聚集诱导发光探针用于细胞缺血再灌注诱导过氧化氢成像研究

李维 贾旭 郭振波 姜文婷 张平竹 魏超 李小六

引用本文: 李维, 贾旭, 郭振波, 姜文婷, 张平竹, 魏超, 李小六. 聚集诱导发光探针用于细胞缺血再灌注诱导过氧化氢成像研究[J]. 有机化学, 2020, 40(7): 1934-1940. doi: 10.6023/cjoc202003042 shu
Citation:  Li Wei, Jia Xu, Guo Zhenbo, Jiang Wenting, Zhang Pingzhu, Wei Chao, Li Xiaoliu. Imaging of Hydrogen Peroxide During the Ischemia Reperfusion Process in Living Cells with An Aggregation Induced-Emission Probe[J]. Chinese Journal of Organic Chemistry, 2020, 40(7): 1934-1940. doi: 10.6023/cjoc202003042 shu

聚集诱导发光探针用于细胞缺血再灌注诱导过氧化氢成像研究

    通讯作者: 魏超, lweichao@hbu.edu.cn; 李小六, lixl@hbu.cn
  • 基金项目:

    河北省自然科学基金(No.B2018201234)和河北省高等学校科学技术研究(No.QN2017015)资助项目

摘要: 过氧化氢是一种重要的内源性信号分子,参与调控多种生理和病理过程.缺血再灌注会诱导产生大量内源性过氧化氢,对细胞和组织造成严重损伤.聚集诱导发光探针能够规避常规荧光团浓度过大所引起的聚集荧光淬灭的问题.以4-乙烯吡啶修饰的四苯乙烯为荧光基团,苯硼酸为过氧化氢识别基团,设计合成了一种具有聚集诱导发光性质的长波长过氧化氢荧光探针.光谱测试结果表明,探针对过氧化氢具有较好的选择性和较高的灵敏度,最低检测限为6.9×10-8 mol/L.共聚焦成像结果表明,探针具有较好的细胞通透性,可用于糖氧剥夺再灌注诱导HeLa细胞和脂多糖诱导斑马鱼内源性过氧化氢生成研究.

English

  • 活性氧物种(Reactive oxygen species, ROS)是生命体有氧代谢所产生的一类具有氧化性的活性小分子, 主要包括超氧阴离子(O2-)、单线态氧(1O2)、羟基自由基(•OH)和过氧化氢(H2O2)等[1]. H2O2不仅是ROS的关键组成部分, 更是一种重要的内源性信号分子.细胞内H2O2通常由线粒体呼吸链电子传递异常或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶过度激活所产生, 其在细胞分化、增殖、凋亡、信号转导和机体免疫等多种生理过程中发挥重要作用[2-3].研究表明, 内源性H2O2浓度过高会诱导细胞发生氧化应激, 破坏蛋白质, 从而导致多种严重疾病的发生, 如心脏病、糖尿病、神经退行性疾病和癌症等[4-6].另外, 缺血再灌注是组织缺血或缺氧一段时间后供血恢复的临床高发现象.在外科手术、器官移植、创伤性休克和血栓等多种血液循环障碍时, 均会出现缺血后再灌注损伤.缺血再灌注会诱导细胞产生大量H2O2, 对组织器官造成损伤[7].因此, 基于H2O2在生物化学和临床医学的重要意义, 开发能够原位检测H2O2水平的可视化工具具有重要意义.

    传统的H2O2检测方法主要有比色法[8]、紫外可见分光光度法[9]和电化学法[10-11]等, 这些都不适合生物样本中实时动态观测H2O2.荧光方法具有操作简便、灵敏性高、选择性可调及适合于活体成像等优点, 是检测内源性H2O2的首选方法.基于H2O2分子的氧化性和亲核性, 多种类型的H2O2荧光探针得到开发[12-15], 其识别基团主要有苯硼酸[16-25]和芳香邻二酮[26-29]及其衍生物(Scheme 1). 2004年, Chang等[16]报道了首例硼酸基H2O2荧光探针, 该探针以荧光素为荧光团, 频哪醇硼酸酯为识别基团. 2011年, Nagano等[26]开发了以4-硝基苯偶酰为识别基团的H2O2荧光探针, 该探针通过调控硝基的光诱导电子转移猝灭能力来实现对H2O2的荧光响应. 2016年, 唐波课题组[28]α-酮酰胺与分子内电荷转移机理相结合, 设计合成了一例近红外H2O2荧光探针.上述传统探针的荧光团具有较大的共轭结构, 其在大浓度使用时, 荧光团会产生π-π堆积, 造成探针聚集荧光淬灭.

