CN102507525A - 利用胶束增溶荧光探针构造Zn2+比率检测体系新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用单一探针分子通过表面活性剂胶束增溶作用构造Zn²⁺比率检测体系的新方法。该方法以8-羧酰胺基喹啉衍生物为荧光分子探针，将其同时增溶到十二烷基硫酸钠胶束的内部和表面，处于胶束表面的探针分子对Zn²⁺表现出荧光增强且波长红移的识别信号；而Zn²⁺几乎不影响处于胶束内部的探针分子的荧光信号，以此荧光峰作为内标，实现了Zn²⁺的比率荧光检测。

Description

利用胶束增溶荧光探针构造Zn2+比率检测体系新方法

技术领域

本发明涉及一种利用8-羧酰胺基喹啉衍生物通过十二烷基硫酸钠胶束的增溶作用构造Zn²⁺比率荧光检测体系的新方法。 

背景技术

目前，分子荧光检测的研究主要集中在设计、合成不同的探针分子，并在特定的检测体系，如有机溶剂、缓冲溶液或生物细胞中研究其光谱特征。大量的研究结果表明只利用探针分子在水溶液中对目标物种实施高灵敏度检测是一项难度较高的工作，这是由于强的溶剂化作用往往不利于分子结合和信号传递，降低了探针分子的检测性能。近年来，利用表面活性剂提高探针分子的检测性能的研究已取得了较大进展。表面活性剂分子可以在水溶液中形成胶束，当探针分子嵌入到胶束后，其对目标物种的识别性能将可能得到显著改善。(Coord.Chem.Rev.2009，253，2150-2165；Coord.Chem.Rev.2009，253，2226-2240.)在表面活性剂溶液中，探针分子可以同时增溶到胶束的不同位置。如果增溶到胶束不同位置的探针分子能够对某一目标物种表现出不同的荧光信号，那么该体系将能够对目标物种实现比率荧光检测。 

由于结合目标物种后，探针分子发射的双荧光峰强度相对变化的自身参比作用可以避免许多外界因素的干扰，因此，比率型荧光分子探针引起了人们的广泛关注。(Chem.Asian J.2007，2，338-348.)通常，单荧光团比率型探针分子是利用分子内电荷转移(ICT)原理设计的，结合目标物种前后的探针分子具有两个不同的基态，发射不同波长的荧光。目前，在Zn²⁺荧光分子探针领域较为流行的羧酰胺基喹啉衍生物成功地应用这一原理，实现了Zn²⁺的比率荧光检测。(Org.Lett.2008，10，473-476.) 

然而，在高浓度目标物种存在时，未参与结合的分子探针的发射荧光峰几乎完全消失，不利于精确检测，给这类探针的实际应用带来一定的不便。(Angew.Chem.Int.Ed.2008，47，8025-8029.)利用探针分子增溶到胶束不同位置构造的比率检测体系可以解决这一问题。最近，有研究人员分别将荧光素衍生物和罗丹明衍生物同时增溶到胶束的不同位置，利用这两种荧光分子对Hg²⁺的不同荧光响应构造了一类比率型超分子体系。(Nanotechnology 2011，22，065501.)而应用一种探针分子来完成上述工作的研究尚未见报道。利用一种探针分子代替两种荧光化合物，可以有效降低目标化合物识别的复杂程度，便于实际操作。 

发明内容

本发明以8-羧酰胺基喹啉衍生物作为荧光分子探针，将其增溶于含有十二烷基硫酸钠(SDS)胶束的溶液中，利用处于胶束不同位置的探针分子的荧光信号对Zn²⁺的响应不同，实现Zn²⁺的比率荧光检测。 

本发明所涉及的8-羧酰胺基喹啉衍生物结构具有如下通式： 

式中的取代基R₁、R₂、R₃分别为氢，卤素，C1～C6直链、支链或环烃基氧基。 

在SDS溶液中，8-羧酰胺基喹啉衍生物可以同时增溶到胶束的内部和表面。首先，探针分子中疏水的喹啉基团增溶到胶束内部，并拖动与之紧密相接的、亲水的2-(2-羟乙氧基)乙胺基团进入到胶束表面的反离子层。由于进入胶束内部的喹啉基团无法与富集在胶束表面的Zn²⁺相互作用，导致其荧光光谱基本保持 不变。其次，探针分子中亲水的2-(2-羟乙氧基)乙胺基团由于SDS胶束阴离子硫酸头基的静电吸引而吸附在胶束表面，并拖动喹啉基团进入到反离子层。与富集在胶束表面的Zn²⁺络合后，探针分子的羧酰胺基发生去质子化过程，导致荧光显著增强、发射波长明显红移。因此，由于胶束的增溶作用，络合和未络合Zn²⁺的探针分子共存于SDS溶液中，并对Zn²⁺产生不同的荧光信号，利用处于胶束内部探针分子所产生的荧光峰作为内标，实现了Zn²⁺的比率识别。 

例如，在SDS(12mmol/L，10mmol/L Tris-HCl，pH＝7.2)溶液中，探针分子浓度为1.0×10^-5mol/L，Zn²⁺浓度为探针浓度的0-100倍。未络合Zn²⁺时探针分子的最大发射波长为405nm；随着Zn²⁺的加入，探针分子在405nm处的荧光峰强度基本保持不变，而在505nm处出现一新荧光峰，且其强度逐渐增强。在整个滴定过程中，探针分子在405nm处的荧光峰基本保持不变，将其作为内标，可以实现探针分子对Zn²⁺的比率检测。 

