萘二酰亚胺型荧光探针的荧光淬灭及与DNA相互作用的研究

荧光探针由于其灵敏度高,特别是对微环境结构的敏感而被广泛应用于核酸结构与性能的研究.现已探明核酸与外源和内源荧光探针可以发生多种物理与化学相互作用,核酸与核酸前体参与的电子转移与空穴转移作用也成为新的研究热点,这种化学作用最终可导致核酸主链和碱基侧链的断裂,因而受到广泛的重视[1,23].     

核酸前体及其修饰结构的电子转移机理研究

应用荧光淬灭和激光光解瞬态吸收光谱技术研究了一系列核酸前体(核酸碱基、核苷及其结构修饰物)、小牛胸腺ctDNA与各种荧光探针及蛋白酶之间的瞬态、稳态电子转移作用机理。测定结果表明,它们的稳态、静态荧光淬灭作用很强,很好地符合Stern-Volmer线性方程,淬灭速率常数,k~q(s)和k~q(d),达10^10.M^-^1S^-^1,属于扩散控制,表明核酸前体的基态可作为电子受体或给体而分别与含色氨酸残基的蛋白酶、受电子型荧光探针之间发生具有电子转移性质的相互作用。对鸟嘌呤的结构修饰物进行了激光光解的瞬态吸收光谱研究,检测了几类活性中间体,论证了激发态的光致电子转移和能量转移机理。     

萘二酰亚胺类探针闪光光解的研究

大量研究已经证实核酸光化学损害主要部位是核酸主链和碱基侧链[1],而核酸碱基的变异是导致基因突变的一个重要原因,因此对核酸碱基的光动态损害机理的深入研究具有重要的理论和实际意义.近年来,外源型荧光探针技术在生物化学,特别是核酸化学研究中应用极为广泛.其中萘二酰亚胺类化合物具有较好的抗癌性能[2],是典型外源型核酸荧光探针之一,在生物化学和医学的领域内广泛应用[3,4].因此,研究这类探针的瞬态与稳态光化学特性成为具有重要的学术意义,并为它们在核酸化学研究中的应用提供重要的信息.     

一种不对称菁染料及其与不同结构DNA的相互作用

为考察小分子配基与不同核酸结构的结合机理,发展新的核酸探针分子,合成了一种新型一次甲基不对称菁染料(MTP).吸收光谱、荧光光谱及圆二色光谱研究结果表明,MTP可与平行和混合平行G-四链体DNA(如c-myc和22AGK+)较强地结合,并引起130~180倍的荧光增强;其与单/双链DNA作用较弱,导致40~60倍荧光增强;而与反平行G-四链体DNA(如TBA和22AGNa+)的作用最弱,只引起15~25倍荧光增强;以上结果表明MTP可作为荧光探针分子用于区别不同结构的核酸分子.结合机理研究表明,平行和混合平行G-四链体DNA优先通过沟槽结合模式结合1分子MTP,再通过末端堆积模式结合另1分子MTP.     

卟啉-蒽醌化合物分子内光诱导电子传递的光谱研究

合成了以不同长度柔韧碳链相连的三种卟啉(Por)-蒽醌(AQ)二元化合物Por-Cn-AQ (n=1,4,10),主要通过稳态荧光光谱和瞬态荧光光谱研究了它们的分子内光诱导电子传递情况,并结合密度泛函理论(DFT)对分子内电子转移机理进行了初步探讨.结果表明:共价相连的卟啉-蒽醌二元化合物在光激发下能够发生从卟啉组分到蒽醌组分的分子内光诱导电子传递;连接链性质对电子传递速率有直接的影响.实验和理论计算结果表明卟啉-蒽醌之间的分子内电子转移很可能是通过超交换机理进行的.     

基于链置换循环无标记检测端粒酶RNA的荧光法

以氧化石墨烯(GO)作为DNA载体和荧光猝灭剂, SYBR Green Ⅰ(SGⅠ)为荧光信号探针, 发夹核酸探针为分子识别探针, 基于目标物启动的发夹核酸探针链置换循环反应, 建立了一种利用荧光共振能量转移和链置换循环放大技术检测端粒酶RNA(hTR)的荧光新方法. 发夹核酸探针hpDNA1和hpDNA2吸附在GO表面, 嵌插在发夹DNA探针茎部的SGⅠ的荧光信号被GO猝灭. 当人工合成的目标物(T1)存在时, T1与hpDNA1杂交打开hpDNA1的茎-环结构而引发hpDNA2与T1之间的链置换循环反应, 由此累积产生大量的hpDNA1/hpDNA2杂交双链. 刚性的双链DNA脱离GO表面, 导致所嵌插的SGⅠ产生较强的荧光信号. 基于荧光信号的变化, 可定量检测0.2~50 nmol/L的T1, 检出限为90 pmol/L. 该方法为端粒酶RNA检测提供了一种高灵敏、 高特异性且无需标记的荧光新途径.     