    图式 1

    图式 1.  以苯硼酸(A)和芳香邻二酮衍生物(B)为识别基团的荧光探针与H2O2识别示意图
    Scheme 1.  Sensing schematic diagram of fluorescence H2O2 probes using benzoic acid (A) and benzoyl derivatives (B) as sensing groups

    2001年, 唐本忠等[30]创新性发现了基于分子内运动受限原理的“聚集诱导发光”(AIE)现象.发展AIE荧光探针有利于规避常规荧光团浓度过大所引起的聚集荧光淬灭的问题[31].唐波课题组[32]在四苯乙烯分子上直接修饰硼酸频哪醇酯, 设计合成了双硼酸基AIE荧光探针AIE-1 (Scheme 2).张德清课题组[33]在四苯乙烯结构中引入吡啶基团来增加共轭结构, 设计合成了硼酸基AIE荧光探针AIE-2 (Scheme 2).上述AIE探针实现了H2O2的选择性检测, 但较短的荧光发射波长不利于其在生物体内的广泛使用.

    图式 2

    图式 2.  (A) 已报道具有AIE性质的H2O2荧光探针AIE-1AIE-2以及(B)探针1的合成及其与H2O2反应示意图
    Scheme 2.  (A) Reported H2O2 fluorescent probe AIE-1 and AIE-2 with the properties of AIE, and (B) the synthesis and sensing mechanism with H2O2 of probe 1

    本工作设计合成了一种具有AIE性质的长荧光发射波长的H2O2探针1.探针以4-乙烯基吡啶修饰的四苯乙烯为荧光团, 通过增大荧光团的共轭结构, 将探针的荧光发射扩展至黄绿光区.探针以苯硼酸为识别基团, 与H2O2反应后荧光增强, 实现了H2O2打开型检测(Scheme 2).探究了探针对H2O2响应的灵敏性和选择性.利用荧光共聚焦显微成像, 实现了细胞和斑马鱼内H2O2的荧光成像.根据文献构建了细胞氧糖剥离再灌注(OGD/R)模型来模拟在体的缺血缺氧状态, 研究了此模型中细胞内源H2O2的变化.

    1.1.1   探针光谱性质

    为了探究探针是否具有AIE特性, 在二甲基亚砜(DMSO)/H2O体系中测试了TPE-Py、探针1及其与H2O2反应的荧光发射光谱.如图 1A所示, 随着溶液中水含量的增加, TPE-Py的荧光逐渐强度, 说明TPE-Py分子发生了聚集, 限制了分子的运动, 具有聚集诱导发光能力.探针1与H2O2反应的荧光光谱同样表明, 探针1具有AIE能力(图 1B).探针以4-乙烯基吡啶修饰的四苯乙烯为荧光团, 通过增大荧光团的共轭结构, 将探针的最大荧光发射波长延长至545 nm.与20 equiv. H2O2反应后, 探针荧光增强高达100倍, 远高于其它AIE型荧光探针[32-33].

    图 1

    图 1.  (A) 探针TPE-Py在DMSO/H2O体系中的荧光发射光谱和(B)探针1 (10 μmol/L)与H2O2 (200 μmol/L)反应1 h后545 nm处的I/I0 (I0为探针在二甲基亚砜中的荧光强度)
    Figure 1.  (A) Fluorescence spectra of TPE-Py in DMSO/PBS mixtures with different volume fractions of H2O from 0 to 100% and (B) relative fluorescent intensity at 545 nm (I/I0) of the probe 1 (10 μmol/L) after reaction with H2O2 (200 μmol/L) for 1 h (I0 is the fluorescent intensity of probe in DMSO)
    1.1.2   探针对过氧化氢的响应

    为了探究探针的检测灵敏性, 进行了荧光滴定实验.如图 2A所示, 随着加入H2O2浓度逐渐增大, 探针的荧光逐渐增强.以545 nm处探针的荧光相对强度I/I0对H2O2浓度作图, 发现在H2O2浓度75~250 μmol/L范围内线性关系良好(图 2B), 按照3σ/k方法计算探针的检测极限为6.9×10-8 mol/L.表明探针能够对H2O2高灵敏性检测.

