CN102735667A - 基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜及其制备方法和应用 - Google Patents
基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜，它包括如下重量百分比的组分：氟硼二吡咯-苯硼酸0.18%；三十二烷基甲基氯化铵0.14%；聚氯乙烯33.23%；2-硝基苯基正辛醚补足至100%。本发明还公开了上述基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜的制备方法及其应用。本发明通过全新的合成路线制备出了系列BODIPY-PBA衍生物，这些BODIPY-PBA有不同的发射波长并且有较高的量子产率。将BODIPY-PBA应用于荧光探针，在均相和高分子光学传感膜中可以用于检测单糖，对果糖的选着性特别好，响应时间很快（20分钟），同时在均相中可以用于直接检测糖原。
Description
技术领域
本发明属于探针技术领域，具体涉及基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜及其制备方法和应用。
背景技术
糖类包括单糖，二糖，低聚糖和多糖是生命体的重要组成部分和能量的主要来源，因此对糖类的检测在医学诊断，食品工艺和生物科学领域有着重要的意义1-3。其中较早的检测糖类的方法是20世纪60年代发展起来的酶电极4。另外，带有荧光染料和螯合基团的化学传感器也越来越受到人们的关注5，6。尤其是带有硼酸的受体已经用于糖类传感器中，因为中性结构的硼酸是sp2杂化，平面三角型结构，缺电子的路易斯酸能够与碳水化合物中1，2或1，3二醇在非水溶液或碱性溶液中快速并且可逆的形成五元或六元酯7,8。在特定的pH下，硼酸与糖类形成的酯类化合物降低了pKa使得形成了阴离子的硼酸化合物。阴离子的硼酸基团是多电子sp3杂化的四面体结构。当硼酸与荧光团结合后，中性的硼酸是吸电子基团而阴离子形式则是供电子基团。
为了设计基于硼酸的光化学传感器来检测糖类化合物，选择的染料在于分析物作用后应该是能有明显的光化学变化的。Sandanayake和Shinkai在1994年报道了基于叔胺与硼酸基团相互作用的ICT机理的色敏传感器。同时，含有硼酸基团的荧光传感器也已经成为最灵敏最可用的方法之一，基于的原理有提高分子刚性，光诱导电子转移（PET）机理,激发态电荷转移（CT）机理。基于PET原理的传感器一般包含一个荧光团和一个受体分子中间由短链连接。Yoon和Czarnik首次报道了蒽染料上修饰硼酸来检测糖类化合物9。Wulff组意识到在邻位氨基苄苯硼酸中能形成B-N键10。James和Cooper研究了糖结合硼酸后对B-N键强度的影响11。Shinkai组制备出了基于内部电荷转移（ICT）机理来检测糖类的荧光传感器12。王冰河组已经报道了新的水溶性的硼酸荧光探针并基于ICT原理来检测糖类物质，在加入50mM果糖后有41倍荧光强度的增加13。DiCesare等人利用聚苯乙烯和带有硼酸的联苄吡啶之间离子对相互作用来检测糖类化合物14。基于荧光的传感体系要求在感兴趣浓度范围内能够稳定，可逆并且响应时间较快。优化荧光团的性质包括有较大的吸光系数，在与分析物结合后有较高量子产率（大于0.1），合适的激发和发射波长来降低背景信号，较好的化学性质和光稳定性。
不同的生色团和荧光团能够与硼酸结合，然而基于氟硼二吡咯-苯硼酸(BODIPY-PBA)的探针很少有报道15。BODIPY染料荧光较强，光稳定性好，光谱发射带宽较窄，也可以对其结构进行修饰16。目前很少有报道用基于硼酸染料的亲脂性高分子传感膜来检测糖类化合物17，尽管这样的膜被广泛的用于萃取水溶液中的糖类化合物18。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，是提供一种基于基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜。
本发明还要解决的技术问题，是提供上述传感膜的制备方法。
本发明最后要解决的技术问题，是提供上述传感膜的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜，它包括如下重量百分比的组分：
其中，所述的氟硼二吡咯-苯硼酸为具有如下通式的化合物：
