CN105203512A - 一种咔唑类荧光探针及其制备方法和应用 - Google Patents
一种咔唑类荧光探针及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种咔唑类荧光探针及其制备方法和应用。该探针制备方法:将N-乙基咔唑-3-甲醛和2,3-二甲基苯并噻唑碘化物按摩尔比1:1混合溶于无水乙醇,在油浴中加热至150℃,回流反应6小时,冷却点板观察反应完全后,将混合物抽滤洗涤即得到橘红色固体产物。该探针在不同体系中对CN-,HSO3 -以及pH同时显示了高的灵敏性和选择性,尤其在检测CN-离子时显示出大的Stocks位移,并且检测过程简便、快速,检测结果准确。通过结合激光共聚焦扫描显微技术,还可获取该荧光探针在活细胞内的荧光成像。
Description
技术领域
本发明涉及荧光探针,尤其涉及一种咔唑类荧光探针及其制备方法和应用。
背景技术
CN-、HSO3 -和pH在现代工业和生产生活中具有重要的意义。CN-可用于人工纤维、树脂以及除草剂的生产,HSO3 -作为一种抗菌剂、酶抑制剂、食物中的抗氧化剂和药剂制品被广泛应用,但是它们在造福人类的同时也造成了环境的污染,尤其是CN-,其具有极大的毒性,它可通过肺部、肠道以及皮肤等多种途径被人体所吸收,从而导致头痛、呕吐,出现神经衰弱的综合症以及肾脏及心脏损伤、性腺及甲状腺机能低下、听觉和视觉及神经系统障碍等,最终导致死亡。而过量的摄入HSO3 -将会对组织、细胞以及生物大分子产生有害的影响,从而可能在某些人群中引发哮喘发作和过敏反应。细胞内pHi在包括细胞循环调控、细胞的生长和凋亡、离子转运、酶活性、钙调控、肌肉收缩和多要耐药性等方面起着关键性的作用。pHi值异常会引起细胞的功能紊乱以及一些常见疾病,如癌症和阿尔茨海默症。因此设计合成灵敏的和高选择性的探针用于CN-,HSO3 -和pH的检测是非常需要的,这对于人体生命安全以及环境保护都具有非常重要的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的咔唑类荧光探针及其制备方法,该荧光探针可用于CN-、HSO3 -或pH的荧光检测。
本发明的另一目的在于提供三种快速、定量检测CN-、HSO3 -或pH的荧光检测方法,而且这些方法灵敏度高、选择性好、廉价、方便。
本发明提供的一种新型的咔唑类荧光探针,是3-甲基-2-(N-乙基咔唑-3-乙烯基)苯并噻唑碘化物(IECBT),其结构式为:
本发明提供的一种新型的咔唑类荧光探针的制备方法,包括如下步骤:
(1)在容器中将N-乙基咔唑-3-甲醛和2,3-二甲基苯并噻唑碘化物按摩尔比1:1混合溶于无水乙醇,在油浴中加热至150℃,回流反应6小时,待冷却后取出;
(2)点板观察确认反应进行彻底后,将混合物抽滤洗涤即得到橘红色固体产物。
其合成路线如下:
本发明提供的一种定量检测CN-的荧光检测方法,其步骤为:
(1)用体积比4︰6的乙腈/水溶液体系配制1mM的荧光探针IECBT储备液;
(2)将2mLDMSO和20μL荧光探针IECBT储备液加入荧光比色皿中,在荧光分光光度仪上检测,随着待测样的加入,575nm处的荧光强度逐渐减弱,360nm和376nm处的发射峰增强;