    图 2

    图 2.  (A) 探针1在不同浓度H2O2条件下的荧光光谱、(B)探针与H2O2反应后, 545 nm处荧光强度(I/I0)与H2O2浓度拟合曲线、(C)探针1的选择性曲线和(D)不同pH溶液中探针1与H2O2条件反应前后的荧光强度(激发光405 nm, 反应时间1 h)
    Figure 2.  (A) Fluorescence spectra of probe response to different concentrations of H2O2, (B) relative fluorescent intensity at 545 nm (I/I0) as a function of H2O2 concentration, (C) selectivity of the probe towards different interfering species and (D) fluorescent intensity of the probe before and after reaction with H2O2 with different pH value (Excitation wavelength is 405 nm, and the reacting time is 1 h)

    In (C): 1, probe 1 only; 2, Cu2+; 3, Mg2+; 4, Zn2+; 5, Fe3+; 6, NO2; 7, SO42-; 8, NO3; 9, HSO32-; 10, NaClO; 11, KO2; 12, ONOO; 13, t-BuOOH; 14, NO; 15, GSH; 16, Cys; 17, H2S; 18, H2O2

    生命体是一个复杂的系统, 含有多种潜在干扰物质.为了验证探针的检测选择性, 测试了探针分别与多种金属阳离子(Cu2+、Mg2+、Zn2+、Fe3+)、阴离子(SO42-、NO3、NO2、HSO3)和具有氧化还原能力的活性分子(NaClO、KO2、ONOOt-BuOOH、NO、GSH、Cys、H2S)等的荧光光谱.如图 2C所示, 除了KO2t-BuOOH对探针有一定程度响应外, 其它均基本不会与探针反应, 表明探针对H2O2具有较高的选择性.由于弱碱性环境更利于过氧化氢与硼酸的反应[34], 测试了不同pH溶液中探针与H2O2反应的荧光光谱.荧光光谱表明, 探针可以用于中性和碱性条件下对H2O2进行识别检测(图 2D).

    为了探究探针与H2O2的识别机制, 测试了探针与H2O2反应随时间变化的紫外可见吸收光谱和产物的核磁共振氢谱.如图 3所示, 随着反应进行, 四苯乙烯吡啶盐在420 nm处的最大吸收峰发生明显蓝移.同时, 在紫外灯照射下, 探针本身没有荧光, 其与H2O2反应后, 溶液呈现明显的黄色荧光(图 3插图).核磁共振氢谱显示与TPE-Py一致.推测该探针的识别机制与已报道文献一致[23]: H2O2首先氧化苯硼酸, 进而水解脱除硼酸, 随后中间体发生重排, 消除4-亚甲基苯醌, 最终生成TPE-Py, 释放探针荧光(Scheme 2, B).

    图 3

    图 3.  探针1 (10 μmol/L)与H2O2 (200 μmol/L)反应溶液的紫外反应动力学曲线
    Figure 3.  UV-Vis kinetic curves of probe 1 (10 μmol/L) and H2O2 (200 μmol/L)

    Inset: color changes of probe 1 in the absence and presence of H2O2 under UV light (365 nm)

    将探针1用于HeLa细胞中H2O2荧光成像研究.如图 4所示, 向细胞中单独加入探针(10 μmol/L), 孵育30 min, 细胞呈现微弱的黄色荧光(图 4A); 先孵育探针30 min, 再分别加入H2O2继续孵育30 min, 细胞黄色荧光明显增强(图 4B, 4C).结果表明, 探针具有较好的细胞通透性, 可以用于细胞内H2O2成像研究.

