Luận án Thiết kế, tổng hợp một số sensor huỳnh quang từ dẫn xuất của cyanine và coumarin để xác định biothiol và Hg(II)

Tên luận án:

Thiết kế, tổng hợp một số sensor huỳnh quang từ dẫn xuất của cyanine và coumarin để xác định biothiol và Hg(II)

Ngành:

Không có thông tin về ngành được cung cấp trong văn bản.

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế, tổng hợp và ứng dụng các sensor huỳnh quang mới để phát hiện chọn lọc các biothiol quan trọng như Glutathione (GSH), Cysteine (Cys), Homocysteine (Hcy) và ion thủy ngân (Hg(II)). Việc phát hiện các chất này có ý nghĩa quan trọng trong chẩn đoán bệnh sớm và bảo vệ môi trường, do mức độ bất thường của biothiol liên quan đến nhiều bệnh và thủy ngân là chất gây ô nhiễm nguy hiểm. Phương pháp huỳnh quang được lựa chọn do những ưu điểm vượt trội như không đòi hỏi thiết bị đắt tiền, dễ thực hiện, ít tốn kém và khả năng ứng dụng phân tích trong tế bào sống.

Nghiên cứu đã phát triển thành công hai sensor huỳnh quang mới là L (dẫn xuất cyanine) và AMC (dẫn xuất coumarin) thông qua sự kết hợp linh hoạt giữa tính toán hóa học lượng tử và nghiên cứu thực nghiệm. Sự kết hợp này giúp giảm khối lượng công việc, tiết kiệm thời gian, chi phí hóa chất và làm sáng tỏ bản chất các quá trình. Cấu trúc và đặc tính của các sensor đã được xác định ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ và khẳng định bằng thực nghiệm.

Sensor L có khả năng phát hiện chọn lọc ion Hg(II) theo cơ chế bật-tắt huỳnh quang với giới hạn phát hiện 0,059 µM và giới hạn định lượng 0,19 µM. Phức chất Hg2L2 của sensor L sau đó được sử dụng để phát hiện chọn lọc Cys dựa trên phản ứng trao đổi phức, hoạt động theo kiểu tắt-bật (OFF-ON), với giới hạn phát hiện 0,2 µM và giới hạn định lượng 0,66 µM. Sensor AMC phát hiện chọn lọc các biothiol (Cys, GSH, Hcy) dựa trên sự biến đổi tỉ lệ cường độ huỳnh quang ở hai bước sóng, với giới hạn phát hiện Cys là 0,5 µM và giới hạn định lượng 1,65 µM, theo cơ chế cộng Michael.

Các phân tích lý thuyết TD-DFT cho thấy, ion Hg(II) gây giảm khoảng cách năng lượng HOMO-LUMO và thay đổi hệ liên hợp electron π, dẫn đến dập tắt huỳnh quang của phức Hg2L2. Đối với AMC và các sản phẩm cộng của nó với biothiol, sự phát xạ huỳnh quang xuất phát từ các trạng thái kích thích electron ở mức cao (S2, S4) về trạng thái cơ bản So, một trường hợp ngoại lệ của quy tắc Kasha.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

• CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

  • 1.1. Tổng quan nghiên cứu về sensor huỳnh quang

    • 1.1.1. Tình hình nghiên cứu sensor huỳnh quang

    • 1.1.2. Nguyên lý hoạt động của sensor huỳnh quang

    • 1.1.3. Cấu tạo của sensor huỳnh quang

    • 1.1.4. Nguyên tắc thiết kế các sensor huỳnh quang

  • 1.2. Vai trò của các biothiol trong tế bào và phương pháp phát hiện

    • 1.2.1. Các biothiol và vai trò của chúng

    • 1.2.2. Phương pháp phát hiện các biothiol

  • 1.3. Nguồn ô nhiễm, độc tính, phương pháp phát hiện ion Hg(II)

    • 1.3.1. Nguồn ô nhiễm, độc tính của ion Hg(II)