其中，R1为
其中，R2为-CH3，或
其中，所述的氟硼二吡咯-苯硼酸优选为：8-苯硼酸频那醇酯-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省（化合物2a）、或8-苯硼酸-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省（化合物2b）、或8-苯硼酸-1,3,7-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省（化合物4b）；最优选8-苯硼酸-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省（化合物2b）。
所述的氟硼二吡咯-苯硼酸为8-苯硼酸频那醇酯-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省（化合物2a）按如下方法制备得到：将70mmol对溴苯甲醛和16mL2,4-二甲基吡咯和50ml二氯甲烷在氮气保护，冰水浴下搅拌；逐滴滴加三氟乙酸，滴完后自然升温至室温，避光反应6小时；加70mmol二氯二氰基苯醌继续反应2小时，滴加N,N-异丙基乙胺90mL和100mL三氟化硼乙醚，避光反应4h，反应混合物水洗，干燥，蒸干溶剂；过柱子得到橘黄色固体为8-溴-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省，将1mmol 8-溴-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省、1.17mmol联硼酸频那醇酯、1.53mmol醋酸钾和0.005mmol Pd(dppf)Cl2溶解在5mL的THF中，在氮气保护，加热回流过夜，反应液蒸干溶剂后用乙酸乙酯溶解，水洗，干燥，蒸干溶剂得到橘黄色固体即为8-苯硼酸频那醇酯-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省。
所述的8-苯硼酸-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省（化合物2b）按如下方法制备得到：将70mmol对溴苯甲醛和16mL 2,4-二甲基吡咯和50ml二氯甲烷在氮气保护，冰水浴下搅拌；逐滴滴加三氟乙酸，滴完后自然升温至室温，避光反应6小时；加70mmol二氯二氰基苯醌继续反应2小时，滴加N,N-异丙基乙胺90mL和100mL三氟化硼乙醚，避光反应4h，反应混合物水洗，干燥，蒸干溶剂；过柱子得到橘黄色固体为8-溴-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省，将1mmol 8-溴-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省、1.17mmol联硼酸频那醇酯、1.53mmol醋酸钾和0.005mmol Pd(dppf)Cl2溶解在5mL的THF中，在氮气保护，加热回流过夜，反应液蒸干溶剂后用乙酸乙酯溶解，水洗，干燥，蒸干溶剂得到橘黄色固体即为8-苯硼酸频那醇酯-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省；再将0.5mmol 8-苯硼酸频那醇酯-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省、1.50mmol NaIO4和6mL 0.1M HCl在20mL THF中搅拌过夜；反应液蒸干溶剂，用乙酸乙酯溶解，水洗，蒸干溶剂，得橘黄色固体，乙酸乙酯和石油醚重结晶，得产物即为8-苯硼酸-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省。
