近红外双光子无机-有机杂化超分子自组装荧光探针的构建及汞离子识别研究

The fluorescent sensors detecting mercury ion specifically have important applications in the organism and environment. At present, the study of two-photon sensors based on near-infrared band is not systematic, especially, little research has been done about fluorescent sensors toward Hg(Ⅱ) from inorganic-organic hybrid system. In the project, after the reaction of cyanine dyes derivate and pyrene derivate containing π conjugated structure, the A-π-A molecules coordinating with mercury ion will be synthesized. Meanwhile, the water-soluble graphene oxide derivate is obtained by modification of polyethylene glycol diamine. Moreover, the new inorganic-organic hybrid system will be constructed by π-π conjugation interaction between organic molecule and water-soluble graphene oxide derivate. The self-assembly process, Hg(Ⅱ) detecting effect and mechanism are studied, and the near-infrared cell fluorescent imaging is also investigated to illustrate the structure-properties relationship.. The project will promote the development of inorganic-organic hybrid near-infrared two-photo Hg(Ⅱ) fluorescent sensor. In addition, it will also be meaningful to understanding the self-assembly process and Hg(Ⅱ) detecting mechanism of hybrid system. the project will facilitate the application of Hg(Ⅱ) sensor in living organism.

特异性识别汞离子的荧光探针在生物体和环境中具有重要的应用，目前对于近红外波段的双光子探针研究并不系统，尤其是基于无机-有机杂化体系的汞离子荧光探针报道较少。本项目拟利用花菁染料衍生物与含有π共轭结构的芘环衍生物进行的偶联反应，合成可以络合汞离子的A-π-A型功能有机分子，然后利用聚乙二醇二胺对氧化石墨烯进行水溶性修饰制备水溶性氧化石墨烯衍生物，并借助π-π共轭作用将合成的有机分子与水溶性氧化石墨烯衍生物进行杂化，构建新颖的无机-有机杂化体系，利用多种手段研究该体系的自组装过程并对其识别汞离子的作用和机理进行探讨，同时，研究杂化体系在细胞中的近红外荧光成像效果，以阐明组装体系结构与功能之间的构-效关系。. 本项目的开展不仅有助于得到无机-有机杂化超分子自组装荧光探针，而且有助于理解此类杂化体系的自组装过程和识别机理，进一步推动汞离子荧光探针在生物体内的应用。

重金属离子的污染已经成为重要的环境问题，例如汞离子、铝离子、锌离子、镉离子等重金属离子污染土壤和水等环境资源以后，通过自然界的生物循环和食物链最终会进入人体内，干扰人体正常的新陈代谢，引起生物体的许多疾病，所以生物体内以汞离子为代表的重金属离子的监测分析已经成为重要的研究课题，为了克服像原子吸收光谱、原子发射光谱等传统重金属离子分析方法的缺点（制样繁琐、仪器复杂、无法动态跟踪和原位分析），高选择性和高灵敏度的荧光探针技术目前已经引起了足够的重视，构建新颖的重金属离子荧光探针已经成为重要的研究方向，而在重金属离子荧光探针的构建过程中，如何提高水溶性和识别效果是重要的科学问题。本项目主要构建以汞离子为代表的高选择性小分子和超分子荧光探针为主要研究内容，设计合成了五个系列的水溶性重金属离子荧光传感探针，实现了对汞离子、锌离子和铝离子的荧光传感识别。第一，利用聚乙二醇二胺和氨基环糊精衍生物对氧化石墨烯进行水溶性修饰，制备合成了优良水溶性的氧化石墨烯，并进行系统的表征。然后合成了具有双光子发光性能的芘-花菁染料衍生的小分子化合物和具有大共轭结构的平面型化合物（含有汞离子识别基团），利用合成的两个有机分子化合物与聚乙二醇二胺氧化石墨烯进行超分子自组装，制备了无机-有机超分子体杂化体系，通过荧光分析，这两个超分子体系对汞离子表现出良好的识别性能，可以作为汞离子的高选择性荧光探针。第二，合成了噻吩酰肼衍生的有机小分子，与合成的氨基环糊精氧化石墨烯进行杂化，制备了无机-有机杂化超分子体系，通过荧光选择性实验，此体系对铝离子具有良好的荧光识别效果，是铝离子的高选择性荧光探针。第三、合成了氮杂环类有机小分子化合物，并得到了其单晶结构，借助荧光选择性实验，系统分析了其荧光选择性能，实验证明其对铝离子表现出高的荧光选择性，可以作为铝离子的高选择性荧光探针。第四、利用水溶性的氨基环糊精与萘酚甲醛进行一步成键反应，制备了绝对水溶性的有机小分子化合物，在纯水体系中，其对锌离子表现出良好的荧光识别效果，是锌离子的高选择性荧光传感探针。本项目主要构建了以汞离子为代表的小分子和超分子重金属离子荧光传感探针，设计制备了五个可以在水体系中实现对汞离子、铝离子和锌离子进行特异性识别的重金属离子荧光探针，构建的重金属离子荧光探针具有重要的潜在应用价值。