    图 4

    图 4.  细胞外源H2O2荧光共聚焦成像
    Figure 4.  Fluorescence confocal imaging of exogenous H2O2

    (A) Images of HeLa cells treated with only probe for 30 min; (B and C) images of cells which was firstly treated with probe for 30 min, then incubated with different concentration of H2O2 (B: 100 μmol/L, C: 200 μmol/L) for 30 min. Up: fluorescent fields; Down: merged images. Scale bars=50 μm

    缺血再灌注是组织缺血或缺氧一段时间后供血恢复的临床高发现象, 普遍存在于外科手术、器官移植、创伤性休克和血栓等多种血液循环障碍过程.研究表明缺血组织再灌注会导致细胞产生大量ROS, 从而对微血管和实质器官造成损伤.为了模拟在体的缺血缺氧状态, 构建了细胞氧糖剥离再灌注(OGD/R)模型[35].分别向正常培养和OGD/R模型HeLa细胞中加入探针(10 μmol/L), 孵育30 min, 发现OGD/R模型HeLa细胞的黄色荧光明显增强(图 5), 表明缺血再灌注过程中可以诱导大量H2O2生成.

    图 5

    图 5.  氧糖剥离再灌注诱导细胞内源H2O2荧光共聚焦成像
    Figure 5.  Fluorescence confocal imaging of OGD/R induced endogenous H2O2

    (A) Images of only probe treated HeLa cells; (B) Images of only probe treated OGD/R model HeLa cells. Up: fluorescent fields, Down: merged images. Scale bars=50 μm

    斑马鱼作为模式生物, 被用于荧光共聚焦成像研究.如图 6所示, 斑马鱼本身并没有显示出荧光(图 6A), 向培养液中加入探针(10 μmol/L)培养30 min后, 斑马鱼卵黄和肠球等部位呈现出微弱的绿色荧光(图 6B), 再加入H2O2 (100 μmol/L)继续孵育30 min后, 斑马鱼相应部位绿色荧光明显增强(图 6C).说明, 探针具有较好的细胞通透性.据报道, 脂多糖(LPS)可以诱导组织产生炎症[36].向培养液中加入LPS (1×10-6 g/mL)培养12 h, 再加入探针(10 μmol/L)孵育30 min后, 斑马鱼卵黄和肠球等部位出现明显的绿色荧光(图 6D), 表明LPS诱导炎症过程伴随大量H2O2的产生.以上成像实验结果表明, 探针具有良好的组织渗透性, 可以用于外源刺激物诱导斑马鱼内源H2O2的荧光成像研究.

    图 6

    图 6.  探针1的斑马鱼荧光共聚焦成像
    Figure 6.  Fluorescence confocal imaging of probe 1

    (A) Images of only zebrafish; (B) images of only probe treated zebrafish; (C) images of zebrafish which was firstly treated with probe, then incubated with H2O2; (D) images of zebrafish which was firstly treated with LPS, then incubated with probe. Up: fluorescent fields; Down: merged images. Scale bars=100 μm

    合成了具有长发射波长的聚集诱导发光荧光探针, 实现了对H2O2的打开型荧光检测.该探针对H2O2具有良好的选择性和灵敏性, 可以联合葡萄糖氧化酶对D-葡萄糖选择性检测.此外, 探针具有良好的细胞和组织穿透性, 可以用于氧糖剥离再灌注诱导HeLa细胞和LPS诱导斑马鱼内源H2O2成像研究.

    Brucker核磁共振仪(400 MHz)、Hitachi F-7000型荧光光谱仪(日本Hitachi公司)、UV-3600型分光光度计(美国Agilent公司)、倒置荧光共聚焦显微镜(FV1000-ASV, 日本奥林巴斯)及精密pH计(HANNA, HI8424).

    4-溴二苯酮、4, 4'-二甲氧基二苯酮、TiCl4、Zn粉、4-乙烯基吡啶、Pd(OAc)2、邻甲苯基膦、N, N-二异丙基乙胺(DIPEA)等试剂均购自萨恩化学技术(上海)有限公司; 过氧化氢为30%(质量分数)分析纯(上海沃凯生物技术有限公司); N, N-二甲基甲酰胺(DMF)、DMSO、乙酸乙酯、二氯甲烷和甲醇均为分析纯, 购自国药集团化学试剂有限公司.柱层析用硅胶(100~200目)及GF254薄层层析硅胶为青岛海洋化工厂产品.

