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环境问题已成为全球共同关注的一个焦点,也是制约我国经济和社会可持续发展面临的重大难题,对环境污染物的监测方法研究已成为当今科学研究的一大热门。在各种环境有毒物质中,作为重金属离子之一的汞离子由于其对生命体系及整个水系的生态平衡的不可逆破坏(即使痕量存在)而尤为引人关注;次氯酸具有强烈的抗菌特性,但过量的次氯酸会污染环境,同时也会对生物体造成严重的损伤;铜是人体必需的微量元素之一,但体内铜离子的过量或者缺失都会引起严重的健康问题。因此,对包括水中及生物体内上述离子的研究和检测具有十分重要的意义。
为提高荧光分子探针在灵敏度、选择性及生物体系应用等方面的性能,本论文第一部分以具有相对长激发和发射波长的罗丹明类化合物为母体分子,设计合成了两种分别用于汞离子、次氯酸根离子检测的新型荧光分子探针。
1.在第二章中,利用罗丹明“关-开”环原理设计合成了硫代罗丹明6G酰肼(R6GS)并将其应用于水溶液和活细胞内汞离子检测。在测试体系中,R6GS本身溶液无色,荧光非常弱;加入汞离子后,溶液立刻变为粉红色且荧光显著增强,而对其它离子则没有响应,表明该探针分子对汞离子有较高的选择性和较高的灵敏度。荧光光谱显示R6GS对0-10μmol/L的汞离子有较好线性关系,检出限为0.625μmol/L。最后,该探针被成功用于宫颈癌细胞中Hg2+的荧光成像研究。
2.在第三章中,基于第2章同样的原理,研制了基于硫代罗丹明B酰肼(RBS)的次氯酸根荧光分子探针并将其用于水溶液及细胞内次氯酸根离子检测。在识别过程中,探针分子RBS的内酰胺环在OCl-的诱导下发生开环反应,从而引起溶液颜色变化,由无色变为粉红色,同时溶液的荧光强度也显著增强。荧光光谱显示RBS对1～10μmol/L的汞离子有较好线性关系,检出限为0.33μmol/L。最后,该探针被用于Hela细胞内OCl-的荧光成像检测,得到令人满意的结果。
为同时实现对重金属离子检测和去除,第二部分以Fe3O4/Au为骨架研制了一种磁性纳米探针,并将其用于水体中铜离子的检测和去除。
3.在第四章中,设计合成了一种磁性纳米复合材料Fe3O4/Au-L-Cys并将其用于水溶液中铜离子检测。该材料对铜离子选择性高、灵敏度好。同时,利用该材料优良的光磁性质,同时实现了对溶液中Cu2+离子的检测和分离去除。