CN104292362B - 一种壳聚糖荧光标记的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种壳聚糖荧光标记的方法，属于化学材料传感领域。以Cu2+为媒介将4,4-偶氮-1H-1,2,4-三唑-5-酮(ZTO)与羧甲基壳聚糖配位到一起形成新的壳聚糖氮杂环金属配合物，实现对羧甲基壳聚糖的荧光标记，本方法操作简单，成本低廉，稳定时间长，荧光量子产率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种壳聚糖荧光标记的方法，属于化学材料传感领域。
背景技术
壳聚糖是由甲壳素脱去乙酰基的产物，其大分子链上分布着许多氨基和羟基，含有亲水基和疏水基。壳聚糖结构上的特殊性以及高分子化合物的物理特性，使之与许多离子，有机物，生物分子等具有离子交换，螯合，吸附等作用。壳聚糖具有许多优良特性，比如生物相容性，生物降解性，多功能性和低细胞毒性等，但其只溶于稀酸和某些特定的溶剂，大大限制了它的应用。羧甲基壳聚糖是壳聚糖经羧甲基化后的衍生物，壳聚糖经羧甲基化反应后，其功能性质提高，被赋予了水溶性，比起原结构和合成聚合物，这类改性壳聚糖具有更高的亲水性，更好生物相容性，更容易处理的物理形态和更强的生物降解性。从分子结构看,在羧甲基壳聚糖分子中含有-OH、-COOH、-NH-等基团，因而羧甲基壳聚糖对过渡金属以及稀土金属离子甚至碱土金属离子均有极好的络合能力,可制备羧甲基壳聚糖基金属配合物材料。羧甲基壳聚糖基金属配合物材料兼备了壳聚糖及金属离子的种种特性(如羧甲基壳聚糖的高分子特性、pH响应性、良好的生理活性及金属离子的配位作用等),并具有一些新的特性(如人工模拟酶),使得配合物材料的应用途径大大扩展,可用做酶固定化剂、分离膜、人工尿素吸附剂、纳米微晶的生长诱导剂、化学催化剂、植物生长调节剂以及金属分离及含量检测等。
荧光标记技术是指利用一些能发荧光的物质共价结合或物理吸附在所要研究分子的某个基团上,通过研究其荧光特性来提供被研究对象的信息。4,4-偶氮-1H-1,2,4-三唑-5-酮(ZTO)分子易于与金属配位且由于具有较强的共轭效应能表现出很强的荧光，在荧光标记领域的潜力很大。壳聚糖的荧光标记通常使用将壳聚糖的活泼氨基或者羟基通过化学反应的方法，将荧光基团嫁接到壳聚糖上。此外，壳聚糖的荧光标记还可以通过纳米粒子掺杂的方法实现。然而，这些方法步骤相对比较繁琐，且分离提纯难度较大。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术繁琐、提纯难度较大的问题，提供一种壳聚糖荧光标记的方法，本方法操作简单，成本低廉，稳定时间长，荧光量子产率高。
本发明的目的通过下述技术方案实现的。
一种壳聚糖荧光标记的方法，具体步骤如下：
步骤一、配制N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或二甲亚砜(DMSO)与水的混合溶液，其中水的体积百分比不超过溶液总体积的80％；
步骤二、将ZTO与壳聚糖加入到步骤一所得的混合溶液中，得到溶液A；摩尔比按照ZTO：壳聚糖＝1：1～1：5
步骤三、将铜盐加入到步骤一所得的混合溶液中，制备出浓度为1x10-3mol/L的Cu2+溶液；
步骤四、将步骤二所得的溶液A与步骤三所得的Cu2+溶液混合；溶液A与Cu2+溶液的体积比为1：1～1:50；得到壳聚糖荧光标记物溶液。
