實驗室相關研究

本實驗室余柔靚學姊在 2009 年曾合成出一系列 3-HF 衍生物之雌二醇螢光探 針，⁸⁹ HF-EDIOL、HF-EDINH2、HF-EDISO4H 和 HF-7α-EDIOL，其結構如圖 1-26 所示 (藍色)，並研究其用於生物體內的雌性激素受體 (estrogen receptor) 之造 影的可能性，希望藉由 3-HF 的螢光特性，來偵測雌性激素受體的存在位置及濃度 變化，提供即時檢測的工具。其研究結果意外發現這四個分子在水占比例比較高 的環境中會進行自組裝，形成螢光團在內，雌性激素分子朝外的超分子結構。為 了更加了解雌性激素結構之自組裝機制，與其結構上的改變對自組裝之影響，實 驗室蘇怡文學姊在 2011 年合成出一系列分子，HF-3-EDIGuid、HF-3-EDICO₂H 和 HF-7-EDISO4H，其結構如圖 1-26 所示 (橘色)，想要進一步探討置換不同的高 極性官能基團，或改變螢光團連接位置 (改變分子形狀)，是否會影響分子的堆疊，

導致不同的自組裝型態。⁹⁰

圖 1-26 HF-EDIOL、HF-EDINH2、HF-EDISO4H、HF-7α-EDIOL、HF-3-EDIGuid、

HF-3-EDICO₂H 與 HF-7-EDISO₄H 之結構圖 (藍色為余柔靚學姊分子，橘色為蘇 怡文學姊分子)。

將 HF-EDIOL、HF-EDINH2、HF-EDISO4H、HF-7α-EDIOL、HF-3-EDIGuid、

HF-3-EDICO₂H 與 HF-7-EDISO₄H 分子分別配製成濃度為 10 μM，在不同的 DMSO 與 H2O 比例之混合溶劑進行螢光定性測試，而 3-HF 螢光團的螢光特性在 1.4 章節 裡已經介紹過，已知該螢光團具有 ESICT 與 ESIPT 兩種放光機制，在極性非質子

性溶劑中 (polar aprotic solvent)，如 DMSO，以 ESIPT 螢光放射為主，隨著水的比 例增加，因質子溶劑的存在，ESIPT 路徑會被水競爭掉，使得其放射峰隨之下降，

而 ESICT 放射峰則隨之上升，但由圖 1-27 (a-g) 螢光光譜發現這些分子，隨水的 比例增加，ESICT 放射峰先升後降，ESIPT 放射峰先降後升，均有反轉的現象發 生，代表在高極性混合溶劑下分子形成螢光團在內的自組裝結構，使得螢光團周 圍環境發生改變，造成此反轉現象。

綜合兩者螢光定性測試結果，發現雌二醇末端官能基帶電性會影響分子在水 中之溶解度，在相同連接螢光團方式的情況下，雌二醇 17 號位置為高極性帶電基 團 (-COOH、-OSO₃H、-NH₂)，其分子對水溶解度較好，且單就水溶性而言，分子 水溶性越佳，越能容忍以自由的狀態存在於水溶液中而不易聚集，因此在較低比 例 DMSO 水溶液才會發生反轉，依螢光光譜上反映出的 ESICT/ESIPT 比值大小與 不同比例 DMSO 水溶液關係圖中，HF-3-EDICO2H、HF-EDIOL、HF-7α-EDIOL、

HF-EDINH₂、HF-EDISO₄H、HF-3-EDIGuid 與 HF-7-EDISO₄H 發生轉折之 DMSO 水溶液濃度分別為 70%、60%、50%、50%、40%、20%、20%，如圖 1-27 (h)，趨 勢大致符合上述所敘，除 HF-3-EDICO₂H 分子因本身自組裝能力優異，呈相反結 果。另外加上螢光衍生物於 5 % DMSO 水溶液中的螢光表現 (ESICT 或 ESIPT 主 導)，可排序出七種螢光衍生物在水中傾向聚集的程度依序為 HF-3-EDICO₂H ＞ HF-EDIOL ＞ HF-7α-EDIOL = HF-EDINH2 ＞ HF-EDISO4H ＞ HF-3-EDIGuid ＞ HF-7-EDISO₄H。螢光分子在水中傾向聚集的程度不僅與溶解 度有關，更與分子的自組裝能力密切相關。

圖 1-27 (a-g) 上 圖 分 別 為 HF-EDIOL 、 HF-EDINH₂、 HF-EDISO₄H 、 HF-7α-EDIOL、HF-3-EDIGuid、HF-3-EDICO2H 與 HF-7-EDISO4H (10 μM) 在 不同比例 DMSO/H₂O 溶劑中之螢光光譜，λ_ex = 354、355、359、359、356、362、

357 nm，slitex & slitem = 5 nm (HF-3-EDICO2H 之 slitex, slitem = 2.5, 5 nm)。(a-g) 下 圖為相對應之螢光顯像圖，由左至右 DMSO 濃度分別為 5%，20%，40%，50%，

60%，80%，100%。(h) HF-EDIOL、HF-EDINH2、HF-EDISO4H、HF-7α-EDIOL、

HF-3-EDIGuid 、 HF-3-EDICO₂H 與 HF-7-EDISO₄H (10 μM) 在 不 同 比 例 DMSO/H2O 溶劑中之 ESICT/ESIPT 比例圖。^89,90

經由 DLS、Zeta potential、TEM 之超結構型態鑑定實驗結果整理如表 1-2 所示，

DLS 實驗結果為 HF-EDIOL、HF-7α-EDIOL、HF-EDINH2、HF-3-EDIGuid、

HF-EDISO4H、HF-7-EDISO4H 與 HF-3-EDICO2H 在 5% DMSO 水溶液中皆有形 成一定大小的聚集。Zeta potential 的量測結果為 HF-EDINH₂和 HF-3-EDIGuid 表 面電位為正；HF-EDISO4H、HF-7-EDISO4H 與 HF-3-EDICO2H 表面電位為負，

進一步證明分子是以螢光團朝內，雌二醇朝外的結構進行堆積。最後由 TEM 量測 結果得知超分子結構型態，若雌二醇 17 號位置為羥基 (-OH)，聚集結構為球狀，

如 HF-EDIOL 和 HF-7α-EDIOL；若為高極性帶電基團 (-COOH、-OSO3H、-NH2)，

聚集結構為柱狀或絲狀，如 HF-3-EDICO₂H、HF-EDISO₄H、HF-EDINH₂。雌二 醇末端官能基不僅會影響分子在水中之溶解度，也會影響分子堆疊的形態。

表 1-2 HF-EDIOL、HF-7α-EDIOL、HF-EDINH2、HF-3-EDIGuid、HF-EDISO4H、

HF-7-EDISO₄H 與 HF-3-EDICO₂H (200 μM) 之超結構型態鑑定綜合整理表。⁹⁰

HF-EDISO4H (5% DMSO)

81.2 -69.9 ~25 ESIPT

HF-7-EDISO₄H (5% DMSO)

152.5 -57.2 30~50 ESIPT

HF-3-EDICO2H (5% DMSO)

48.6 -54.5 20~30 ESIPT

HF-3-EDICO2H (60% DMSO)

213.8 -8.53 ~23 ESIPT