CN103755620B - 一种镁离子荧光探针及其制备方法与应用 - Google Patents

一种镁离子荧光探针及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镁离子荧光探针及其制备方法与应用，其是由2-羟基-1-萘醛、N-氨基琥珀酰亚胺按一定重量配比制备而成，本发明实现了对镁离子的高选择性识别，是一种具有生色传感功能的荧光探针，在生物及其离子检测领域具有广阔的应用前景。

Description

一种镁离子荧光探针及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种镁离子荧光探针的制备技术，尤其是一种镁离子荧光探针的制备方法及其应用。
背景技术
镁离子是细胞中最重要的二价阳离子，在不同细胞中镁总浓度的变化范围为5～30mM，而游离的Mg2+浓度在0.2～1mM之间，其余的镁离子与膜、蛋白质和核酸中的负离子基团以键合或多价螯合的形式存在。在细胞中扮演着重要的角色，许多细胞过程如分芽繁殖、细胞死亡、稳定DNA的构型、穿透膜的离子传输、保持细胞的形状和信号传输中都发挥重要的作用；镁是人体必需的矿物元素，正常成人身体总镁含量约25克，其中60-65%存于骨、齿，27%分布于软组织。在临床医学中，低血镁症（Mg2+的缺乏）与高血压、糖尿病、代谢综合症、神经损伤、细胞衰老等疾病有关；高血镁症很少见但其易导致慢性肾功能衰竭。因此，如何方便、快速、高灵敏度和动态测定细胞中镁离子的浓度，已成为当今化学、生物学、基础和临床医学等学科重要的前沿热点研究课题。
荧光探针因其具有灵敏度高、选择性好、实时响应、实现原位检测和极宽的动态响应范围等优点，尤其是通过借助荧光共聚焦显微成像技术可实时检测活细胞内分子或离子浓度以及生物大分子结构的变化过程，被广泛应用于化学、生命科学及基础临床医学研究等领域。为此，科学家开展了卓有成效的工作，报道了β-二酮类、冠醚类和类冠醚类和羧酸类等镁离子荧光探针。但是仅仅少数Mg2+探针能应用于生物体中，同时还存在许多不足之处，例如合成较为复杂，成本高，性质不稳定，识别效果差，生物亲和性差，对细胞毒性较强等缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供了一种镁离子荧光探针的制备方法及应用。该荧光探针在乙醇溶液中对镁离子具有良好的选择性和灵敏度，加入各种碱金属、碱土金属和过渡金属离子，均可引起光谱的明显变化，仅仅1倍量镁离子的加入，溶液颜色从无色变为黄色，在458nm处的荧光强度显著增强148倍，发出强烈蓝色荧光。本发明实现了对镁离子的高选择性识别，在4×10-7-10-5范围具有较好的线性关系，是一种具有生色传感功能的荧光探针，在生物及其离子检测领域具有广阔的应用前景。
本发明设计合成Mg2+荧光探针，荧光发射增强显著，合成简便高效、成本低，是一种具有生色传感功能的荧光探针，在生物及其离子检测领域具有广阔的应用前景。
本发明的制备方法包括下列步骤：
1、本发明所述的镁离子荧光探针是：2-羟基-1-萘醛、N-氨基琥珀酰亚胺，其化学式为：C15H12N2O3，其化学结构式如下
2、取0.344g（20mmoL）2-羟基-1-萘醛，放入50mL圆底烧瓶中，用25mL乙醇溶解。
3、将0.301g（20mmoL）N-氨基琥珀酰亚胺溶于5mL乙醇滴加到上述溶液中，加热回流1h，反应产物冷却至室温，得黄色沉淀物，抽滤，沉淀物用乙醇洗涤2-3次，然后用乙醇结晶得黄色的针状晶体，产率为73%。
1HNMR(400MHz,DMSO-d 6,ppm):δ11.99(s,1H),9.87(s,1H),8.54(d,J=8.8,1H),8.05(d,J=9.2,1H),7.91(d,J=8.0,1H),7.62(t,J=7.6,1H),7.44(t,J=7.2,1H),7.26(d,J=8.8,1H),2.79(s,4H)；ESI-MSm/z269.08[M+H]+；元素分析实测值C15H12N2O3：C,67.12;H,4.38;N,10.36.理论值：C,67.16;H,4.51;N,10.44。