所述壳聚糖包括普通壳聚糖、羧甲基壳聚糖、季铵盐壳聚糖；
原理：羧甲基壳聚糖其分子中含有-OH、-NH2、-COOH等基团，能与金属离子发生配位作用；ZTO含有C＝O、-NH-等基团也是较好的配位受体。通过选取适当的金属离子，使得羧甲基壳聚糖与ZTO同时与金属离子配位，对壳聚糖进行荧光标记。其中，ZTO的结构如下所示：
所形成的壳聚糖氮杂环金属配合物的构造为说明书附图7所示。
有益效果
本发明的一种壳聚糖荧光标记的方法，解决了壳聚糖荧光标记技术中的步骤繁琐、分离提纯难度较大等问题。通过利用配位化学的方法，用金属离子经配位键将荧光基团修饰到壳聚糖分子结构中，得到了结构稳定的壳聚糖荧光标记物。通过调节金属离子、荧光化合物与壳聚糖的配比，制备出不同荧光强度的壳聚糖荧光标记物。此方法步骤简单、条件可控、成本低廉，适用于广泛应用推广，具有很好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为所制得的普通壳聚糖荧光标记物的紫外-可见吸收光谱图，普通壳聚糖：ZTO：Cu2+＝1：1：50(摩尔量比)；
图2为所制得的普通壳聚糖荧光标记物的荧光发射光谱图，普通壳聚糖：ZTO：Cu2+＝1：1：50(摩尔量比)；
图3为所制得的羧甲基壳聚糖荧光标记物的紫外-可见吸收光谱图，羧甲基壳聚糖：ZTO：Cu2+＝5：1：20(摩尔量比)；
图4为所制得的羧甲基壳聚糖荧光标记物的荧光发射光谱图，羧甲基壳聚糖：ZTO：Cu2+＝5：1：20(摩尔量比)；
图5为所制得的季铵盐壳聚糖荧光标记物的紫外-可见吸收光谱图，季铵盐壳聚糖：ZTO：Cu2+＝3：1：50(摩尔量比)；
图6为所制得的季铵盐壳聚糖荧光标记物的荧光发射光谱图，季铵盐壳聚糖：ZTO：Cu2+＝3：1：50(摩尔量比)；
图7为羧甲基壳聚糖与ZTO同时与金属离子配位所形成的壳聚糖氮杂环金属配合物构造示意图。
具体实施方式
下面结合实施例与附图对本发明的内容做进一步说明。
实施例1
一种普通壳聚糖荧光标记的方法，其具体步骤如下：
步骤一、配制DMF与水体积比为1：2的混合溶液；
步骤二、将23mg的ZTO与19mg普通壳聚糖加入到步骤一所得的混合溶液中，得到溶液A；摩尔比按照ZTO：壳聚糖＝1：1；
步骤三、将硝酸铜加入到步骤一所得的混合溶液中，制备出浓度为1x10-3mol/L的Cu2+溶液；
步骤四、将步骤二所得的溶液A与步骤三所得的Cu2+溶液混合；溶液A与Cu2+溶液的体积比为1:50；得到蓝色的普通壳聚糖荧光标记物溶液，紫外吸收最大波长345nm，在355nm和711nm处表现出较强的荧光。如图1、图2所示。
实施例2
一种普通壳聚糖荧光标记的方法，其具体步骤如下：
步骤一、配制DMSO与水体积比为1：2的混合溶液；
步骤二、将23mg的ZTO与76mg普通壳聚糖加入到步骤一所得的混合溶液中，得到溶液A；ZTO：壳聚糖＝1：4；
步骤三、将硝酸铜加入到步骤一所得的混合溶液中，制备出浓度为1x10-3mol/L的Cu2+溶液；
步骤四、将步骤二所得的溶液A与步骤三所得的Cu2+溶液混合；溶液A与Cu2+溶液的体积比为1:30；得到蓝色的普通壳聚糖荧光标记物溶液。
实施例3
一种羧甲基壳聚糖荧光标记的方法，其具体步骤如下：
步骤一、配制DMF与水体积比为1：3的混合溶液；
