● 摘要
随着人们对健康问题、疾病诊断和治疗的关注以及对动物体和人体中氨基酸作用的深入了解，对氨基酸的检测分析开始备受关注。氨基酸是生命活动以及某些特殊生理过程中不可或缺的物质，也是生物体所需的营养物质之一。如果人体缺乏或减少某种氨基酸，其正常生命代谢就会受到阻碍，导致各种疾病的发生甚至生命的终止。因此，氨基酸检测在医疗诊断、营养分析、药品检测、食品加工以及生命科学研究等领域意义重大。然而，由于氨基酸结构相似、光谱惰性、弱载色体以及不具电化学活性等因素，给它的检测带来很大的挑战。目前，有关氨基酸测定的方法正在不断发展与完善，已经有许多方法实现了对氨基酸的检测，但是发展新的、简单快速、更加灵敏的检测方法仍十分重要。基于分子识别的荧光传感器由于其高的灵敏度和选择性而受到广泛关注，并且已经实现了对金属离子、阴离子和有机生物活性分子的检测。此外，具有两亲结构的表面活性剂分子在水中可以自发聚集，形成预胶束、胶束和囊泡等不同形式的超分子组装体。这些组装体可以通过静电作用和疏水作用将探针分子引入所形成的疏水微区中，使荧光化合物的稳定性和水溶性都显著增强。也可以调控荧光探针分子的光物理性质，并且通过改变表面活性剂的浓度、表面电荷和疏水链长等手段可调控对分析物传感性能。
基于近年来氨基酸检测的研究新进展，综合比较了各种方法的优缺点，结合本实验室已有的对分析物检测识别的荧光传感器的研究工作，发现目前利用超分子聚集体荧光传感器对氨基酸检测的研究报道还很少。因此，本论文的研究工作主要致力于利用表面活性剂超分子聚集体的调控作用，构建能够对水溶液中氨基酸进行高灵敏高选择性检测的超分子荧光传感器。主要完成了以下三个工作：
第一部分工作是选取荧光量子产率高、对微环境极性敏感的丹磺酰(dansyl)作为信号输出基团，合成了阳离子型双咪唑丹磺酰衍生物（DIlSD）。将DIlSD与阴离子型表面活性剂（SDS）进行组装构建荧光传感平台。首先，我们对DIlSD的光物理性质进行研究，分别考察了溶剂效应和表面活性剂效应，结果表明DIlSD仍旧保持了对环境极性敏感的特性。此外，SDS可以通过静电作用和疏水相互作用与DIlSD组装，并成功的将探针分子引入到所形成的疏水微区中，为以后的传感研究提供了坚实的基础。我们在对DIlSD/SDS体系的传感行为进行研究时，考虑到Cu2+是常用的荧光猝灭剂，咪唑基团可以结合Cu2+，同时氨基酸可以与Cu2+发生特异性的结合，以此设想构建DIlSD/SDS/Cu2+三元体系，以实现对氨基酸的传感。荧光测定结果表明，优化后的三元传感体系表现出对精氨酸（Arg）的高选择和高灵敏识别检测，检出限为170 nM，是目前检测方法中比较低的浓度。最后我们对传感机理进行了系统的研究，证明了引起体系荧光显著猝灭是SDS与Cu2+、SDS和Arg、Cu2+与Arg和荧光探针协同作用的结果。
第二部分工作是基于工作一的基础，将丹磺酰替换为荧光量子产率高、对微环境敏感、荧光寿命长和荧光信号更加丰富的芘（Pyrene）为荧光报告基团，合成得到阳离子型芘衍生物荧光探针分子（DIlSPy）。首先，我们研究了DIlSPy在不同表面活性剂和纯水溶液中的光物理行为，结果表明SDS的引入导致探针分子之间发生π-π作用，出现Pyrene的两组特征发射峰即单体（monomer）发射和激基缔合物（excimer）发射，并且可以通过改变SDS的浓度实现对DIlSPy荧光发射的调节。此外，我们在对其传感行为进行研究过程中发现有趣的现象，DIlSPy/SDS/Cu2+三元体系对Arg和Lys的传感可分为两段不同的响应模式，即氨基酸低浓度时的激基缔合物turn-off响应和高浓度时的单体turn-on型响应，并且对Arg和Lys均表现出很好地灵敏度。对Arg和Lys的检出限分别是5.2 nM 和14.6 nM，是目前检测出的最低浓度。我们通过一系列对照实验研究，推测可能的传感机理是：当Arg的浓度在0.2-10 μM时，低浓度的氨基酸结合于SDS聚集体表面，促进Cu2+对传感体系的电子转移和荧光猝灭；当Arg的浓度在10 μM以上时，高浓度的氨基酸导致组装体发生解离，探针环境由胶束变为水环境，导致单体荧光恢复。
第三部分工作是在研究第一个工作时，发现DIlSD/SDS在非缓冲体系中，对Asp和Glu表现出很好的传感行为。实验证明SDS浓度为10 mM时，检测体系的灵敏度最高，并且对Asp和Glu表现出较好的选择性。在一定的氨基酸浓度范围内，传感体系对氨基酸有很好的线性响应关系，其对Asp和Glu的检出限分别为1.6 μM和6.0 μM。我们通过紫外吸收光谱对传感机理进行了初步考察，发现可能是由于SDS、DIlSD和Asp之间存在复杂的缔合作用。此外，考虑到所检测的13种氨基酸中Asp和Glu是显酸性的，所以，考察了盐酸溶液对体系的影响，结果表明盐酸也能猝灭体系的荧光。于是，我们初步认为是H+造成的结果。DIlSD/SDS体系在水中对Asp和Glu的传感机理还需要进一步的研究。