所述的8-苯硼酸-1,3,7-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省（化合物4b）按如下方法制备得到：将70mmol对溴苯甲醛和16mL 2,4-二甲基吡咯和50ml二氯甲烷在氮气保护，冰水浴下搅拌；逐滴滴加三氟乙酸，滴完后自然升温至室温，避光反应6小时；加70mmol二氯二氰基苯醌继续反应2小时，滴加N,N-二异丙基乙胺90mL和100mL三氟化硼乙醚，避光反应4h，反应混合物水洗，干燥，蒸干溶剂；过柱子得到橘黄色固体为8-溴-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省；将2.5mmol 8-溴-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省、2.5mmol对甲氧基苯甲醛、催化量对甲苯磺酸、哌啶3ml，溶于干燥的甲苯中，140℃微波反应1h；反应液水洗，干燥后过柱，得到500mg紫色固体为8-溴-1,3,7-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省；将0.87mmol 8-溴-1,3,7-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省、1.08mmol联硼酸频那醇酯、1.29mmol醋酸钾、0.004mmol Pd(dppf)Cl2，加入5ml四氢呋喃溶解，氮气保护，加热回流过夜；反应液蒸干溶剂后用乙酸乙酯溶解，水洗，干燥，蒸干溶剂得到440mg紫色固体为8-苯硼酸频那醇酯-1,3,7,-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省；将0.21mmol 8-苯硼酸频那醇酯-1,3,7,-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省和0.105mmol二乙醇胺加到30ml乙醚中，室温搅拌0.5小时；洗涤深紫色沉淀，然后加到30ml乙醚和30ml 0.1M HCl溶液中；反应完全后蒸干溶剂，用乙酸乙酯萃取水层，干燥，蒸干溶剂得紫色固体即为8-苯硼酸-1,3,7-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省。
上述基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜的制备方法，将配方量的氟硼二吡咯-苯硼酸、三十二烷基甲基氯化铵、聚氯乙烯和2-硝基苯基正辛醚混合，用有机溶剂溶解，充分混匀后在基质上均匀涂膜，室温避光干燥成型即得。
其中，所述的有机溶剂为四氢呋喃（THF）或二甲基亚砜（DMSO）。
其中，有机溶剂的加入体积与氟硼二吡咯-苯硼酸、三十二烷基甲基氯化铵、聚氯乙烯和2-硝基苯基正辛醚总重量的比为1mL：100mg。
其中，所述的基质为U型96孔板、或光纤、或石英片、或不被所用有机溶剂溶解的透光性塑料基底。
上述基于氟硼二吡咯的硼酸荧光传感膜在单糖检测中的应用。
本发明通过Knoevenagel缩合反应在BODIPY 5位上增加助色团来调节波长范围。在固定pH下，带有二醇结构的被分析物与BODIPY衍生物结合形成硼酸酯后，它们的荧光强度也都有所增加。这些探针对单糖的检测范围在0.1mM到100mM。另一方面，在糖原检测中，BODIPY-PBA的荧光强度随着糖原浓度的增加而降低，因为在糖原中有大量的结合位点，广泛的分支和紧密的结构，所以当BODIPY-PBAs结合到糖原上时，可能由于互相靠近而导致自猝灭，当加入果糖后，果糖将BODIPY-PBA竞争下来使得荧光又得到恢复。BODIPY-PBA也用于了高分子光化学传感器中，传感器中还包含阴离子交换剂，这种传感器能够对单糖进行检测，响应范围在0.1mM到100mM，而且与均相检测相比，膜相检测显著提高了果糖的选择性。
有益效果：本发明通过全新的合成路线制备出了系列BODIPY-PBA衍生物，这些BODIPY-PBA有不同的发射波长并且有较高的量子产率。将BODIPY-PBA应用于荧光探针，在均相和高分子光学传感膜中可以用于检测单糖，对果糖的选着性特别好，响应时间很快（20分钟），同时在均相中可以用于直接检测糖原。
附图说明
图1化合物2a、2b和4b合成反应方程式。
图21μM的2a，2b和4b在乙醇中的荧光光谱图。2a，2b是480nm激发，4b是550nm激发。
图3乙醇-pH缓冲溶液中1μM 2b对pH响应。
图4BODIPY-PBA(2.3×10-6M)对不同浓度果糖的响应。pH 9.0；λex=450nm。
图5BODIPY-PBA(2.3×10-6M)对不同单糖的响应。pH 9.0；λex=450nm，λem=510nm；
(●)D-fructose；(◆)D-sorbitol；
D-(+)-galactose；
