羅丹明熒光染料的TICT作用機制及熒光探針的應用研究.pdf

1、有機熒光染料，廣泛應用于蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)、碳水化合物、毒素、激素和其它生物分子的熒光標記，對于生物醫(yī)學的發(fā)展具有重要的意義。據(jù)統(tǒng)計，85％以上的熒光染料屬于“供體-受體”型染料，其結(jié)構(gòu)中存在著電子供體和電子受體。大部分熒光染料的熒光量子效率（Φ）都低于100％的理想值，關(guān)于其熒光淬滅的機理，目前“扭曲的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移理論(TICT理論)”被大家普遍所接受，人們認為TICT激發(fā)態(tài)的形成是導致熒光淬滅的主要原因。然而，現(xiàn)有的TICT理論還

2、不能對眾多的染料分子結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系做出全面的解釋，尚有許多方面需要完善，例如TICT理論中的體積效應、染料分子中供體與受體之間的相互影響等等。因此，深入研究TICT理論，對設(shè)計性能優(yōu)良的熒光染料具有重要的理論意義。
　　羅丹明染料是一種典型的“供體-受體”型熒光染料，具有優(yōu)良的光物理和光化學性能。本論文以羅丹明染料為母體，合成了一系列不同結(jié)構(gòu)的羅丹明熒光染料，并對染料的光物理、光化學性能進行測試。通過實驗結(jié)果和理論計算，研究

3、熒光染料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，以期加深對TICT理論的理解。
　　本論文的研究內(nèi)容如下:
　　1.通過對胺基供體的改造（剛性、柔性以及電負性），合成了7種對稱和不對稱胺基供體的羅丹明熒光染料，同時測試了染料的熒光性能，并探討了兩個胺基供體之間、胺基供體與受體之間的相互作用對羅丹明熒光染料分子熒光性能的影響。研究結(jié)果表明，胺基供體結(jié)構(gòu)的剛性可以有效阻止TICT激發(fā)態(tài)的形成，進而提高熒光染料的熒光壽命;在TICT激發(fā)態(tài)時，正電荷

4、主要集中在羅丹明分子的兩個胺基上，正電荷的分布與胺基供體的供電能力密切相關(guān)，供電能力強的胺基承擔正電荷較多，供電能力弱的胺基承擔電荷較少。因此，不對稱羅丹明熒光染料的熒光壽命與供電能力強的胺基端的剛?cè)嵝杂兄芮械年P(guān)系，剛性結(jié)構(gòu)能夠有效提高染料的熒光壽命，而柔性結(jié)構(gòu)有助于TICT激發(fā)態(tài)的形成，使染料的熒光壽命下降。
　　2.以萘磺酸酐為原料成功合成了7種新型的羅丹明熒光染料，并對其吸收光譜、熒光光譜以及不同溶劑、不同溫度下的熒光壽命

5、進行了測試。探討了以萘磺酸酐和苯磺酸酐為原料合成的兩種羅丹明染料熒光性能之間的差異。研究表明，由于萘磺酸基的空間位阻效應和所帶負電荷的電子效應，致使TICT激發(fā)態(tài)不易生成，從而使染料的熒光性能得以改善。新合成的7種染料與以一個苯環(huán)為受體的傳統(tǒng)羅丹明染料相比，其熒光壽命提升了38％。
　　3.設(shè)計合成了9種具有不同體積大小的仲胺基為電子供體的羅丹明熒光染料，同時對染料的熒光壽命進行了測試。研究結(jié)果表明，仲胺基的體積大小可以有效影響染

6、料分子中TICT激發(fā)態(tài)的形成，進而影響熒光染料的熒光壽命。在TICT激發(fā)態(tài)的形成過程中，體積較大的烷基胺旋轉(zhuǎn)慢于體積較小的烷基胺，因此可以有效抑制TICT激發(fā)態(tài)的形成，提高染料分子的熒光壽命。該研究結(jié)果進一步證實了TICT理論中“TICT激發(fā)態(tài)的形成伴隨著供體烷基胺的旋轉(zhuǎn)”這一觀點的正確性。
　　4.利用TICT理論，設(shè)計合成以氮雜環(huán)丁烷、二甲胺和吡咯烷作為電子供體的羅丹明染料AZESR、TMSR和PYRSR。通過對染料的吸收光譜

7、，發(fā)射光譜，熒光量子產(chǎn)率和熒光壽命進行了測試。研究結(jié)果表明，AZESR染料的熒光性能明顯優(yōu)于TMSR和PYRSR羅丹明染料。AZESR染料具有較高的熒光量子產(chǎn)率和熒光壽命，同時其熒光性能不受溫度和溶劑的影響。
　　5.合成了一種基于ESIPT原理的比率型熒光探針，探針可對亞硫酸鈉進行定量和定性檢測。當探針溶液中加入亞硫酸鈉后，探針的熒光光譜可以紅移95 nm。利用4-羥基萘酰亞胺的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移(ICT)特性，通過Cu2+催化探針