重金属离子检测及细胞成像双功能SBA-多吡啶钌荧光探针的构建

To develop the new and multifunctional fluorescent sensor with fast detection,efficient adsorption and biological application is a very meaningful work. By reviewing recent research results, we found that fluorescent sensor can only be used in homogeneous solution, can't adsorpt and separate heavy metal ions in aqueous phase, and possesses the bottleneck problem of poor biological compatibility and cellular permeability of fluorescent sensor. Thus, a series of 2-[n-(R)-2-quinolinone-3-yl]-1H-imidazo[4,5-f][1,10]phenanthroline ruthenium complexes will be synthesized, the fluorescent hybrid materials SBA-polypyridyl rutheniumcomplex may be constructed by means of immobilization of fluorescence probewithin the channels of the functional SBA-15-NH2, in which 6-, 7-, 8-quinolinone can be connected by electron-withdrawing (donating) groups changing electrondensity of the conjugated system; lactam group of quinolinone is induced tocause ring to be opened and to cause chelate to be formed by heavy metallic ion, extending conjugated system, adding fluorescence resonance energy transferof proton in conjugated system, causing fluorescence enhancement. Compared with traditional fluorescent sensors, we can integrate best stability and sensitivity of fluorescent probe and excellentbiological compatibility and cellular permeability of SBA-15, and possess adsorptive and reprocessing ability. Biological imaging in many tumor cells may be predicted, which will provide a technical assistance for developing an novel and multifunctional fluorescent sensor.

开发具有快速检测，高效吸附和生物应用等多功能的新型荧光探针，将是一项非常有意义的工作。经查阅近期研究成果发现，荧光探针仅局限于均相溶液中的应用，不能实现水相中对重金属离子的吸附与分离，存在生物兼容性和透膜性差瓶颈问题。鉴于此，拟设计合成系列新颖的喹啉酮-咪唑并[4,5-f][1,10]-邻菲啰啉钌配合物，将配合物固载功能化的SBA-15-NH2分子筛，首次构筑水溶性好的SBA-多吡啶钌配合物荧光探针（SBA-QIPAu），用吸（供）电基团修饰喹啉酮6-8位，调控体系的电子云密度，金属离子诱导喹啉酮内酰胺开环形成稳定的六员环螯合物，扩大共轭体系，增加质子在共轭体系内的荧光共振能量传递，产生荧光增强效应。相对于传统的荧光探针，本项目把探针的高选择性和灵敏度与SBA的生物兼容性和透膜性整合，同时兼备吸附修复与再生能力，预测探针可能实现多种癌细胞内的荧光成像，为开发新型多功能荧光探针提供技术指导。

本项目合成了系列6,7-二氯喹啉-5,8-二酮钌配合物和系列6-苯胺取代-7-氯喹啉-5,8-二酮钌配合物，并进行了红外光谱、质谱、核磁共振氢谱的测定。同时，用紫外可见光谱研究配合物与G-四链体DNA和ct-DNA的相互作用，结果表明：ct-DNA与配合物的结合能力不是很强，对比G-四链体DNA，配合物优先结合G-四链体DNA(Htel-1)。配合物能够与G-四链体DNA和ct-DNA相互作用，配合物的紫外可见光谱吸收呈现明显的减色效应，大部分配合物均发生了不同程度的红移。配合物可能堆积在G-四链体DNA的末端，和G-四链体平面发生了π-π堆积作用。配合物与DNA的Kb值大小顺序为Htel-1>Htel>ct-DNA，配合物优先结合到G-四链体DNA(Htel-1)。荧光竞争法的实验结果表明：配合物与不同G-四链体DNA(Htel-1)相互作用的DC50值比ds26和Htel的要小，配合物与G四链体Htel-1的结合能力比ds26和Htel要强，配合物对G-四链体DNA(Htel,Htel-1)均有一定的选择性。采用荧光光谱法研究配合物与BSA的相互作用，结果表明：配合物与BSA发生的相互作用为静态猝灭过程。在不同缓冲溶液中，随着配合物的不断增加，BSA的最大发射波长λmax=338nm均没有发生迁移，说明配合物与BSA的相互作用并没有改变色氨酸(Trp)残基的极性，色氨酸(Trp)残基处于BSA的疏水腔内。细胞凋亡实验表明配合物对人肺癌(A549)、肝癌(Hep-G2)、卵巢(SK-OV-3)、宫颈癌(HeLa)、胃腺癌(MGC80-3)细胞株(IC50= 0.31 9.48 M)表现出高细胞毒性（除正常HL-7702细胞外）。此外，配合物可能是通过线粒体信号通路导致细胞凋亡，也有可能导致线粒体膜电位显著损失，对p27、apaf-1、p21、cyc c、p53表达水平显著上调和bcl-2蛋白表达水平显著下调。