D-glucose。
图6BODIPY-PBA(5μM)对不同浓度糖原响应的荧光光谱图，糖原浓度从0mg/ml到6.60mg/ml，pH 9.0；加入D-果糖后，BODIPY-PBA(5μM)含0.98mg/mLglycogen荧光光谱变化图谱，pH 9.0；λex 445nm。
图7含有5mmol/kg BODIPY-PBA和2.5mmol/kg TDMACl的PVC-NPOE光学传感膜对不同单糖的响应，pH 9.0磷酸缓冲液；(■)D-fructose;(×)D-sorbitol;(◆)D-glucose;
D-(+)-galactose；λex=450nm,λem＝536nm。
图8PVC-NPOE膜对10-2M到10-1M果糖交替变化的响应时间图，λex 450nm。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。本领域的技术人员容易理解，实施例仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
以下实施例所用的仪器和试剂来源如下：
4-溴苯甲醛，2,4-二甲基吡咯，联硼酸频那醇酯，4-甲氧基苯甲醛，其他合成试剂和溶剂购买于Sigma-Aldrich(瑞士)。高分子聚氯乙烯(PVC)，阴离子交换剂三十二烷基甲基氯化铵(TDMACl)，癸二酸二异辛酯(DOS),2-硝基苯基正辛醚(NPOE)和四氢呋喃(THF)购买于Fluka(瑞士)。
无水磷酸氢二钠，磷酸二氢钠一水，氢氧化钠，D-葡萄糖，D-果糖，D-(+)-半乳糖，D-山梨糖醇和糖原购买于生工(上海，中国)。所有的缓冲溶液都用二次蒸馏水配置。
磷酸盐缓冲液配置：10-3M磷酸氢二钠，用10-2M NaOH的调节到pH 9.0。所有糖类化合物都用磷酸缓冲液溶解。
岛津RF-5301PC荧光光谱仪用于检测2a，2b，4b在均相中的荧光性质，2b的pH响应以及糖原均相中检测。
Thermo Scientific Varioskan Flash spectral scanning multimode reader酶标仪用于均相和膜相检测糖类化合物。pH调节使用已校正过的pH玻璃电极(Sartorius PB-10)。
实施例1：BODIPY-PBA衍生物的合成。
1、氟硼二吡咯-苯硼酸为8-苯硼酸频那醇酯-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省（化合物2a）及8-苯硼酸-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省（化合物2b）的合成。
13g(70mmol)对溴苯甲醛和16ml(2.1eq)2,4-二甲基吡咯和50ml二氯甲烷在氮气保护，冰水浴下搅拌。逐滴滴加三氟乙酸，滴完后自然升温至室温，避光反应6小时。加16g(70mmol)二氯二氰基苯醌(DDQ)继续反应2小时，滴加N,N-异丙基乙胺(DIPEA)90mL(7.0eq)和100mL(7.0eq)三氟化硼乙醚，避光反应4h，反应混合物水洗，干燥，蒸干溶剂。过柱子（SiO2，PE:EA体积比=50:1）得到之前有文献报道的橘黄色固体8-溴-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省（化合物1）19。
化合物1检测：1H NMR(CDCl3):δ=7.65-7.67(d,2H),7.19-7.28(d,2H),6.01(s,2H),2.57(s,6H),1.44(s,6H)。
将400mg(1mmol)化合物1，298mg(1.17mmol)联硼酸频那醇酯，150mg(1.53mmol)醋酸钾和4mg(0.005mmol)Pd(dppf)Cl2溶解在5mL的THF中，在氮气保护，加热回流过夜。反应液蒸干溶剂后用乙酸乙酯溶解，水洗，干燥，蒸干溶剂得到橘黄色固体即为8-苯硼酸频那醇酯-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省（化合物2a）420mg，收率93%。
化合物2a检测：1H NMR(CDCl3):δ=7.91-7.93(d,2H),7.30-7.32(d,2H),5.99(s,2H),2.57(s,6H),1.29(s,6H)。MS(ESI):m/z 450.0[M]+,451.0[M+H]+。
