- 课题背景
细胞内硫醇如谷胱甘肽（GSH），半胱氨酸（Cys）和高半胱氨酸（Hcy）在维持生物系统中发挥着重要的作用。他们通过影响氧化还原环境，来避免或修复可能导致细胞功能障碍甚至死亡的氧化还原损伤。尽管在体内扮演不同的角色，但它们具有同源结构和反应性。谷胱甘肽（GSH）是一种巯基三肽，可以防止细胞成分被毒素和活性氧（ROS）破坏。半胱氨酸（Cys）是组成谷胱甘肽的氨基酸之一，也是组成动物体内蛋白质的基本氨基酸之一，Cys水平异常会导致嗜睡，水肿，心血管疾病，儿童生长缓慢等问题。高半胱氨酸（Hcy）是一种非蛋白质的氨基酸，在哺乳动物中作为Cys，GSH和胱硫醚的前体。 当血液中观察到Hcy水平升高时，它可能是功能不全的一个重要标志，即神经系统疾病和神经精神疾病。因此，准确测定和分辨包括Cys，Hcy和GSH在内的生物硫醇对于了解它们的作用和相关疾病具有重要意义。
荧光探针是一类在紫外-可见-近红外区有特征性荧光，并且它的荧光性质（激发和发射波长、强度、寿命、偏振等）随所处环境的性质，如粘度、极性、折射率等改变而灵敏的改变的荧光性分子。通过检测所产生的荧光，可以实现对被检物质的定性或定量分析。近十几年来，随着光导纤维、激光、纳米材料、电子学等学科的快速发展，荧光分析法在理论和应用上也随之快速发展。由于荧光探针具有灵敏度高、选择性好、使用方便、成本低、不需要预处理、不受外界电磁场影响、远距离发光等一系列的优点。因此荧光探针在生物化学、分子生物学、医学等领域中，被广泛的应用于药物分析、基因表达、生物群落动态以及临床诊断等方面。
- 要解决的问题
- 寻找到合适的荧光探针；
- 解决荧光探针的水溶性问题；
- 解决荧光探针合成中所遇到的一系列问题；
- 荧光探针光学性质测定及生物表征；
- 可行性分析
- 7-硝基-1,2,3-苯并恶二唑衍生物可用于区分GSH与Cys / Hcy。设计合成探针NIPY-NBD可以通过550 nm处的荧光特性区分GSH和Cys / Hcy，通过520 nm处的荧光强度定量检测Cys，Hcy或GSH的浓度。
- 课题组实验条件具备，试剂充足且课题组具有一定的探针设计合成基础。所需细胞生物实验条件具备。
3、现阶段参考的相关文献中，针对生物硫醇的荧光探针主题明确，设计合理，虽然仍具有一定的设计缺陷，但对于本课题化合物设计具有指导意义。
- 研究方法和内容
荧光试剂作为分子探针，在生命科学领域也备受瞩目。由于荧光分子探针在生物系统中具有高灵敏度，无创性和高时空分辨率的优点，因此荧光探针已成为探索生物硫醇的首选方法。现如今虽然已经开发了各种检测来自其他氨基酸的生物硫醇的荧光探针。但是，由于三种生物硫醇中巯基的相似反应性，从GSH区分检测Cys / Hcy仍然是一个挑战。众所周知，7-硝基-1,2,3-苯并恶二唑衍生物可用于区分GSH与Cys / Hcy。根据这个结论，我们设计了一种新的荧光探针NIPY-NBD，被用于区分性检测Cys，Hcy和GSH。新型荧光团NIPY-OH具有较大的斯托克斯位移，良好的光稳定性，较高的荧光量子产率和简单的合成路线。因此，我们设计了基于有效光致电子转移过程（PET）的新型探针NIPY-NBD。探针NIPY-NBD可以通过550 nm处的荧光特性区分GSH和Cys / Hcy，通过520 nm处的荧光强度定量检测Cys，Hcy或GSH的浓度。
谷胱甘肽（GSH）。作为巯基-二硫化物氧化还原缓冲液，可作为许多抗氧化酶的辅助因子，并有助于降低发生慢性高血压的风险，随着年龄的增长，通过在抗氧化应激和维持中发挥作用而增加一氧化氮生物利用度。含有还原巯基的独特蛋白质的半胱氨酸在蛋白质链的剩余空间结构中具有重要意义，如半胱氨酸蛋白酶。高半胱氨酸（Hcy）是一种非蛋白质的氨基酸，在哺乳动物中作为Cys，GSH和胱硫醚的前体。 当血液中观察到Hcy水平升高时，它可能是功能不全的一个重要标志，即神经系统疾病和神经精神疾病。
无论在生物还是医学研究领域，科学工作者都希望能获得一张直观、清晰的静态或者动态的图像，来分析细胞或生物体特定区域的特征、状态，甚至特定分子的表达、分布等信息。其中，生物光学成像由于其检测仪器发展成熟、灵敏度高、对比度高、分辨率高、成像直观、成像速度快和无损探测等优点被广泛应用。其在探寻疾病的发病机理、临床表现、基因病变,了解相应的生理学和病理学信息,疾病诊断和新的医疗手段的开发等方面具有重要的实践意义和应用前景。本实验利用荧光分子探针，实现荧光成像。
- 工作计划
2月28日—3月09日：完成文献查阅、开题报告等前期工作。
3月09日—5月10日：完成荧光探针分子的设计和合成，表征等工作。
5月11日—5月20日：完成毕业论文的撰写工作。
5月21日—6月03日：完成毕业论文的评阅与修改工作。
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