    将100.0 mg TPE-Py (0.200 mmol)和46.0 mg 4-溴甲基苯硼酸(0.210 mmol)溶解于4.0 mL乙二醇单甲醚中, 85 ℃反应过夜.减压蒸除乙二醇单甲醚, 以二氯甲烷和甲醇(V:V=50:1)为淋洗剂柱色谱分离, 得80 mg红色固体, 产率56.4%. m.p. 56.8~58 ℃; 1H NMR (DMSO-d6, 400 MHz) δ: 3.68 (s, 6H), 5.74 (s, 1H), 5.76 (s, 1H), 6.74~6.67 (m, 2H), 6.92~6.84 (m, 2H), 7.00~6.96 (m, 1H), 7.04 (d, J=8.3 Hz, 1H), 7.20~7.09 (m, 2H), 7.44 (dd, J=12.2, 7.9 Hz, 2H), 7.52 (d, J=8.3 Hz, 1H), 7.84 (d, J=8.0 Hz, 1H), 7.92 (d, J=16.2 Hz, 1H), 8.14 (s, 1H), 8.20 (d, J=6.4 Hz, 1H), 9.03 (d, J=5.9 Hz, 1H); 13C NMR (DMSO-d6, 100 MHz) δ: 55.20, 55.38, 62.82, 113.63, 113.77, 124.49, 128.01, 128.29, 128.48, 131.22, 131.94, 132.48, 132.56, 135.28, 135.89, 136.48, 138.55, 144.59, 146.92, 158.40; HRMS calcd for C42H37NBO4 630.2810, found 630.2816.

    探针及其对照分子用DMSO配制成4.0×10-3 mol/L的母液, 测试浓度为10 μmol/L.选择性测试所用各种干扰离子均为钠盐或钾盐, 除Cys、Hcy测试浓度为1.0×10-3 mol/L, GSH浓度为5.0×10-3 mol/L外, 其它干扰离子测试浓度为1.0×10-4 mol/L, 测试溶液为磷酸盐缓冲液(PBS, 1.0×10-2 mol/L, pH 7.4, 体积分数为60%的DMSO).荧光光谱、紫外光谱均在25 ℃条件下测试, 孵育时间为60 min, 样品池为1 cm×1 cm×4 cm石英比色皿, 激发波长为365 nm, 激发和发射狭缝宽度均为5 nm.

    细胞培养: HeLa细胞在高糖培养基(含有体积分数为10%的胎牛血清、100 U/mL盘尼西林、100 mg/mL链霉素和4×10-3 mol/L L-谷氨酰胺), 体积分数为5%的CO2, 37 ℃条件下培养.

    OGD/R细胞模型建立:用PBS洗涤HeLa细胞三次, 将其加入无糖培养基和连二硫酸钠(0.5×10-3 mol/L)中培养30 min.随后将细胞转移至高糖培养基, 体积分数为5%的CO2, 37 ℃条件下孵育30 min.

    细胞成像实验: HeLa细胞接种于成像专用玻底培养皿, 密度为2×104(/cm-2).探针组仅加入探针1 (10 μmol/L)孵育30 min; 外源H2O2成像组先加入探针1 (10 μmol/L)孵育30 min, PBS洗涤三次去除过量探针后, 再分别加入H2O2 (100, 200 μmol/L)继续孵育30 min, 进行荧光成像. OGD/R模型组加入探针1 (10 μmol/L), 孵育30 min; PBS洗涤三次去除过量探针, 进行荧光成像.共聚焦荧光成像激发波长为405 nm, 收集495~595 nm范围的图像.

    3日龄斑马鱼用于荧光成像.对照组不对斑马鱼进行任何处理; 探针组仅加入探针1 (10 μmol/L)孵育30 min; 外源H2O2成像组先加入探针1 (10 μmol/L)孵育30 min, PBS洗涤三次去除过量探针后, 再加入H2O2 (100 μmol/L)继续孵育30 min; LPS诱导内源H2O2成像组先加入LPS (1×10-6 g/mL)孵育12 h, 再加入探针1 (10 μmol/L)继续孵育30 min, PBS洗涤三次去除过量探针后, 进行荧光成像.共聚焦荧光成像激发波长为405 nm, 收集495~595 nm范围的图像.