将225mg(0.5mmol)化合物2a，320.8mg(1.50mmol)NaIO4和6mL 0.1M HCl在20mLTHF中搅拌过夜。反应液蒸干溶剂，用乙酸乙酯溶解，水洗，蒸干溶剂，得橘黄色固体。乙酸乙酯/石油醚重结晶，得130mg产物8-苯硼酸-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省(化合物2b)，收率70%。
化合物2b检测：1H NMR(DMSO):δ=7.92-7.95(m,2H),7.28-7.32(m,2H),6.27(s,1H),6.15(s,1H),2.50(s,6H),1.27(s,6H)。MS(ESI):m/z 367.9[M]+,369.0[M+H]+。
2、8-苯硼酸-1,3,7-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省(化合物4b)的合成。
将1g(2.5mmol)化合物1，340mg(2.5mmol)对甲氧基苯甲醛，催化量对甲苯磺酸，哌啶3mL，溶于干燥的甲苯中，140℃微波反应1h。反应液水洗，干燥后过柱(SiO2，PE:EA体积比=10:1)，得到紫色固体500mg 8-溴-1,3,7-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省(化合物3)，收率38%。将450mg化合物3(0.87mmol)，274mg(1.08mmol)联硼酸频那醇酯，127mg(1.29mmol)醋酸钾，3mg(0.004mmol)Pd(dppf)Cl2，加入5ml四氢呋喃溶解，氮气保护，加热回流过夜。反应液蒸干溶剂后用乙酸乙酯溶解，水洗，干燥，蒸干溶剂得到440mg紫色固体8-苯硼酸频那醇酯-1,3,7,-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省(化合物4a)，收率89%。
化合物4a检测：1H NMR(CDCl3):δ=7.66-7.68(m,2H)，7.55-7.57(m,3H)，7.21-7.23（m,3H），6.91-6.93(m,2H)，6.62(s,1H)，6.02(s,1H)，3.86(s,1H)，2.61(s,6H)，1.48(s,3H)，1.45(s,3H)。MS(ESI):m/z 568.0[M]+，569.0[M+H]+。
将120mg(0.21mmol)化合物4a和0.011g(0.105mmol)二乙醇胺加到30ml乙醚中，室温搅拌0.5小时。洗涤深紫色沉淀，然后加到30ml乙醚和30ml 0.1M HCl溶液中。反应完全后蒸干溶剂，用乙酸乙酯萃取水层，干燥，蒸干溶剂得90mg紫色固体即为8-苯硼酸-1,3,7-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省（化合物4b），收率91%。
化合物4b检测：1H NMR(DMSO):δ=7.90-7.92(m,2H)，7.32-7.50(m,3H)，7.23-7.32（m,3H），6.95-6.97（m,2H），6.80(s,1H)，6.12(s,1H)，3.75(s,1H)，2.43(s,6H)，1.31(s,3H)，1.27(s,3H)。MS(ESI):m/z 486.7[M]+。
实施例2：均相检测。
将1μM化合物2a、2b、4b分别溶解在乙醇中，用于光学性质的检测，如图2所示。2a，2b，4b的发射波长分别为510nm，522nm，580nm。2b和不同pH值的缓冲溶液等体积混合配成1μM BODIPY-PBA用于pH响应检测，图3是2b探针对pH的响应，荧光强度随着碱性的增大而增强。2b的pKa是10.1，比苯硼酸的pKa要高，主要是由于受到BODIPY结构的影响24。在BODIPY-PBA结构中，由于BODIPY荧光团与中间位置取代的苯硼酸是互相垂直的，因此是这两部分是分离的。三取代的硼原子是sp2杂化平面三角形结构，有空的p轨道，使得硼酸能够接受电子。很明显苯硼酸的吸电子作用是比较温和的，因为2b和4b都有相对较高的量子产率。结果表明苯硼酸的LUMO能级可能略低于BODIPY的LUMO能级，导致微弱的PET过程。当OH-连接到硼原子上，硼酸开始转变成阴离子四面体结构，这使得硼酸周围电子增多进而升高了苯硼酸的LUMO能级，抑制了电子从BODIPY到苯硼酸的PET过程，因此可以看到荧光增强的趋势。