基于链置换循环无标记检测端立酶RNA的荧光法

以氧化石墨烯(GO)作为DNA载体和荧光猝灭剂,SYBRGreen Ⅰ(SGⅠ)为荧光信号探针,发夹核酸探针为分子识别探针,基于目标物启动的发夹核酸探针链置换循环反应,建立了一种利用荧光共振能量转移和链置换循环放大技术检测端粒酶RNA (hTR)的荧光新方法.发夹核酸探针hpDNA1和hpDNA2吸附在GO表面,嵌插在发夹DNA探针茎部的SG Ⅰ的荧光信号被GO猝灭.当人工合成的目标物(T1)存在时,T1与hpDNA1杂交打开hpDNA1的茎-环结构而引发hpDNA2与T1之间的链置换循环反应,由此累积产生大量的hpDNA1/hpDNA2杂交双链.刚性的双链DNA脱离GO表面,导致所嵌插的SG Ⅰ产生较强的荧光信号.基于荧光信号的变化,可定量检测0.2～50 nmoL/L的T1,检出限为90 pmol/L.该方法为端粒酶RNA检测提供了一种高灵敏、高特异性且无需标记的荧光新途径.     

水溶性游离碱阳离子卟啉与核酸作用的光谱研究

研究了ｍｅｓｏ－四（对－三甲基氨基苯基）卟啉（ＴＡＰＰ）和ｍｅｓｏ－四（对－甲基吡啶基）卟啉（ＴＭｐｙＰ－４）与核酸作用的电子吸收光谱、荧光光谱和共振光散射光谱的特性，电子吸收和荧光光谱研究表明，这两个水溶性阳离子卟啉与核酸的摩尔比（Ｒ）大于０．２５时，核酸对卟啉的Ｓｏｒｅｔ带有减色效应和荧光猝灭效应；当Ｒ〈０．２５时，核酸与卟啉作用形成新的荧光复合物，共振光散射光谱研究表明，核酸使ＴＡＰＰ的共振     

三环嘌呤碱基内源性探针的稳态荧光研究

近十年来,荧光探针技术已成为核酸研究中最重要的领域之一.但由于嘌呤与嘧啶碱基本身常温下荧光较弱,因此研究碱基激发态及其电子转移有较多困难.其次,生物体的内源型荧光探针种类很少,故现今广泛使用外源型荧光探针如溴代乙锭、卟啉吖啶等共轭杂环正离子,它们具有荧光强、易检测等优点,但也易于产生结构性干扰.     

红移型Cu(II)离子比率荧光探针的光物理性质

应用密度泛函理论(DFT)及含时密度泛函理论(TDDFT)方法研究了N-丁基-4,5-二[2-(苯胺基)乙胺基]-l,8萘酰亚胺红移型铜离子比率荧光探针的光物理性质. 通过探针分子与金属离子结合前后的几何构型优化, 结合自然键轨道分析, 揭示了探针分子对铜离子的识别作用. 通过激发态计算阐明了光诱导分子内电荷转移(ICT)机理. 研究结果表明, 由于Cu(II)离子络合导致萘胺脱氢, 带负电荷的胺基N原子与萘环形成C＝N双键,延长了共轭体系; N的非键电子向Cu(II)离子的空d轨道转移一个电子, 抑制了Cu(II)离子的顺磁效应所导致的荧光淬灭, 受光激发后, 共轭N与萘环之间发生n→π^*电子转移导致ICT效应和荧光红移.     