    • 1.3.2. Phương pháp phát hiện ion Hg (II)

  • 1.4. Sensor huỳnh quang phát hiện các biothiol

    • 1.4.1. Dựa trên phản ứng tạo vòng với các aldehyde

    • 1.4.2. Dựa trên phản ứng cộng Michael

    • 1.4.3. Dựa trên phản ứng ghép nối peptide

    • 1.4.4. Dựa trên phản ứng sắp xếp lại nhóm thế ở nhân thơm

    • 1.4.5. Dựa trên phản ứng phân tách sulfonamide ester hoặc sulfonate ester bởi thiol

    • 1.4.6. Dựa trên phản ứng phân tách disulfides bởi thiol

    • 1.4.7. Dựa trên phản ứng hình thành và phân hủy phức

    • 1.4.8. Dựa trên các cơ chế khác

  • 1.5. Sensor huỳnh quang phát hiện ion Hg(II)

    • 1.5.1. Dựa trên các phản ứng tạo phức với ion Hg(II)

    • 1.5.2. Dựa trên các phản ứng đặc trưng của ion Hg(II)

  • 1.6. Sensor huỳnh quang phát hiện biothiol và ion Hg(II) dựa trên fluorophore là cyanine và coumarin

  • 1.7. Tổng quan ứng dụng hóa học tính toán trong nghiên cứu các sensor huỳnh quang

• CHƯƠNG 2

  • NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

    • 2.1. Mục tiêu nghiên cứu

    • 2.2. Nội dung nghiên cứu

    • 2.3. Phương pháp nghiên cứu

      • 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu tính toán lý thuyết

      • 2.3.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

• CHƯƠNG 3

  • KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

    • 3.1. Thiết kế, tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng sensor L từ dẫn xuất của cyanine phát hiện các biothiol và ion Hg(II) dựa trên phản ứng tạo phức

      • 3.1.1. Nghiên cứu lý thuyết về thiết kế, tổng hợp, đặc trưng của sensor L

        • 3.1.1.1. Nghiên cứu thiết kế, tổng hợp sensor L

        • 3.1.1.2. Nghiên cứu lý thuyết đặc tính của L

      • 3.1.2. Nghiên cứu thực nghiệm tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng của sensor L

        • 3.1.2.1. Thực nghiệm tổng hợp L

        • 3.1.2.2. Khảo sát thực nghiệm ứng dụng sensor L phát hiện ion Hg(II)

      • 3.1.3. Nghiên cứu lý thuyết ứng dụng sensor L phát hiện ion Hg(II)

      • 3.1.4. Nghiên cứu sử dụng phức Hg2L2 phát hiện các biothiol

        • 3.1.4.1. Nghiên cứu tính toán lý thuyết từ các phản ứng tạo phức

        • 3.1.4.2. Khảo sát thực nghiệm sử dụng phức Hg2L2 làm sensor huỳnh quang phát hiện các biothiol

    • 3.2. Thiết kế, tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng của sensor huỳnh quang AMC từ dẫn xuất của coumarin phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng cộng Michael

      • 3.2.1. Nghiên cứu thiết kế, tổng hợp sensor AMC và phản ứng giữa sensor AMC với các biothiol

        • 3.2.1.1. Nghiên cứu lý thuyết thiết kế và tổng hợp sensor AMC

        • 3.2.1.2. Nghiên cứu lý thuyết về phản ứng giữa sensor AMC với các biothiol

      • 3.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng của AMC

        • 3.2.2.1. Thực nghiệm tổng hợp sensor AMC

        • 3.2.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm về đặc tính và ứng dụng của sensor AMC

      • 3.2.3. Nghiên cứu lý thuyết về đặc tính và ứng dụng của AMC

        • 3.2.3.1. Hình học tối ưu của AMC, AMC-Cys, AMC-Hcy và AMC-GSH ở trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích electron

        • 3.2.3.2. Nghiên cứu lý thuyết phổ kích thích và phổ huỳnh quang