不同浓度的单糖溶液含有2.3×10-6M BODIPY-PBAs用于糖类检测，在水溶液或碱性介质中，硼酸能与1，2和1，3二醇形成五圆环或六圆环酯，酸性较大时环状酯就会水解。而在碱性条件下，硼酸更易于与二醇结合。在这篇文章中，我们选择pH 9.0缓冲溶液而不是pH 7.0是因为pH 9.0条件下2b对二醇的灵敏度较高。当固定pH值为9.0，D-果糖浓度从0.1mM变化到100mM时，2b的荧光强度逐渐上升，如图4所示。其他单糖如D-山梨糖醇，D-(+)-半乳糖和D-葡萄糖都显示了相同的趋势，如图5所示。已有文献报道，形成硼酸酯后，荧光强度衰减仍然保持单指数衰减趋势但是荧光寿命有所增加15。同时，从硼酸变化到硼酸酯使得pKa降低导致平衡向形成富电子的阴离子环状酯的方向移动。当苯硼酸接到BODIPY上，中性的硼酸基团作为吸电子基团而阴离子形式则作为给电子基团25。与pH响应相似，当单糖的浓度逐渐增加时，阴离子环状酯也相应的增加因此荧光增强。苯硼酸与单糖的结合常数D-山梨糖醇>D-果糖>D-(+)-半乳糖>D-葡萄糖26。结合常数越大阴离子硼酸酯就越稳定。山梨糖醇和果糖都能够与硼酸结合形成三齿化合物，这使得山梨糖醇与果糖与硼酸有较强的亲和力27。很显然，BODIPY-PBA衍生物对果糖选择性最好。
pH 9.0磷酸盐缓冲溶液配置5μM BODIPY-PBA和不同浓度的糖原溶液用于糖原检测，将糖原加入到2b溶液中时，随着糖原浓度从0.39mg/mL上升到6.60mg/mL，2b的荧光强度会逐渐降低这与单糖响应的趋势是相反的，如图6所示。由于在糖原中有大量的结合位点，广泛的分支和紧密的结构，所以当BODIPY-PBAs结合到糖原上时，可能由于互相靠近而导致自猝灭34。在含有5μM 2b和0.98mg/mL糖原溶液中加入D-果糖，我们发现荧光增强，这是由于果糖将BODIPY-PBA从糖原上竞争下来，释放BODIPY-PBA到水溶液中，所以可以观察到荧光上升。
实施例3：高分子光学传感器的制备和检测。
一种基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜，它包括如下重量百分比的组分：
所述BODIPY-PBA分别选择化合物2a、2b或4b。
上述基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜的制备方法：将配方量的氟硼二吡咯-苯硼酸、三十二烷基甲基氯化铵、聚氯乙烯和2-硝基苯基正辛醚混合，用有机溶剂溶解，充分混匀后在基质上均匀涂膜，室温避光干燥成型即得。所述的有机溶剂为四氢呋喃（THF）或二甲基亚砜（DMSO）。其中，有机溶剂的加入体积与氟硼二吡咯-苯硼酸、三十二烷基甲基氯化铵、聚氯乙烯和2-硝基苯基正辛醚总重量的比为1mL：100mg。其中，所述的基质为U型96孔板、或光纤、或石英片、或不被所用有机溶剂溶解的透光性塑料基底，为了便于小试，以下检测试验是以96孔板(聚丙烯材料)为基质，每个孔滴加5μL上述混合液，放在无尘干燥的容器中干4h即可。
检测试验都选用450nm激发，所有的膜在使用前用pH 9.0缓冲溶液浸泡直到光学信号稳定。
基于高分子材料的光学传感器有很多优于均相检测的优势，尤其是非倾入性连续行检测。我们将BODIPY-PBAs加入到光学传感膜中用来检测不同的单糖。光学传感膜的成分有探针2b，阴离子交换剂TDMACl，高分子材料PVC和增塑剂。选用极性的增塑剂NPOE而不是非极性增塑剂DOS是因为极性增塑剂能够促进糖类化合物从水相进入到膜相中18。光学传感膜在pH 9.0缓冲溶液中浸泡后2b会与交换到膜相中的OH-形成阴离子的BODIPY硼酸并且与膜中带正电荷的TDMA+形成离子对，当有糖存在时，糖类化合物从水相进入到膜相与上述硼酸离子对形成硼酸酯（公式1）。在碱性溶液或含高浓度糖溶液中，当膜成分仅含有BODIPY-PBA而没有TDMACl时，由于没有阳离子结合位点，使得BODIPY-PBA会有很严重的泄漏。
光学传感膜对不同单糖的响应与均相检测相似，在pH 9.0缓冲溶液中，随着单糖浓度从0.1mM增加到100mM，荧光强度逐渐增加，如图7所示。可以看出，与均相检测相比，光学传感膜对果糖的选择性有显著的提高。在膜相检测中，不同糖的选择性不仅与糖和受体的结合常数有关还与被分析物在有机相和水相中的分配系数有关。因此，选择性会不同于均相检测。