(3)用蒸馏水配制1×10-3M的CN-溶液,将2mLDMSO体系和20μL荧光探针IECBT储备液加入荧光比色皿中,每次加入5μLCN-进行荧光滴定实验,共加70μL。以CN-浓度为横坐标,以相对荧光强度I376nm/I575nm为纵坐标绘制图,得到CN-浓度的工作曲线,线性回归方程为:I376nm/I575nm=0.18c+0.16,c的单位为10-6mol/L。通过线性拟合得到IECBT最佳线性响应CN-的范围为:0-10μM,线性相关系数为R2=0.9895。
稳定性实验证明荧光探针IECBT对CN-的测定具有良好的光稳定性。
经实验验证,其它阴离子不干扰体系对CN-的测定。
本发明提供的一种定量荧光检测HSO3 -的方法,其步骤为:
(1)用体积比4︰6的乙腈/水溶液体系配制1mM的荧光探针IECBT储备液;
(2)将2mL蒸馏水和20μL荧光探针IECBT储备液加入荧光比色皿中,在荧光分光光度仪上检测,随着待测样的加入,568nm处荧光强度逐渐减弱;
(3)用蒸馏水配制1×10-3MHSO3 -的溶液,将2mL蒸馏水和20μL荧光探针IECBT储备液加入荧光比色皿中,逐次加入HSO3 -进行荧光滴定实验,随着HSO3 -的加入,荧光强度逐渐减弱,当加到46μL时,荧光强度猝灭完毕。以HSO3 -浓度为横坐标,以相对荧光强度F0-F为纵坐标绘制图,得到HSO3 -浓度的工作曲线,线性回归方程为:F0-F=1.16c-136.55,c的单位为10-6M。通过线性拟合得到IECBT最佳线性响应HSO3 -的范围为:0.5μM–9μM,线性系数为R2=0.9914。
稳定性实验证明荧光探针IECBT对HSO3 -的测定具有良好的光稳定性。
经实验验证,其它阴离子不干扰体系对HSO3 -的测定。
本发明提供的一种定量荧光检测pH的方法,其步骤为:
(1)用体积比4︰6的乙腈/水溶液体系配制1mM的荧光探针IECBT储备液;
(2)将2mL蒸馏水和20μL荧光探针IECBT储备液加入荧光比色皿中,在荧光分光光度仪上检测,随着待测样的加入,568nm处荧光强度逐渐减弱;
(3)将2mL蒸馏水和20μL荧光探针IECBT储备液加入荧光比色皿中,进行pH滴定实验,随着pH的增加,荧光强度逐渐减弱,当pH增加到11.21时,荧光完全淬灭(pH变化范围6.44-11.21);以pH为横坐标,荧光强度F为纵坐标绘制图并进行Sigmoidal拟合,求得pKa=9.75;通过线性拟合得到IECBT最佳线性响应范围为pH9.36-10.01,回归方程为:F=19715.56-1930.65×pH,线性相关系数为R2=0.9852。
稳定性实验证明荧光探针IECBT对pH的测定具有良好的光稳定性。
经实验验证,其它金属阳离子不干扰体系对pH的测定。
本发明的探针具有很好的细胞膜穿透性,可应用于细胞内CN-,HSO3 -以及pH的检测。
与现有技术相比,本发明作为选择性检测CN-、HSO3 -和pH的荧光探针有如下优点:1、本发明的荧光探针制备方法简单、快速、廉价;2、本发明的三种荧光检测方法,分别对CN-、HSO3 -和pH显示了高的灵敏性、选择性和较低的检出限,并且本荧光探针在检测CN-时具有大的Stocks位移;3、检测手段简单,只需要借助荧光光谱仪;4、本发明荧光探针可用于细胞成像。
附图说明:
图1实施例2荧光探针IECBT的CN-滴定荧光图
图2实例例3荧光探针IECBT的CN-滴定紫外图
图3实施例4荧光探针IECBT与各种阴离子的荧光柱状图
图4实施例5荧光探针IECBT对CN-响应的的工作曲线
图5实施例6CN-的细胞成像图
图6实施例7荧光探针IECBT的HSO3 -滴定荧光图
图7实施例8荧光探针IECBT的HSO3滴定紫外图
图8实施例9荧光探针IECBT与各种阴离子的荧光柱状图