355 nm光作用下C6F6-HNO2水溶液的反应机理

利用激光闪光光解-瞬态吸收光谱技术研究了355 nm 光作用下六氟苯(C6F6)-HNO2水溶液的反应机理, 探讨了中间产物及其动力学行为, 并对终产物进行了分析. 实验表明, C6F6可与HNO2光解产生的OH自由基反应生成加合物C6F6…OH, 二级反应速率常数为1.8×109 L·mol -1·s-1, 加合物吸收峰位置在250、270和400 nm处; C6F6…OH 加合物通过消除反应生成C6F5O·, 其表观生成常数为6.1×105 s-1. C6F6…OH与O2复合转化为C6F6OHO2, 二级反应速率常数为2.8×106 L·mol-1·s-1, C6F6OHO2峰位置与C6F6…OH 加合物相似. 终产物分析表明, OH自由基与六氟苯发生消除HF的反应而生成C6F5OH, 有O2时, 还产生四氟醌C6F4O2, 但无论有氧还是无氧体系, 均不发生硝基化反应.     

355 nm光诱发的水体中HNO2与C6H5Br交叉反应机理

利用激光闪光光解技术研究了有氧、无氧条件下HNO2-C6H5Br-H2O体系的光化学反应. 研究结果表明, HNO2与C6H5Br的光化学反应由HNO2光解产生·OH自由基引发, ·OH与C6H5Br反应生成C6H5Br…OH, 反应速率常数为(8.1±0.7)×109 L·mol-1·s-1. C6H5Br…OH可被HNO2或O2氧化. C6H5Br…OH 与HNO2的二级反应速率常数为(3.0±0.5)×107 L·mol-1·s-1, 比C6H5Br…OH与O2的反应速率常数(4.0±0.6)×108 L·mol-1·s-1小, C6H5Br…OH与O2生成的C6H5Br…OHO2以(2.4±0.1)×104 s-1 的速率单分子衰减. 气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析表明, C6H5Br…OH 与HNO2或O2作用可形成多种含硝基的化合物或醌类物质.     

咪唑钴(III)配合物还原动力学机理研究

配合物间的电子转移反应是近代化学中重要的一类反应［‘，’J，对于大多数反应来说，由于前驱配合物离子对形成常数较小，难以独立分离出各基元步骤动力学参数问；给研究带来困难问．为了丰富电子转移反应研究内容，寻找更多可供详细研究的反应体系，在前文报导［Fe（CN）6p还原高位阻［Co（tmen）3p”的反应动力学研究基础上＊，本文进一步合成了含有生物体系中常见配体咪哩（IInll）的Co仰）配合物［Co（NH。）。（ImH）］（CIO小和t，an。－［Co（NH。）（en）。（IInH）］（C104）。，再以［Fe（CN）6p为还原剂，考察了两C…     

新型核磁成像对比剂──两种Gd@C82水溶性衍生物的弛豫性能研究

在(37±1)℃下,以1.5T自旋回波序列测得2种Gd@C82的水溶性衍生物[Gd@C82(OH)22和Gd@C82(OH)6(NHCH2CH2SO3H)8]水溶液的质子弛豫率分别为r1=42.3mmol-1·L·s-1,r2=90.9mmol-1·L·s-1;r1=4.5mmol-1·L·s-1,r2=8.9mmol-1·L·s-1.讨论了这2种衍生物的弛豫机理,并解释了二者弛豫能力差别的原因.     

A novel 1,8-naphthalimide probe: synthesis and interactions with nucleic acid and its precursor

Three novel, water-soluble N-substituted 1,8-naphthalimides as the spectroscopic probes of nucleic acid, N-(2-hydroxyethyl)-1,8-naphthalimide (NI1), 1,8-naphthalimide-N-acetic acid (NI2) and 1,8-naphthalimide-N-caproic acid (NI3), were synthesized and photophysically characterized. The steady-state fluorescence quenching of the NI probes with nucleic acids (NA) and their precursors (nucleobases and nucleosides) were studied by Stern–Volmer correlation. The rate constants for bimolecular quenching were obtained in Tris buffer solution. The transient absorption spectroscopy by nanosecond laser flash photolysis were explored to identify the transient species and to determine the kinetics. The dynamic interaction mechanism was attributed to electron transfer (ET) and energy transfer via ³NI.     