    辅助材料(Supporting Information)  化合物TPE-Py和探针11H NMR, 13C NMR以及HRMS谱图, 探针的部分光谱测试等.这些材料可以免费从本刊网站(http://sioc-journal.cn/)上下载.


    1. [1]

      Rhee, S. G. Science 2006, 312, 1882. doi: 10.1126/science.1130481

    2. [2]

      Mishina, N. M.; Tyurin-Kuzmin, P. A.; Markvicheva, K. N.; Vorotnikov, A. V.; Tkachuk, V. A.; Laketa, V.; Schultz, C.; Lukyanov, S.; Belousov, V. V. Antioxid. Redox Signaling 2011, 15, 1. doi: 10.1089/ars.2010.3560

    3. [3]

      Hurd, T. R.; DeGennaro, M.; Lehmann, R. Trends Cell Biol. 2012, 22, 107. doi: 10.1016/j.tcb.2011.11.002

    4. [4]

      Ohshima, H.; Tatemichi, M.; Sawa, T. Arch. Biochem. Biophys. 2003, 417, 3. doi: 10.1016/S0003-9861(03)00283-2

    5. [5]

      Silva, G. F.; Ming, L. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 3337. doi: 10.1002/anie.200604421

    6. [6]

      Barnham, K. J.; Masters, C. L.; Bush, A. I. Nat. Rev. Drug Discovery 2004, 3, 205. doi: 10.1038/nrd1330

    7. [7]

      Gottlieb, R. A.; Burleson, K. O.; Kloner, R. A.; Babior, B. M.; Engler, R. L. J. Clin. Invest. 1994, 94, 1621. doi: 10.1172/JCI117504

    8. [8]

      Li, L.; Zhang, Y.; Zhang, L. N.; Ge, S. G.; Liu, H. Y.; Ren, N.; Yan, M.; Yu, J. H. Anal. Chem. 2016, 88, 5369. doi: 10.1021/acs.analchem.6b00693

    9. [9]

      Matsubara, C.; Kawamoto, N.; Takamura, K. Analyst 1992, 117, 1781. http://www.onacademic.com/detail/journal_1000035908820610_ac08.html

    10. [10]

      杨绍明, 黄爱花, 查文玲, 魏志鹏, 郑龙珍, 化学学报, 2011, 69, 2143. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HXXB201118012.htmYang, S. M.; Huang, A.-H.; Cha, W. L.; Wei, Z. P.; Zheng, L, Z. Acta Chim. Sinica 2011, 69, 2143(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HXXB201118012.htm

    11. [11]

      Li, Z. Z.; Xin, Y. M.; Wu, W. L.; Fu, B. L.; Zhang, Z. H. Anal. Chem. 2016, 88, 7724. doi: 10.1021/acs.analchem.6b01637

    12. [12]

      Lippert, A. R.; Bittner, G. C.; Chang, C. J. Acc. Chem. Res. 2011, 44, 793. http://med.wanfangdata.com.cn/Paper/Detail/PeriodicalPaper_PM21834525

    13. [13]

      Andina, D.; Leroux, J.-C.; Luciani, P. Chem.-Eur. J. 2017, 23, 13549. doi: 10.1002/chem.201702458

    14. [14]

      Rezende, F.; Brandes, R. P.; Schroeder, K. Antioxid. Redox Signaling 2018, 29, 585. doi: 10.1089/ars.2017.7401

    15. [15]

      Liu, Y.; Jiao, C.; Lu, W.; Zhang, P.; Wang, Y. RSC Adv. 2019, 9, 18027. doi: 10.1039/C9RA02467K

    16. [16]

      Chang, M. C.; Pralle, A.; Isacoff, E. Y.; Chang, C. J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15392. doi: 10.1021/ja0441716

    17. [17]

      Chung, C.; Srikun, D.; Lim, C. S.; Chang, C. J.; Cho, B. R. Chem. Commun. 2011, 47, 9618. doi: 10.1039/c1cc13583j

    18. [18]

      Ang, C. Y.; Tan, S. Y.; Wu, S. J.; Qu, Q. Y.; Wong, M. F. E.; Luo, Z.; Li, P. Z.; Selvan, S. T.; Zhao, Y. L. J. Mater. Chem. C 2016, 4, 2761. doi: 10.1039/C5TC01465D

    19. [19]