图9实施例10荧光探针IECBT对HSO3 -响应的的工作曲线
图10实施例11HSO3 -的细胞成像图
图11实施例12荧光探针IECBT的pH滴定荧光图
图12实施例13荧光探针IECBT的pH滴定紫外图
图13-1实施例14荧光探针IECBT在pH=7时与各种阳离子的荧光柱状图
图13-2实施例14荧光探针IECBT在pH=8时与各种阳离子的荧光柱状图
图14实施例15荧光探针IECBT对pH响应的的工作曲线
图15实施例16pH的细胞成像图
具体实施方式
实施例1咔唑类荧光探针IECBT的制备:
(1)在容器中将N-乙基咔唑-3-甲醛和2,3-二甲基苯并噻唑碘化物按摩尔比1:1混合溶于无水乙醇,在油浴中加热至150℃,回流反应6小时,待冷却后取出;
(2)点板观察确认反应进行彻底后,将混合物抽滤洗涤得到橘红色固体产物,产率55%。
探针IECBT用1HNMR、13CNMR表征,结果如下:
1HNMR(300MHz,DMSO):δ8.42(d,J=9.0Hz,3H),8.22(s,3H),8.07(d,J=15.6Hz,1H),7.84(m,J=38.4Hz,4H),7.56(t,J=15.3Hz,1H),7.37(t,J=14.4Hz,1H),4.55(d,J=6.9Hz,2H),4.37(s,3H),1.39(t,J=13.8Hz,3H)
13CNMR(75MHz,DMSO):δ171.05,149.67,141.30,141.10,139.40,128.26,127.19,126.46,125.95,124.29,123.18,122.81,122.04,121.32,119.72,119.37,115.58,109.20,36.531,35.26,12.94
实施例2荧光探针IECBT的CN-滴定荧光图
在2mLDMSO体系中加入20μL荧光探针IECBT储备液进行CN-荧光滴定实验,在荧光分光光度仪上检测,随着待测样的加入,575nm处的荧光强度逐渐减弱,360nm和376nm处的发射峰增强。仪器参数:激发波长和发射波长的狭缝宽度分别为10.0nm、5.0nm,荧光探针溶液的最大激发波长为:λex为340nm和最大荧光发射波长为:λem为575nm。
实施例3荧光探针IECBT的CN-滴定紫外图
在2mLDMSO体系中加入30μL荧光探针IECBT储备液进行CN-紫外滴定实验,在紫外分光光度仪上检测,随着待测样的加入,468nm处的紫外吸收强度逐渐减弱,266nm和295nm处的紫外吸收强度逐渐增强。
实施例4荧光探针IECBT与各种阴离子的荧光柱状图
在比色皿中加入2mLDMSO和20μL荧光探针IECBT储备液,再加入CN-,使其最终浓度为35μM,再分别加入其它的阴离子(F-,Cl-,Br-,I-,CO3 2-,HCO3 -,NO3 -,SO4 2-,AcO-,CNS-,HSO3 -,SO3 2-,S2O3 2-,S2-,HS-),使其最终浓度为7mM,分别测其荧光光谱,绘制不同阴离子对应I376nm/I575nm荧光强度的柱状图,见图3。
经试验证明,其它阴离子不干扰体系对CN-的检测。
实施例5荧光探针IECBT对CN-响应的的工作曲线
用蒸馏水配制1mM的CN-溶液,把2mL的DMSO和20μLIECBT探针储备液加到荧光比色皿中,每次加入5μLCN-进行荧光滴定实验,共加70μL。以CN-浓度为横坐标,以相对荧光强度I376nm/I575nm为纵坐标绘制图,得到CN-浓度的工作曲线,线性回归方程为:I376nm/I575nm=0.18c+0.16,c的单位为10-6M。
