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研究生: 張偉綸
Chang, Wei-Luen
論文名稱: 偵測鐵離子和銅離子之綠色螢光蛋白發光團的比列式螢光感測器
Green-Fluorescent-Protein-Chromophore-Based Ratiometric Fluorescent Sensor for Iron(III) and Copper(II)
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: 2020
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 89
中文關鍵詞: 綠色螢光蛋白金屬離子偵測器比列式螢光立體化學
外文關鍵詞: GFP, metal ion sensor, ratiometric fluorescent, unusual conformation
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  • 近年來有許多關於綠色螢光蛋白發光團的研究,像綠色螢光蛋白發光團的人工合成方式,或是解釋綠色螢光蛋白發光團離開生物體後螢光下降的原因,亦或是用於生物標定、化學感測器。因此我們試著以綠色螢光蛋白發光團為發色團接上對金屬離子具有親和性的尿素基團,成功合成對Fe3+和Cu2+具有辨識能力的o-ECUBDI。金屬感測器辨識的表現有螢光增強現象、螢光淬熄現象或著螢光一消一長的比列式螢光,其中比列式螢光可以通過兩個放射帶的自我校準來限制環境干擾、儀器干擾等許多外在因素。而o-ECUBDI就是屬比列式螢光感測器,並且原本的螢光與新產生的螢光有巨大的紅移,使比列式螢光的優點能夠發揮。除此之外,從o-ECUBDI的X-ray單晶結構也觀察到了與過去鄰位螢光蛋白衍生物不同的立體結構,並通過了Mercury軟體的分析,不同與過去鄰位螢光蛋白衍生物具有分子內氫鍵造成s-cis form,o-ECUBDI具有分子間氫鍵造成s-trans form的堆疊。

    We design an ortho analogue of GFP chromophore(o-ECUBDI) which can selectively sense metal ions, such as Cu2+ and Fe3+, and reveal ratiometric fluorescent. As the change in fluorescence intensity is the only detection signal, factors such as instrumental efficiency and environmental conditions can interfere with the signal output. Ratiometric sensors can eliminate most ambiguities by self-calibration of two emission bands. On top of that, o-ECUBDI has a distant dual-fluorescent which can prevent high intensity completely covers one with lower intensity. The other notable property of o-ECUBDI is that it shows an unusual conformation. Unlike general ortho analogues of GFP Chromophore are s-cis conformations but o-ECUBDI expresses s-trans in X-ray single crystal. Through Mercury calculates the X-ray data, we find s-trans conformation results from an intermolecular hydrogen bonding.

    中文摘要 i 英文摘要 ii 誌謝 viii 目錄 ix 表目錄 xi 圖目錄 xii 第I章 緒論 1 I-1 綠色螢光蛋白之起源與發展 1 I-2 綠色螢光蛋白之生物合成反應機轉 2 I-3 水母之綠色螢光蛋白的放光機制與光譜性質 4 I-4 水母之綠色螢光蛋白的光譜特性 5 I-5 綠色螢光蛋白有機合成方法與光譜分析 6 I-6 鄰位取代的綠色螢光蛋白發光團之合成 8 I-7 化學感測器之介紹與辨識原理 10 I-8 螢光化學感測器之原理機制 11 I-9 比列式螢光感測器之介紹與機制 16 I-10 比列式螢光感測器之結合、解離常數計算 18 研究動機 20 第II章 結果與討論 21 Ⅱ-1-1綠色螢光蛋白發色團類似物o-ECUBDI之合成 21 Ⅱ-1-2 綠色螢光蛋白發色團類似物o-ECUBDI之基本光譜性質 22 Ⅱ-1-3化合物o-ECUBDI滴定不同金屬離子之吸收圖譜、放射圖譜變化 25 Ⅱ-1-4 化合物o-ECUBDI滴定特定金屬之1H NMR 圖譜變化 32 Ⅱ-1-5 化合物o-ECUBDI與Fe3+、Cu2+的鍵結計量計算 35 Ⅱ-1-6 化合物o-ECUBDI與Fe3+、Cu2+之結合常數計算 36 Ⅱ-1-7 化合物o-ECUBDI與Fe3+、Cu2+的偵測極限 38 Ⅱ-1-8 化合物o-ECUBDI和EDTA對Fe3+、Cu2+之結合競爭 40 Ⅱ-1-9 化合物o-ECUBDI滴定Fe3+、Cu2+在不同溶劑中 44 Ⅱ-2-1 化合物o-ECUBDI的X-ray單晶結構 52 Ⅱ-2-2化合物o-ECUBDI與o-AABDI之立體化學比較 54 Ⅱ-2-3化合物o-ECUBDI分子間、分子內氫鍵計算 56 Ⅱ-3 結論 60 第Ⅲ章 實驗儀器與實驗步驟 61 Ⅲ-1 實驗儀器及測量方法 61 Ⅲ-2 綠色螢光蛋白類似物(o-ECUBDI)之合成 62 Ⅲ-3 可見光光譜儀之測量、莫爾吸收係數計算 66 Ⅲ-3-1 UV-vis光譜儀之測量 66 Ⅲ-3-2 綠色螢光蛋白衍生物(o-ECUBDI)之莫爾吸收係數計算 66 Ⅲ-3-3 金屬離子滴定並觀察吸收圖譜變化 66 Ⅲ-3-4 EDTA滴定並觀察吸收圖譜變化 67 Ⅲ-4 螢光光譜儀之測量、螢光量子產率計算 67 Ⅲ-4-1螢光光譜儀之測量 67 Ⅲ-4-2螢光量子產率標準液之效正 67 Ⅲ-4-3螢光量子產率計算 68 Ⅲ-4-4金屬離子滴定並觀察螢光放光圖譜變化 68 Ⅲ-4-5 EDTA滴定並觀察螢光放光圖譜變化 68 Ⅲ-4-6 o-ECUBDI與金屬之螢光強度計量計算 69 Ⅲ-4-7 o-ECUBDI與金屬之結合常數計算 69 Ⅲ-4-8 o-ECUBDI與金屬之偵測極限 70 第Ⅳ章 參考文獻 71 附錄 74

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