本发明的优点在于通过单一探针分子胶束增溶作用构造的比率荧光检测体系解决了目前ICT型比率探针在完全络合目标物种后空白分子发射的荧光峰几乎完全消失这一问题，提高了该类探针分子在实际应用中的准确性；并且利用一种探针分子取代两种荧光化合物增溶到胶束的不同位置，降低了识别的复杂程度。 

附图说明

图1是实施例1的金属离子荧光变化图。 

图2是实施例2的Zn²⁺浓度荧光变化图。 

图3是实施例3的金属离子与Zn²⁺竞争荧光变化图。 

图4是实施例4的Zn²⁺浓度荧光变化图。 

图5是实施例5的Zn²⁺浓度荧光变化图。 

具体实施方式

实施例1 

8-羧酰胺基喹啉衍生物，结构见通式(R₁＝Cl、R₂＝R₃＝H)。探针分子的浓度为1.0×10^-5mol/L的SDS(12mmol/L，10mmol/L Tris-HCl，pH＝7.2)溶液，分别加入各种常见的金属离子(Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Ag⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺)，浓度为探针浓度的5倍时，测定其荧光光谱。未加入金属离子时探针分子的最大发射波长为405nm；Zn²⁺使探针分子在405和505nm处出现双荧光峰，且在405nm处的荧光峰基本保持不变；Ni²⁺、Cu²⁺使溶液的荧光猝灭，而其它金属离子对溶液荧光光谱影响不明显。其中：纵坐标表示荧光强度，横坐标表示荧光波长。 

实施例2 

8-羧酰胺基喹啉衍生物，结构见通式(R₁＝Cl、R₂＝R₃＝H)。探针分子的浓度为1.0×10^-5mol/L的SDS(12mmol/L，10mmol/L Tris-HCl，pH＝7.2)溶液，Zn²⁺浓度为探针浓度的0-100倍时，测定其荧光光谱。随着Zn²⁺的加入，探针分子在405nm处的荧光峰强度基本保持不变，而在505nm处出现一新荧光峰，且其强度逐渐增强。将405nm处的荧光峰作为内标，可以实现探针分子对Zn²⁺的比率荧光检测。其中：纵坐标表示荧光强度，横坐标表示荧光波长。 

实施例3 

8-羧酰胺基喹啉衍生物，结构见通式(R₁＝Cl、R₂＝R₃＝H)。探针分子的浓度为1.0×10^-5mol/L的SDS(12mmol/L，10mmol/L Tris-HCl，pH＝7.2)溶液，分别加入Zn²⁺和其它常见的金属离子(Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Ag⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺)，Zn²⁺与其它金属离子共存、浓度分别为探针浓度的5倍时，测定其荧光光谱。大多数金属离子(Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ag⁺、Cd²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺)均不干扰Zn²⁺络合物的荧光发射，其双荧光峰强度比值与溶液中仅存在Zn²⁺时相似，而Ni²⁺、Cu²⁺与探针分子结合比较紧密，干扰Zn²⁺检测。其中：纵坐标表示双荧光峰强度比值，横坐标表示金属离子种类，1为Zn²⁺、2为Zn²⁺+Na⁺、3为Zn²⁺+K⁺、4为Zn²⁺+Mg²⁺、5为Zn²⁺+Ca²⁺、6 为Zn²⁺+Cr³⁺、7为Zn²⁺+Fe³⁺、8为Zn²⁺+Co²⁺、9为Zn²⁺+Ag⁺、10为Zn²⁺+Cd²⁺、11为Zn²⁺+Hg²⁺、12为Zn²⁺+Pb²⁺、13为Zn²⁺+Ni²⁺、14为Zn²⁺+Cu²⁺。 

实施例4 

8-羧酰胺基喹啉衍生物，结构见通式(R₁＝R₂＝R₃＝H)。探针分子的浓度为1.0×10^-5mol/L的SDS(12mmol/L，10mmol/L Tris-HCl，pH＝7.2)溶液，Zn²⁺浓度为探针浓度的0-100倍时，测定其荧光光谱。随着Zn²⁺的加入，探针分子在418nm处的荧光峰强度基本保持不变，而在508nm处出现一新荧光峰，且其强度逐渐增强。将418nm处的荧光峰作为内标，可以实现探针分子对Zn²⁺的比率荧光检测。其中：纵坐标表示荧光强度，横坐标表示荧光波长。 

实施例5 

8-羧酰胺基喹啉衍生物，结构见通式(R₁＝OCH₃、R₂＝R₃＝H)。探针分子的浓度为1.0×10^-5mol/L的SDS(12mmol/L，10mmol/L Tris-HCl，pH＝7.2)溶液，Zn²⁺浓度为探针浓度的0-100倍时，测定其荧光光谱。随着Zn²⁺的加入，探针分子在384nm处的荧光峰强度基本保持不变，而在464nm处出现一新荧光峰，且其强度逐渐增强。将384nm处的荧光峰作为内标，可以实现探针分子对Zn²⁺的比率荧光检测。其中：纵坐标表示荧光强度，横坐标表示荧光波长。 

Claims (1)

1.一种利用表面活性剂胶束增溶作用构造Zn²⁺比率荧光检测体系的新方法，其特征在于将8-羧酰胺基喹啉衍生物作为荧光分子探针增溶于含有十二烷基硫酸钠胶束的溶液中，利用处于胶束不同位置的探针分子的荧光信号对Zn²⁺的响应不同，实现Zn²⁺的比率荧光检测。 

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