公式1.阴离子形式的BODIPY-PBA与TDMA+形成离子对与二醇类化合物结合
在510nm处，随着果糖浓度从10-2M到10-1M，再从10-1M到10-2M，我们发现该光学传感膜可逆性好，响应时间短仅需20分钟，如图8所示。图8还表明没有BODIPY-PBA从膜相泄漏到水相中因为季铵盐作为亲脂性阳离子能够与阴离子BODIPY-PBA形成离子对从而抑制BODIPY-PBA的泄漏。
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Claims (10)
1.一种基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜，其特征在于，它包括如下重量百分比的组分：
2.根据权利要求1所述的基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜，其特征在于，所述的氟硼二吡咯-苯硼酸为具有如下通式的化合物：
其中，R1为
其中，R2为—CH3，或
3.根据权利要求2所述的基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜，其特征在于，所述的氟硼二吡咯-苯硼酸为8-苯硼酸频那醇酯-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省、或8-苯硼酸-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省、或8-苯硼酸-1,3,7-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省。
4.根据权利要求3所述的基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜，其特征在于，所述的氟硼二吡咯-苯硼酸为8-苯硼酸频那醇酯-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省按如下方法制备得到：将70mmol对溴苯甲醛和16mL 2,4-二甲基吡咯和50ml二氯甲烷在氮气保护，冰水浴下搅拌；逐滴滴加三氟乙酸，滴完后自然升温至室温，避光反应6小时；加70mmol二氯二氰基苯醌继续反应2小时，滴加N,N-异丙基乙胺90mL和100mL三氟化硼乙醚，避光反应4h，反应混合物水洗，干燥，蒸干溶剂；过柱子得到橘黄色固体为8-溴-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省，将1mmol 8-溴-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省、1.17mmol联硼酸频那醇酯、1.53mmol醋酸钾和0.005mmol Pd(dppf)Cl2溶解在5mL的THF中，在氮气保护，加热回流过夜，反应液蒸干溶剂后用乙酸乙酯溶解，水洗，干燥，蒸干溶剂得到橘黄色固体即为8-苯硼酸频那醇酯-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省。
5.根据权利要求3所述的基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜，其特征在于，所述的8-苯硼酸-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省按如下方法制备得到：将70mmol对溴苯甲醛和16mL2,4-二甲基吡咯和50ml二氯甲烷在氮气保护，冰水浴下搅拌；逐滴滴加三氟乙酸，滴完后自然升温至室温，避光反应6小时；加70mmol二氯二氰基苯醌继续反应2小时，滴加N,N-二异丙基乙胺90mL和100mL三氟化硼乙醚，避光反应4h，反应混合物水洗，干燥，蒸干溶剂；过柱子得到橘黄色固体为8-溴-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省，将1mmol 8-溴-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省、1.17mmol联硼酸频那醇酯、1.53mmol醋酸钾和0.005mmol