具有荧光调控功能的近红外磁性纳米探针的构建及其对H2S的识别研究

As the third gaseous signaling molecule besides nitric oxide (NO) and carbon monoxide (CO), hydrogen sulfide (H2S) has been validated in a number of physiological and pathological processes. However, it is difficult to study the function of the endogenous H2S, in large part because of the lack of high-efficiency materials for selective monitoring of H2S in live biological specimens. Aim at this research requirement, in this project we will design and synthesize a series of water soluble near-infrared fluorescent magnetic nano probes for the detection of H2S. The research content includes: preparation of water soluble Cyanine-Cu(II)complexes functionalized magnetic Fe3O4 nano probes; study the H2S sensing properties of these materials in physiological environment including cells, blood serum etc.; investigation the properties of the recover, reuse and the magnetic orientation supersensitive sensing H2S. These results will provid a valuable idea for sensing H2S in vivo. This study will also promote the fundamental research of H2S sensing to practical application.

H2S是继NO、CO之后人们发现的第三种内源性信使分子,对生物体内广泛的生理因素起着重要的调节作用。然而，目前针对内源性H2S的研究却存在极大的困难，主要原因是缺乏高效的、可以选择性实时检测生物样品中H2S的探针材料。针对这一研究需求，本项目拟设计发展一类水溶性近红外磁性纳米荧光探针用于H2S的识别研究。具体内容包括：制备水溶性近红外花菁-Cu(II)配合物修饰的磁性Fe3O4纳米探针；研究该纳米探针在生理环境中（细胞、血清等）的H2S选择性识别性能；探讨该纳米探针的回收、重复使用、荧光可逆调控性能及磁导向下在生理环境中定向、超灵敏识别H2S的能力。本课题的研究，将为生物活体内的H2S识别提供实践经验，同时有助于推进H2S识别类探针的基础研究向应用方向发展。

在人体所必需的大多数生物分子中，H2S是继NO和CO分子之后被发现的第三种内源性信使分子。人体内H2S浓度处于异常水平将会导致很多疾病的产生；例如，在低浓度情况下，会使人产生悲伤情绪，而高浓度会造成人意识丧失、大脑损伤甚至窒息。因此，实时监测生物体内H2S浓度近年来引起了研究者极大的兴趣。一些金属有机配合物被认为是理想的可以实时监测H2S浓度的荧光探针。在这方面，Nagano实验室报道了一种基于Cu2+配合物的荧光探针用于H2S分子的高效检测。但是，可以用于同时检测金属离子和H2S分子的双功能荧光探针却极为稀少。从这一点出发，在青年基金(Grants 21301082)的资助下，我们开展了一系列工作：.1）众所周知，许多基于喹啉的荧光探针对Zn2+有很好的检测性能。因此，我们合成了基于喹啉的具有微弱荧光强度的探针L1用于Zn2+的检测，L1-Zn络合物具有很强的荧光强度。在随后的阴离子检测中，L1-Zn 对H2S有非常好的荧光选择性检测性能，主要是H2S可以取代掉L1-Zn配合物中的Zn2+，恢复探针L1。因此，本工作的探针分子对Zn2+及H2S的检测是可逆的。更重要的是，与其它类似的探针分子做比较，L1可以在生理溶液中对Zn2+及H2S进行有效检测，且可对H2S在2分钟以内进行高效响应，这比其它H2S诱导的反应型探针分子响应更加灵敏。.2）本工作合成了基于喹啉席夫碱的化合物L用于Zn2+的识别检测，基于Cu2+和Zn2+的荧光变化可被拟合为分子水平的INHIBIT 逻辑门器件。同时L–2Zn配合物可被用来实时检测识别生理溶液体系中的H2S，L–2Zn配合物对H2S的实时检测识别高效快速，可在2分钟以内完成，灵敏度高于其它基于H2S诱导的反应型探针分子。.3）我们合成了基于罗丹明B的荧光探针分子L用于检测水溶液中的Cu2+，L是具有螺环结构的无色荧光分子，与Cu2+结合后，螺环断开而显粉红色，形成的L–Cu2+具有很强的荧光响应。此外，L–Cu2+也可以在溶液体系中实现对H2S的实时快速检测。.上述这些荧光探针分子具有在水溶液体系中检测识别金属离子及H2S的潜在应用。.