      Liu, J.; Ren, J.; Bao, X. J.; Gao, W.; Wu, C. L.; Zhao, Y. B. Anal. Chem. 2016, 88, 5865. doi: 10.1021/acs.analchem.6b00654

    20. [20]

      Ren, M. G.; Deng, B. B.; Wang, J. Y.; Kong, X. Q.; Liu, Z. R.; Zhou, K.; He, L. W.; Lin, W. Y. Biosens. Bioelectron. 2016, 79, 237. doi: 10.1016/j.bios.2015.12.046

    21. [21]

      Xiao, H.; Li, P.; Hu, X.; Shi, X.; Zhang, W.; Tang, B. Chem. Sci. 2016, 7, 6153. doi: 10.1039/C6SC01793B

    22. [22]

      Liu, X.; He, L.; Yang, L.; Geng, Y.; Yang, L.; Song, X. Sens. Actuators, B 2018, 259, 803.

    23. [23]

      Shen, Y.; Zhang, X.; Zhang, Y.; Wu, Y.; Zhang, C.; Chen, Y.; Jin, J.; Li, H. Sens. Actuators, B 2018, 255, 42. doi: 10.1016/j.snb.2017.08.020

    24. [24]

      Zhu, B.; Wu, L.; Wang, Y.; Zhang, M.; Zhao, Z.; Liu, C.; Wang, Z.; Duan, Q.; Jia, P. Sens. Actuators, B 2018, 259, 797. doi: 10.1016/j.snb.2017.12.135

    25. [25]

      Zhang, J.; Shi, L.; Li, Z.; Li, D.; Tian, X.; Zhang, C. Analyst 2019, 144, 3643. doi: 10.1039/C9AN00385A

    26. [26]

      Abo, M.; Urano, Y.; Hanaoka, K.; Terai, T.; Komatsu, T.; Nagano, T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10629. doi: 10.1021/ja203521e

    27. [27]

      Zhang, K. M.; Dou, W.; Li, P. X.; Shen, R.; Ru, J. X.; Liu, W.; Cui, Y. M.; Chen, C. Y.; Liu, W. S.; Bai, D. C. Biosens. Bioelectron. 2015, 64, 542. doi: 10.1016/j.bios.2014.09.073

    28. [28]

      Xie, X.; Yang, X. E.; Wu, T.; Li, Y.; Li, M.; Tan, Q.; Wang, X.; Tang, B. Anal. Chem. 2016, 88, 8019. doi: 10.1021/acs.analchem.6b01256

    29. [29]

      Peng, J.; Hou, X.; Zeng, F.; Wu, S. Biosens. Bioelectron. 2017, 94, 278. doi: 10.1016/j.bios.2017.03.003

    30. [30]

      Luo, J. D.; Xie, Z. L.; Zhu, D. B.; Tang, B. Z. Chem. Commun. 2011, 18, 1740.

    31. [31]

      Zhang, J.; Wang, Q.; Guo, Z.; Zhang, S.; Yan, C.; Tian, H.; Zhu, W. Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1808153. doi: 10.1002/adfm.201808153

    32. [32]

      Zhang, W.; Liu, W.; Li, P.; Huang, F.; Wang, H.; Tang, B. Anal. Chem. 2015, 87, 9825. doi: 10.1021/acs.analchem.5b02194

    33. [33]

      Hu, F.; Huang, Y.; Zhang, G.; Zhao, R.; Zhang, D. Tetrahedron Lett. 2014, 55, 1471. doi: 10.1016/j.tetlet.2014.01.056

    34. [34]

      Xu, J.; Zhang, Y.; Yu, H.; Gao, X.; Shao, S. Anal. Chem. 2016, 88, 1455.

