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研究生: 谷育銘
Ku, Yu-Ming
論文名稱: 含尿素基團之螢光蛋白衍生物的特性與應用:作為對氟離子具選擇性之螢光感測器
Properties and Applications of a GFP chromophore with Urea Moiety: A Fluorescent Sensor for Selective Detection of Fluoride
指導教授: 宋光生
Sung, Kuang-Sen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2021
畢業學年度: 109
語文別: 中文
論文頁數: 72
中文關鍵詞: 綠色螢光蛋白 、陰離子感測器 、尿素基團 、比例式螢光
外文關鍵詞: GFP, urea moiety, anion chemosensor, ratiometric fluorescence
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  • 自從1962年由日本科學家下村脩從維多利亞發光水母分離出綠色螢光蛋白後,螢光蛋白相關的研究就如同雨後春筍般冒出,並時常用於紀錄蛋白質交互作用、基因標誌、化學感測器等。近年來在環境與生物體上偵測陰離子成為重要的目標,因此陰離子感測器開始成為重大的研究方向。我們合成出含尿素基團之螢光蛋白衍生物o-BCUBDI,可以以氫鍵為作用力與F-進行配位進而加以辨識。從螢光圖譜可見o-BCUBDI逐漸加入後,本身在439 nm產生的螢光,其強度逐漸下降,並逐漸長出在較長波長502 nm的螢光,此是為一消一長之比例式螢光。相較於螢光增強、螢光淬熄等螢光感測器,比例式螢光具有兩種放射螢光因此具有內標準法的效果,可以增加訊雜比,並且提高目標物偵測之準確性。以此又繼續探討o-BCUBDI對F-之偵測極限、鍵結計量以及結合常數,並且也以逐漸加入水將F-抓回去的方式,證明o-BCUBDI與F-之螢光的改變並非受到催化反應的影響,最後又以NMR滴定的方式推測o-BCUBDI與F-配位方式。而除了陰離子之外,加入Cu2+、Fe3+等金屬離子亦會使o-BCUBDI有比例式螢光。然後我們也進行酸鹼滴定,輔以了解o-BCUBDI 與待測物結合後產生比例式螢光之機制。

    Since 1962 , Green Fluorescence Protein (GFP) was purified by Osamu Shimomura, from the Aequorea jellyfish. Later, the research on the GFP sprung out , and then the was applied to protein interaction, gene expression and chemosensor. Nowadays,the anion chemosensor has been paid in substantial effort. We then synthesized GFP derivative with urea moiety, o-BCUBDI, which could bind with F- through hydrogen bonding to recognize it. We could see the fluorescent spectroscopy that the original fluorescence at 439 nm decreased, and the fluorescence at 502 nm gradually grew, this kind of fluorescence was called ratiometric fluorescence. In comparison with fluorescence enhance or fluorescence quench, ratiometric fluorescence can act as an internal reference to enhance the signal-to-noise ratio and improve the accuracy of the detection. We also discussed the detection limit, binding stoichiometry, binding constant between o-BCUBDI and F-. The back titration of F- through gradually adding water was also performed, which means that the interaction of F- and o-BCUBDI is not a catalytic reaction. Then the F- NMR titration waa also performed to discuss the binding site of F- and o-BCUBDI. Metal ions such as Cu2+ and Fe3+ could cause ratiometric fluorescence to o-BCUBDI, too. The acid and base titration were also performed to assist the discussion on the ratiometric fluorescence mechanism of o-BCUBDI and its analyte.

    中文摘要 i 英文摘要 ii 致謝 ix 目錄 x 表目錄 xii 圖目錄 xiii 第I章 緒論 1 I-1 綠色螢光蛋白之簡介 1 I-2 綠色螢光蛋白生物合成 2 I-3 綠色螢光蛋白放光機制與光譜性質 2 I-4 綠色螢光蛋白主要發光團p-HBDI的有機合成方法 4 I-5 綠色螢光蛋白主要發光團p-HBDI之光譜性質 5 I-6 含鄰位取代基之綠色螢光蛋白主要發光團有機合成 6 I-6-1 含鄰位羥基之綠色螢光蛋白衍生物o-HBDI有機合成 6 I-6-2 含鄰位胺基之綠色螢光蛋白衍生物o-ABDI有機合成 7 I-7 化學感測器性質 8 I-8 螢光化學感測器之原理 9 I-9 比例式螢光 13 I-10 陰離子感測器 14 I-11 化學鍵結劑量計算 14 I-12 比例式螢光感測器與待測物結合常數計算 16 I-13 研究動機 17 第II章 結果與討論 18 II-1 化合物o-BCUBDI之合成方法 18 II-2 化合物o-BCUBDI之X-ray結構 19 II-3 化合物o-BCUBDI之基本光譜性質 20 II-4 化合物o-BCUBDI在酸性與鹼性之光化學變化 24 II-5 化合物o-BCUBDI滴定不同陰離子之吸收光譜、螢光光譜 27 II-6 化合物o-BCUBDI加入 F-後再加入水之吸收光譜、螢光光譜 32 II-7 化合物o-BCUBDI與F-的鍵結量計算 34 II-8 化合物o-BCUBDI與F-之結合常數 35 II-9 化合物o-BCUBDI與F-之偵測極限 36 II-10 化合物o-BCUBDI對F-之1H NMR滴定 37 II-11 化合物o-BCUBDI滴定不同金屬離子之吸收圖譜、螢光圖譜變化 40 II-12 滴定EDTA探討化學感測器o-BCUBDI 抓Cu2+、Fe3+之可逆性 48 第III章 實驗儀器與實驗步驟 52 III-1 實驗儀器 52 III-2 綠色螢光蛋白衍生物o-BCUBDI之合成 53 III-3 可見光光譜儀測量、莫爾吸收係數計算 56 III-3-1 UV-vis 吸收光譜儀測量 56 III-3-2 綠色螢光蛋白衍生物(o-BCUBDI)之莫爾吸收係數計算 56 III-3-3 酸、鹼滴定的觀測UV-vis吸收圖譜變化 56 III-3-4 陰離子、金屬離子觀測UV-vis吸收圖譜變化 56 III-3-5 逐漸加入水觀察o-BCUBDI加入F-後之UV-vis吸收圖譜變化 57 III-3-6 逐漸加入EDTA觀察o-BCUBDI加入Cu2+、Fe3+後之UV-vis吸收圖譜變化 58 III-4 螢光光光譜儀測量、量子產率計算 58 III-4-1 螢光光譜儀測量 58 III-4-2 螢光量子產率標準液之校正 58 III-4-3 螢光量子產率計算 59 III-4-4 酸、鹼滴定的觀測螢光圖譜變化 59 III-4-5 陰離子、金屬離子滴定觀測螢光圖譜變化 59 III-4-6 逐漸加入水觀察o-BCUBDI加入F-後之螢光圖譜變化 60 III-4-7 逐漸加入EDTA觀察o-BCUBDI加入Cu2+、Fe3+後之螢光圖譜變化 60 III-4-8 o-BCUBDI與F-之鍵結計量計算 61 III-4-9 o-BCUBDI與F-之結合常數計算 61 III-4-10 o-BCUBDI與F-之偵測極限 62 第IV章 參考文獻 63 附錄 65

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    2026-08-30公開
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