实施例6CN-的细胞成像图
实验之前用DMSO溶液体系配制1mM的IECBT荧光探针储备液。取上述15μL荧光探针IECBT储备液加入含有贴壁细胞的培养基,置于37℃的5%CO2培养箱中孵育15min后,用磷酸盐缓冲液(PBS,pH7.4)轻轻清洗三次,以除去培养基中过量的未进入细胞的探针储备液。将细胞固定后在奥林巴斯FV1000激光共聚焦显微镜下,通过线性扫描进行荧光成像(200倍物镜)。分别用波长为405nm和488nm的激光激发,收集发射波段为425-475nm的蓝色荧光和500-600nm的红色荧光。如图4,探针在共聚焦荧光成像仪下显示强的红色荧光,蓝色通道没有荧光,随着CN-的加入,红荧光逐渐减弱直至淬灭,蓝色荧光逐渐增强。
实施例7荧光探针IECBT的HSO3 -滴定荧光图
在2mL蒸馏水体系中加入20μL荧光探针IECBT储备液进行HSO3 -荧光滴定实验,在荧光分光光度仪上检测,随着待测样的加入,568nm处的荧光强度逐渐减弱。仪器参数:激发波长和发射波长的狭缝宽度分别为10.0nm、5.0nm,荧光探针溶液的最大激发波长为:λex为465nm和最大荧光发射波长为:λem为568nm。
实施例8荧光探针IECBT的HSO3 -滴定紫外图
在2mL蒸馏水体系中加入20μL荧光探针IECBT储备液进行CN-紫外滴定实验,在紫外分光光度仪上检测,随着待测样的加入,450nm处的紫外吸收强度逐渐减弱,276nm处的紫外吸收强度逐渐增强,溶液体系颜色由橘红色变为无色。
实施例9荧光探针IECBT与各种阴离子的荧光柱状图
在比色皿中加入2mL蒸馏水和20μL荧光探针IECBT储备液,再分别加入其它的阴离子(F-,Cl-,Br-,I-,CO3 2-,HCO3 -,NO3 -,SO4 2-,AcO-,CNS-,CN-),使其最终浓度为0.5mM,再加入HSO3 -,使其最终浓度为25μM,分别测其荧光光谱,绘制不同阴离子对应568nm荧光强度的柱状图,见图8。
经试验证明,其它阴离子不干扰体系对HSO3 -的检测。
实施例10荧光探针IECBT对HSO3 -响应的的工作曲线
用蒸馏水配制1mM的HSO3 -溶液,把2mL的蒸馏水和20μLIECBT探针储备液加到荧光比色皿中,逐次加入HSO3 -进行荧光滴定实验,随着HSO3 -的加入,荧光强度逐渐减弱,当加到46μL时,荧光强度猝灭完毕。以HSO3 -浓度为横坐标,以相对荧光强度F0-F为纵坐标绘制图,得到HSO3 -浓度的工作曲线,线性回归方程为:F0-F=1.16c-136.55,c的单位为10-6M。
实施例11HSO3 -的细胞成像图
实验之前用DMSO溶液体系配制1mM的IECBT荧光探针储备液。取上述15μL荧光探针IECBT储备液加入含有贴壁细胞的培养基,置于37℃的5%CO2培养箱中孵育15min后,用磷酸盐缓冲液(PBS,pH7.4)轻轻清洗三次,以除去培养基中过量的未进入细胞的探针储备液。将细胞固定后在奥林巴斯FV1000激光共聚焦显微镜下,通过线性扫描进行荧光成像(200倍物镜)。分别用波长为488nm的激光激发,收集发射波段为500-600nm的红色荧光。如图10,探针在共聚焦荧光成像仪下显示强的红色荧光,随着HSO3 -的加入,红色荧光逐渐减弱直至淬灭。
实施例12荧光探针IECBT的pH滴定荧光图