    35. [35]

      Li, Y.; Wang, X.; Yang, J.; Xie, X. L.; Li, M. M.; Niu, J. Y.; Tong, L. L.; Tang, B. Anal. Chem. 2016, 88, 11154. doi: 10.1021/acs.analchem.6b03376

    36. [36]

      Kumar, R.; Han, J.; Lim, H.-J.; Ren, W. X.; Lim, J.-Y.; Kim, J.-H.; Kim, J. S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 17836. doi: 10.1021/ja510421q

  • 图式 1  以苯硼酸(A)和芳香邻二酮衍生物(B)为识别基团的荧光探针与H2O2识别示意图

    Scheme 1  Sensing schematic diagram of fluorescence H2O2 probes using benzoic acid (A) and benzoyl derivatives (B) as sensing groups

    图式 2  (A) 已报道具有AIE性质的H2O2荧光探针AIE-1AIE-2以及(B)探针1的合成及其与H2O2反应示意图

    Scheme 2  (A) Reported H2O2 fluorescent probe AIE-1 and AIE-2 with the properties of AIE, and (B) the synthesis and sensing mechanism with H2O2 of probe 1

    图 1  (A) 探针TPE-Py在DMSO/H2O体系中的荧光发射光谱和(B)探针1 (10 μmol/L)与H2O2 (200 μmol/L)反应1 h后545 nm处的I/I0 (I0为探针在二甲基亚砜中的荧光强度)

    Figure 1  (A) Fluorescence spectra of TPE-Py in DMSO/PBS mixtures with different volume fractions of H2O from 0 to 100% and (B) relative fluorescent intensity at 545 nm (I/I0) of the probe 1 (10 μmol/L) after reaction with H2O2 (200 μmol/L) for 1 h (I0 is the fluorescent intensity of probe in DMSO)

    图 2  (A) 探针1在不同浓度H2O2条件下的荧光光谱、(B)探针与H2O2反应后, 545 nm处荧光强度(I/I0)与H2O2浓度拟合曲线、(C)探针1的选择性曲线和(D)不同pH溶液中探针1与H2O2条件反应前后的荧光强度(激发光405 nm, 反应时间1 h)

    Figure 2  (A) Fluorescence spectra of probe response to different concentrations of H2O2, (B) relative fluorescent intensity at 545 nm (I/I0) as a function of H2O2 concentration, (C) selectivity of the probe towards different interfering species and (D) fluorescent intensity of the probe before and after reaction with H2O2 with different pH value (Excitation wavelength is 405 nm, and the reacting time is 1 h)

    In (C): 1, probe 1 only; 2, Cu2+; 3, Mg2+; 4, Zn2+; 5, Fe3+; 6, NO2; 7, SO42-; 8, NO3; 9, HSO32-; 10, NaClO; 11, KO2; 12, ONOO; 13, t-BuOOH; 14, NO; 15, GSH; 16, Cys; 17, H2S; 18, H2O2

    图 3  探针1 (10 μmol/L)与H2O2 (200 μmol/L)反应溶液的紫外反应动力学曲线

    Figure 3  UV-Vis kinetic curves of probe 1 (10 μmol/L) and H2O2 (200 μmol/L)

    Inset: color changes of probe 1 in the absence and presence of H2O2 under UV light (365 nm)

    图 4  细胞外源H2O2荧光共聚焦成像

    Figure 4  Fluorescence confocal imaging of exogenous H2O2

    (A) Images of HeLa cells treated with only probe for 30 min; (B and C) images of cells which was firstly treated with probe for 30 min, then incubated with different concentration of H2O2 (B: 100 μmol/L, C: 200 μmol/L) for 30 min. Up: fluorescent fields; Down: merged images. Scale bars=50 μm

    图 5  氧糖剥离再灌注诱导细胞内源H2O2荧光共聚焦成像

    Figure 5  Fluorescence confocal imaging of OGD/R induced endogenous H2O2

    (A) Images of only probe treated HeLa cells; (B) Images of only probe treated OGD/R model HeLa cells. Up: fluorescent fields, Down: merged images. Scale bars=50 μm

    图 6  探针1的斑马鱼荧光共聚焦成像

    Figure 6  Fluorescence confocal imaging of probe 1

    (A) Images of only zebrafish; (B) images of only probe treated zebrafish; (C) images of zebrafish which was firstly treated with probe, then incubated with H2O2; (D) images of zebrafish which was firstly treated with LPS, then incubated with probe. Up: fluorescent fields; Down: merged images. Scale bars=100 μm

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  16
  • 文章访问数:  1483
  • HTML全文浏览量:  310
文章相关
  • 发布日期:  2020-07-25
  • 收稿日期:  2020-03-16
  • 修回日期:  2020-04-30
  • 网络出版日期:  2020-05-15
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章