本发明具体描述
将荧光探针配成浓度为2×10-5mol/L的乙醇溶液，吸收光谱在TU-1901型紫外-可见分光光度计上测量，扫描范围为200-600nm；荧光光谱在Caryeclipse荧光分光光度计上测量，激发波长为408nm。吸收光谱和荧光光谱的测试，分别用1cm比色皿，每次移取3mL的荧光探针乙醇溶液（2×10-5mol/L）于比色皿中，用微量注射器分别加入不同体积10-2mol/L的Na+、K+、Li+、Ca2+、Sr2+、Mn2+、Co2+、Cu2+、Cd2+、Ag+、Pb2+、Hg2+、Mg2+等金属离子的水溶液，用吸收光谱和荧光光谱研究荧光探针与不同金属离子相互作用的光谱性质。
下面结合附图作进一步详细说明。
附图说明
图1是荧光探针与不同金属离子作用的荧光光谱图；
图2是在458nm处荧光探针与与不同金属离子作用的荧光强度变化率柱形图；
图3是荧光探针的乙醇溶液中逐渐加入Mg2+吸收光谱变化图；
图4是荧光探针的乙醇溶液中逐渐加入Mg2+进行高效液相色谱-荧光检测示意图；
图5是荧光探针的乙醇溶液中进行Mg2+荧光滴定图；
图6是荧光探针对Mg2+定量检测示意图。
具体实施方式
图1是荧光探针与不同金属离子作用的荧光光谱。从图中的荧光曲线可看出，荧光探针本身几乎没有荧光，当1倍当量的Mg2+离子加入时，荧光发射显著增强，5倍当量的碱金属（Na+、K+、Li+）、碱土金属（Ca2+、Sr2+）和过渡金属（Mn2+、Co2+、Cu2+、Cd2+、Ag+、Pb2+、Hg2+）的加入均未引起明显的光谱变化，因而对Mg2+离子表现出有专一性的识别效果。
图2是在458nm处荧光探针与不同金属离子作用的荧光强度变化率柱形图。从图中可以看出，仅仅1倍量镁离子的加入，荧光探针在458nm处荧光增强148倍，这是由于荧光探针的结构域中C=N双键在激发态情况下会发生顺反异构化作用，这种异构化作用将大大加强分子内的非辐射衰减，从而导致荧光量子产率降低，而与镁离子络合后，使这种双键的异构化作用受阻，分子结构刚性增强，而使荧光发射显著增强，对镁离子达到了优良的识别效果。
图3是荧光探针配成浓度为2×10-5mol/L的乙醇溶液，逐渐加入Mg2+，在408nm处的吸收峰逐渐增强，而在354nm处的吸收峰则逐渐降低，并可以清楚的看到一个等吸收点在374nm，溶液颜色也从无色变为黄色，这些现象表明荧光探针与Mg2+形成了新的配合物。
图4是在荧光探针的乙醇溶液中逐渐加入Mg2+，通过高效液相色谱分离，并对不同组分进行荧光检测，可以看出随着Mg2+的加入，一个新的峰在6.78min处出现，并逐渐增强，进一步证实荧光探针与Mg2+形成了新的配合物。
图5是将荧光探针乙醇溶液中进行Mg2+荧光滴定图。将荧光探针配成浓度为2×10-5mol/L的乙醇溶液，逐渐加入不同浓度的Mg2+，可以看在458nm处发射峰强度逐渐增强，当Mg2+浓度达到20μmol/L（1倍当量）时，荧光强度趋于稳定，溶液在365nm紫外灯下变为深蓝色。
图6中荧光探针对Mg2+定量检测可以通过荧光滴定实验及其线性校准曲线来研究，如图所示，在4×10-7-10-5范围具有较好的线性关系，线性方程为：y=67.9671x+95.8338，R2=0.98409。

Claims (2)

1.一种下述化学式的化合物，其特征在于：2-羟基-1-萘醛N-氨基琥珀酰亚胺，其化学式为：C15H12N2O3，其化学结构式如下：
。
2.权利要求1所述的化合物在检测Mg2+中的应用。
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