和低毒性，可以用来检测活细胞中的某些阳离子或阴离子。. 3. 合成了16个近红外荧光染料。新染料具有良好的光物理性质以及较大的斯托克斯变化，荧光量子产率高、光稳定性好。进行相关的密度泛函理论计算，检测了染料的细胞毒性，生物成像显示深红染料对构建生物成像应用平台具有很好作用。. 4. 将氮芥类抗肿瘤药物的药效基团拼接到查尔酮结构中, 合成了系列新型含氮芥基的查尔酮衍生物, 对新化合物结构进行了确证。采用MTT法对新化合物进行了体外抗肿瘤活性测试, 结果表明部分化合物对肿瘤细胞增殖有较强的抑制作用。