手性螢光感測分子的設計合成及在生物醫學中的套用

《手性螢光感測分子的設計合成及在生物醫學中的套用》是依託中國科學院理化技術研究所，由劉衛敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：手性螢光感測分子的設計合成及在生物醫學中的套用
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉衛敏
• 依託單位：中國科學院理化技術研究所

項目摘要

手性螢光感測器由於將手性識別和感測器簡單、快速、線上和實時等優點相結合，日益受到了研究者的青睞，尋求選擇性好、靈敏度高、經濟適用的手性螢光感測分子具有十分重要的意義。本項目擬結合手性識別中的各種作用力，選擇天然的手性分子作為接受體，常見的芘等螢光團作為發色體，通過多點識別的原理設計合成新型的手性螢光感測分子，用於識別在生物、醫藥領域具有重要作用的手性生物活性分子，如:肝素。使用先進的分析手段，如圓二色譜儀，核磁共振，螢光光譜和成像技術等對主-客體相互作用進行研究，並對手性分子之間的相互作用機制及其過程中的光物理性質進行研究，探討識別基團不同的組織方式對識別性能的影響，比較分子間不同的作用力對識別性能的影響，總結影響手性識別選擇性和靈敏度的因素，為解決水相中多點識別手性分子提供有效方法，為更有效地設計在生物、醫學、環境科學等領域具有實際套用價值的新型手性螢光感測分子提供必要的理論指導。

結題摘要

手性螢光感測器具有手性識別以及簡單、快速、線上和實時等優點，因此尋求選擇性好、靈敏度高、經濟適用的手性螢光感測分子十分重要。本項目結合手性識別中的各種作用力，選擇天然的手性分子作為接受體，通過多點識別的原理設計合成了一系列手性螢光感測分子及聚合物感測分子。首先設計合成了一種以奎寧季銨鹽為識別基團的螢光化學感測分子PQ，該螢光探針分子具有較好的水溶性，它能夠在水溶液中高選擇性、高靈敏度地識別肝素分子，螢光增強120倍。套用PQ檢測小牛血清樣品中肝素的含量，檢測限可以達到30 nM，完全可以達到醫學上實際檢測肝素含量的要求，該結果發表在Organic Letters上。其次，設計合成了一種以奎寧雙季銨鹽為識別基團的螢光化學感測分子QA，在100%的水溶液中能夠高選擇性地識別羧苄青黴素，由於光誘導下分子間的電子轉移表現為螢光信號的淬滅。通過核磁滴定、圓二色譜、高斯計算以及一系列模型化合物研究QA與羧苄青黴素之間的識別機理，結果表明奎寧雙季銨鹽分子骨架能夠有效地與羧苄青黴素結合，而QA分子結構中的長鏈烷基也大大增加了QA對羧苄青黴素的結合力，該結果發表在Chemical Communication上。再次，我們將小分子奎寧季銨鹽修飾到聚噻吩骨架上，並通過3-苯基取代噻吩的引入使得螢光信號顯著增強且呈現比率的變化，大大提高了靈敏性，設計合成了兩種不同機制識別羧苄青黴素的聚合物感測器---PTQ1與PTQ2，該結果發表在Chemical Communication上，此外我們以不同的3-苯基噻吩單體為基礎，設計合成了其他新型的水溶性陽離子共聚噻吩敏感材料，通過靜電作用、疏水作用、氫鍵作用等多重作用實現了高選擇性識別手性糖類化合物脂多糖和小分子手性磷酸鹽溶血磷脂酸。在項目執行過程中，我們針對帶巰基的胺基酸，分別利用ESIPT和PET聯合機制、ICT機制、置換反應等作用機制，設計合成了其他一系列感測分子。通過本項目研究，從本質上了解了手性螢光感測分子設計的基本要求與規律，並發現影響手性螢光感測分子的選擇性與靈敏性的普遍規律，如信號基團、識別基團的選擇以及不同的連線方式等，為更有效地設計在生物、醫學、環境科學等領域具有實際套用價值的新型手性螢光感測分子提供必要的理論指導。本項目已發表SCI論文18篇，待發表論文2篇；培養博士研究生1名，在讀博士研究生1名。