Pd(dppf)Cl2溶解在5mL的THF中，在氮气保护，加热回流过夜，反应液蒸干溶剂后用乙酸乙酯溶解，水洗，干燥，蒸干溶剂得到橘黄色固体即为8-苯硼酸频那醇酯-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省；再将0.5mmol 8-苯硼酸频那醇酯-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省、1.50mmol NaIO4和6mL0.1M HCl在20mL THF中搅拌过夜；反应液蒸干溶剂，用乙酸乙酯溶解，水洗，蒸干溶剂，得橘黄色固体，乙酸乙酯和石油醚重结晶，得产物即为8-苯硼酸-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省。
6.根据权利要求3所述的基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜，其特征在于，所述的8-苯硼酸-1,3,7-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省按如下方法制备得到：将70mmol对溴苯甲醛和16mL 2,4-二甲基吡咯和50ml二氯甲烷在氮气保护，冰水浴下搅拌；逐滴滴加三氟乙酸，滴完后自然升温至室温，避光反应6小时；加70mmol二氯二氰基苯醌继续反应2小时，滴加N,N-二异丙基乙胺90mL和100mL三氟化硼乙醚，避光反应4h，反应混合物水洗，干燥，蒸干溶剂；过柱子得到橘黄色固体为8-溴-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省；将2.5mmol 8-溴-1,3,5,7-四甲基-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省、2.5mmol对甲氧基苯甲醛、催化量对甲苯磺酸、哌啶3ml，溶于干燥的甲苯中，140℃微波反应1h；反应液水洗，干燥后过柱，得到500mg紫色固体为8-溴-1,3,7-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省；将0.87mmol 8-溴-1,3,7-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省、1.08mmol联硼酸频那醇酯、1.29mmol醋酸钾、0.004mmolPd(dppf)Cl2，加入5ml四氢呋喃溶解，氮气保护，加热回流过夜；反应液蒸干溶剂后用乙酸乙酯溶解，水洗，干燥，蒸干溶剂得到440mg紫色固体为8-苯硼酸频那醇酯-1,3,7,-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省；将0.21mmol 8-苯硼酸频那醇酯-1,3,7,-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省和0.105mmol二乙醇胺加到30ml乙醚中，室温搅拌0.5小时；洗涤深紫色沉淀，然后加到30ml乙醚和30ml 0.1M HCl溶液中；反应完全后蒸干溶剂，用乙酸乙酯萃取水层，干燥，蒸干溶剂得紫色固体即为8-苯硼酸-1,3,7-三甲基-5-(4-甲氧基苯乙烯)-4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂对称引达省。
7.权利要求1所述的基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜的制备方法，其特征在于，将配方量的氟硼二吡咯-苯硼酸、三十二烷基甲基氯化铵、聚氯乙烯和2-硝基苯基正辛醚混合，用有机溶剂溶解，充分混匀后在基质上均匀涂膜，室温避光干燥成型即得。
8.根据权利要求7所述的基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂为四氢呋喃或二甲基亚砜。
9.根据权利要求7所述的基于氟硼二吡咯-苯硼酸的荧光传感膜的制备方法，其特征在于，所述的基质为U型96孔板、或光纤、或石英片、或不被所用有机溶剂溶解的透光性塑料基底。
10.权利要求1所述的基于氟硼二吡咯的硼酸荧光传感膜在单糖检测中的应用。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| GR01 | Patent grant |