论文部分内容阅读
生物体内微环境的粘度在生物体生命活动中具有重要作用。对于生物体微环境粘度进行检测与分析可以为生物学、医学相关的研究提供有价值的信息。传统的物理方法由于其复杂的检测体系难以应用在生物体中。因此,建立一套简洁并直观的生物体微环境粘度检测机制非常具有研究意义。聚集诱导发光（AIE）现象被发现以来,大量基于AIE机理的荧光探针被开发出来,其中以四苯乙烯（TPE）分子为基础的荧光探针由于其简便的合成方法,较高的荧光发射强度得到了大量的研究。其中粘度响应荧光探针的研究也是一大热点,因此本课题主要以TPE荧光探针在力学传感及生物大分子检测中的应用展开,力图拓展AIE荧光探针的应用范围。一方面,将TPE荧光探针应用于细胞培养模型—凝胶培养基质的粘度检测中,通过研究表明培养基的力学性能（弹性模量、粘性模量）与探针荧光强度具有良好的线性关系,这填补了目前缺少荧光探针法对细胞三维培养模型的粘度检测的空白。另一方面,将TPE粘度探针应用于与阿尔兹海默症有关的Aβ1-42淀粉样蛋白的检测。Aβ1-42淀粉样蛋白的聚集引发的微环境粘度变化可以通过TPE粘度荧光探针直观的表现出来。合成的探针与Aβ1-42淀粉样蛋白不需要特定的靶向作用,并且合成路线简单,检测过程中不需要破坏生物体,可以做到无伤检测。通过以上两方面的探索,在一定程度上拓展了 TPE基荧光探针的应用范围。本论文主要研究内容如下:1、基于TPE的聚集诱导发光的荧光探针对液体粘度和水凝胶力学参数的研究:合成并表征了三种具有聚集诱导发光（AIE）特性的两亲分子,单烷氧链修饰四苯乙烯（S-TPE）,反式双烷氧链修饰四苯乙烯（Z-TPE）和顺式双烷氧修饰四苯乙烯（E-TPE）,其都是以TPE（四苯基乙烯）为结构主体。其中E/Z-TPE两种分子的粘度荧光响应优于S-TPE。在液体环境下,分子的对数荧光强度与液体的对数粘度呈正相关。令人感兴趣的是,互为同分异构体的E-TPE与Z-TPE两种分子在液体粘度传感方面表现出了明显的差异,与E-TPE分子相比,Z-TPE异构体在液体粘度传感方面表现出更高的灵敏度（约1.80倍）。我们通过理论计算与破坏氢键的方式探究了两种同分异构体探针表现出不同粘度敏感性的原因。此外,两种分子在琼脂糖水凝胶机械性能（粘度和弹性模量）的荧光传感方面具有明显的响应。另外细胞毒性试验显示,两种荧光探针在2-10 μM的浓度范围内对L929细胞系（小鼠成纤维细胞）具有低细胞毒性。这些结果证明两种荧光分子在检测三维培养环境下的细胞外环境粘度方面具有非常大的可行性。2、带有荧光性质的自表征凝胶的构建:基于上章内容,我们合成了能够检测细胞培养用水凝胶粘度的荧光探针,并取得了一定的检测效果。为了验证AIE荧光探针对凝胶培养基质粘度的广泛适用性,在本章中我们选择了与琼脂糖水凝胶相似的聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）培养基为检测对象,采用优化后的TPE粘度荧光探针对其力学性能进行检测。在本章中我们将探针分子结构进行了优化,选用了具有AIE效应的TPE分子为母体。希望通过苯环的引入使分子的激发与发射波长红移;季铵盐基团的引入会使探针分子水溶性增加。另外通过将分子末端引入双键,增加可聚合基团,成功地合成出了带有烷氧链和季铵盐基团修饰的四苯乙烯衍生物（TPE-D）,试图将分子中的双键通过聚合作用与同样带有双键的PEGDA分子进行化学键结合,构建一种粘度自表征水凝胶。测试结果表明,在乙二醇-甘油粘度体系中,粘度探针的荧光强度与测试体系的粘度具有良好的线性关系。进一步对带有荧光分子的PEGDA水凝胶进行了力学性能检测,发现其荧光强度的对数与力学性能（粘度,弹性模量,粘性模量）的对数成良好的线性关系。另外进行了细胞毒性的测试,结果显示探针具有极低的细胞毒性。以上结果表明,经过优化的粘度荧光探针可以与PEGDA凝胶构成粘度自表征凝胶,可以通过荧光强度的变化定性的分析凝胶培养基的力学性能。3、基于TPE的聚集诱导发光的荧光探针对阿尔兹海默症的检测:前面两章内容已经证明了基于AIE机理的荧光探针可以检测细胞周围的三维细胞培养基的粘度。因此,在本章中我们同样以TPE为母体,采用第一章相似的合成路线,合成了一种粘度荧光探针带有苯环和氨基等基团修饰的四苯乙烯衍生物（TPE-Q）,将其用于检测活体线虫中的与阿尔兹海默症有关的Aβ1-42淀粉样蛋白。首先,通过体外实验证实了探针可用于检测Aβ1-42蛋白聚集。另外,通过与商用的斑块特异性荧光标记剂Th t为对照进行显像实验。发现两个探针在患有阿尔兹海默症线虫体内的荧光有很好的重叠。其次,通过分子对接从侧面说明了探针可以与Aβ1-42聚集体结合。最后,用L929细胞系评价了 TPE-Q的细胞毒性。表明TPE-Q具有低毒性,保证了在生物领域应用的可能性。以上结果均表明TPE-Q是一种优异的特异性体内显像剂。