步骤二、将50mg的ZTO与428mg羧甲基壳聚糖加入到步骤一所得的混合溶液中，得到溶液A；ZTO：羧甲基壳聚糖＝1：5；
步骤三、将硫酸铜加入到步骤一所得的混合溶液中，制备出浓度为1x10-3mol/L的Cu2+溶液；
步骤四、将步骤二所得的溶液A与步骤三所得的Cu2+溶液混合；溶液A与Cu2+溶液的体积比为1:20；得到绿色的羧甲基壳聚糖荧光标记物溶液，紫外吸收最大波长345nm，在355nm和711nm处表现出较强的荧光。如图3、图4所示。
实施例4
一种羧甲基壳聚糖荧光标记的方法，其具体步骤如下：
步骤一、配制DMSO与水体积比为1：5的混合溶液；
步骤二、将30mg的ZTO与154mg羧甲基壳聚糖加入到步骤一所得的混合溶液中，得到溶液A；ZTO：羧甲基壳聚糖＝1：3；
步骤三、将硫酸铜加入到步骤一所得的混合溶液中，制备出浓度为1x10-3mol/L的Cu2+溶液；
步骤四、将步骤二所得的溶液A与步骤三所得的Cu2+溶液混合；溶液A与Cu2+溶液的体积比为1:40；得到绿色的羧甲基壳聚糖荧光标记物溶液。
实施例5
一种季铵盐壳聚糖荧光标记的方法，其具体步骤如下：
步骤一、配制DMSO与水体积比为1：4的混合溶液；
步骤二、将30mg的ZTO与145mg季铵盐壳聚糖加入到步骤一所得的混合溶液中，得到溶液A；ZTO：季铵盐壳聚糖＝1：3；
步骤三、将氯化铜加入到步骤一所得的混合溶液中，制备出浓度为1x10-3mol/L的Cu2+溶液；
步骤四、将步骤二所得的溶液A与步骤三所得的Cu2+溶液混合；溶液A与Cu2+溶液的体积比为1:50；得到蓝绿色的季铵盐壳聚糖荧光标记物溶液，紫外吸收最大波长345nm，在355nm和711nm处表现出较强的荧光。如图5、图6所示。
实施例6
一种季铵盐壳聚糖荧光标记的方法，其具体步骤如下：
步骤一、配制DMF与水体积比为1：5的混合溶液；
步骤二、将60mg的ZTO与232mg季铵盐壳聚糖加入到步骤一所得的混合溶液中，得到溶液A；ZTO：季铵盐壳聚糖＝1：4；
步骤三、将氯化铜加入到步骤一所得的混合溶液中，制备出浓度为1x10-3mol/L的Cu2+溶液；
步骤四、将步骤二所得的溶液A与步骤三所得的Cu2+溶液混合；溶液A与Cu2+溶液的体积比为1:40；得到蓝绿色的季铵盐壳聚糖荧光标记物溶液。
Claims (2)
1.一种壳聚糖荧光标记的方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、配制N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或二甲亚砜(DMSO)与水的混合溶液，其中水的体积百分比不超过溶液总体积的80％；
步骤二、将ZTO与壳聚糖加入到步骤一所得的混合溶液中，得到溶液A；ZTO：壳聚糖的摩尔比为1：1～1：5
步骤三、将铜盐加入到步骤一所得的混合溶液中，制备出浓度为1x10-3mol/L的Cu2+溶液；
步骤四、将步骤二所得的溶液A与步骤三所得的Cu2+溶液混合；溶液A与Cu2+溶液的体积比为1：1～1:50；得到壳聚糖荧光标记物溶液。
2.如权利要求1所述的一种壳聚糖荧光标记的方法，其特征在于：所述壳聚糖包括普通壳聚糖、羧甲基壳聚糖、季铵盐壳聚糖。
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