金属离子与卟啉的嵌入反应动力学研究(Ⅳ)──乳酸缓冲体系中四吡啶基卟啉衍生物与铜(Ⅱ)的配位反应

研究了在35±0.1℃、离子强度0.5mol/L(KCI)下,乳酸根催化Cu²⁺离子嵌入溴化间-四(N-乙酸甲酯基-3-吡啶基)卟啉和溴化间-四(N-氰乙基-3-吡啶基)卟啉的反应动力学。根据催化剂浓度、溶液的pH值与反应速率间的关系,得到Cu²⁺离子嵌入该类卟啉的反应动力学方程。实验结果表明,该类反应遵循负离子催化卟啉变形机理,变形的卟啉及其与乳酸根离子的缔合物为可能的活性中间体。     

Reactivity of aromatic amines with triplet 1,8-dihydroxyanthraquinone: a laser flash photolysis study

The property of the lowest excited triplet states of 1,8-dihydroxyanthraquinone (DHAQ) was investigated by using time-resolved laser flash photolysis at 355nm in organic solvents, i.e. acetonitrile and cyclohexane. The transient absorption spectra of the excited triplet DHAQ were obtained in acetonitrile, which have an absorption maximum at 480nm and two broad absorption bands around 350 and 650nm. 3DHAQ(*) is efficiently quenched by triphenylamine (TPA) via photoinduced electron transfer pathway, which was testified by the finding of TPA radical cation. In addition, aniline derivatives such as N,N-dimethylaniline (DMA), 3,5,N,N-tetramethylaniline (TMA), 4-dimethylaminobenzoic acid (DMABA) and dimethyl-p-toluidine (DMT) could also quench 3DHAQ(*) rapidly. Evidence for electron transfer interaction with anilines in acetonitrile was obtained from transient spectral characterization of formed radicals. Experimental k(q) values approach the diffusion-controlled rate limit, and decrease significantly from DMT (1.85x10(10)M-1s-1) to DMABA (1.95x10(9)M-1s-1). These k(q) values depend on the charge density on the "N" atom of anilines, which could be quantified by Hammett sigma constant.     

脉冲辐解研究喹啉和异喹啉与瞬态粒子的反应

通过合理控制反应条件, 使体系在电子束脉冲作用后只剩下所需要的一种瞬态粒子, 用脉冲辐解研究了喹啉、异喹啉分别与水合电子、羟基自由基、氢自由基等几种典型的氧化还原瞬态粒子的反应过程, 研究了各种瞬态产物的吸收光谱及其变化规律, 测定了相关反应的速率常数. 喹啉、异喹啉与水合电子的反应速率常数分别为7.1×10⁹和3.4×10⁹ mol^-1·L·s^-1, 与羟基自由基的反应速率常数分别为7.2×10⁹和3.4×10⁹ mol^-1·L·s^-1, 与氢自由基的反应速率常数分别为5.7×10⁹和3.6×10⁹ mol^-1·L·s^-1. 这一结果表明, 喹啉、异喹啉均能够非常迅速地与水合电子、羟基自由基、氢自由基发生反应, 喹啉比异喹啉的反应速率更快. 运用电子理论分析了瞬态反应产物结构的稳定性差异, 结果表明, 喹啉的反应产物比异喹啉的稳定, 从而揭示了喹啉比异喹啉反应速率快的原因.     

荧光素蒽醌甲酯分子内光诱导电子转移及电荷分离态的检测

合成了以荧光素为光敏剂的电子给体-受体二元化合物荧光素蒽醌甲酯(FL-AQ),用吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命研究了该化合物在乙醇溶液中的光物理性质,并首次用纳秒级瞬态吸收光谱检测了此化合物分子内光诱导电子转移所形成的电荷分离态.在溶液中激发FL,电子可从FL有效地转移到AQ,其速率常数为3.95×10⁹s^-1,效率为95%.但由于电荷分离态寿命较短,瞬态吸收信号弱,若在此溶液中加入二氧化钛(TiO₂)纳米胶体,使FL-AQ吸附在胶体上,电荷分离态信号明显增强.480nm处FL^+·的寿命为11.1μs;560nm处AQ^-·的寿命为8.93μs.     

中空纤维致密膜基吸收CO2传质过程

研究了硅橡胶/聚砜中空纤维致密膜基吸收CO2的传质机理,考察了吸收剂种类(NaOH,MEA,DEA和TEA)、NaOH浓度、吸收剂流速、吸收剂压力和气相压力对CO2传质通量及传质速率的影响.其中,用2×103mol/m3NaOH作吸收剂时,聚合物膜传质为控制步骤,其传质效率与膜自然渗透相近.