在2mL蒸馏水体系中加入20μL荧光探针IECBT储备液进行pH荧光滴定实验,在荧光分光光度仪上检测,随着待测样的加入,568nm处的荧光强度逐渐减弱。仪器参数:激发波长和发射波长的狭缝宽度分别为10.0nm、5.0nm,荧光探针溶液的最大激发波长为:λex为465nm和最大荧光发射波长为:λem为568nm。
实施例13荧光探针IECBT的pH滴定紫外图
在2mLDMSO体系中加入20μL荧光探针IECBT储备液进行pH紫外滴定实验,在紫外分光光度仪上检测,探针的最大吸收峰位于450nm处,pH值较低时,紫外-可见光谱无明显变化,随着pH由6.44上升到11.21,449nm处的最大吸收峰逐渐下降,溶液体系颜色由橘红色变为无色。
实施例14荧光探针IECBT与各种金属阳离子的荧光柱状图
在pH7.0和pH8.0的溶液体系中加入20μL荧光探针IECBT储备液,再分别加入其它的阳离子K+(150mM);2,Na+(150mM);3,Ca2+(10mM);4,Ni2+(0.2mM);5,Cr3+(0.2mM);6,Co2+(0.2mM);7,Mn2+(0.2mM);8,Zn2+(0.2mM);9,Cd2+(0.2mM);10,Al3+(0.2mM);11,Mg2+(0.2mM);12,Cu2+(0.2mM);13,Hg2+(0.2mM);14,Fe3+(0.2mM);15,Fe2+(0.2mM);16,Ag+(0.2mM),分别测其荧光光谱,绘制不同阴离子对应568nm荧光强度的柱状图,见图13。
经试验证明,其它金属阳离子不干扰体系对pH的检测。
实施例15荧光探针IECBT对pH响应的的工作曲线
把2mL的蒸馏水体系和20μL荧光探针IECBT储备液加到荧光比色皿中,进行pH滴定实验(pH变化范围为6.44-11.21)。以pH为横坐标,荧光强度F为纵坐标绘制图并进行Sigmoidal拟合,求得pKa=9.75。通过线性拟合得到了IECBT最佳线性pH响应范围为9.36-10.01,线性回归方程为:F=19715.56-1930.65×pH,线性相关系数为R2=0.9940。
实施例16pH的细胞成像图
实验之前用乙腈/水(4/6,v/v)溶液体系配制1mM的IECBT荧光探针储备液。取上述15μL荧光探针IECBT储备液加入含有贴壁细胞的培养基,置于37℃的5%CO2培养箱中孵育15min后,用磷酸盐缓冲液(PBS,pH7.4)轻轻清洗三次,以除去培养基中过量的未进入细胞的探针储备液。将细胞固定后在奥林巴斯FV1000激光共聚焦显微镜下,通过线性扫描进行荧光成像(200倍物镜)。分别用波长为488nm的激光激发,收集发射波段为500-600nm的红色荧光。如图12,探针在共聚焦荧光成像仪下显示强的红色荧光,随着pH的增大,红色荧光逐渐减弱直至淬灭。
Claims (5)
1.一种咔唑类荧光探针,特征在于,它是3-甲基-2-(N-乙基咔唑-3-乙烯基)苯并噻唑碘化物(IECBT),其结构式为:
2.如权利要求1所述的一种咔唑类荧光探针的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在容器中将N-乙基咔唑-3-甲醛和2,3-二甲基苯并噻唑碘化物按摩尔比1:1混合溶于无水乙醇,在油浴中加热至150℃,回流反应6小时,待冷却后取出;
(2)点板观察确认反应进行彻底后,将混合物抽滤洗涤即得到橘红色固体产物。
3.一种定量荧光检测CN-的方法,其特征在于,步骤为:
(1)用体积比4︰6的乙腈/水溶液体系配制1mM的荧光探针IECBT储备液;
(2)将2mLDMSO和20μL荧光探针IECBT储备液加入荧光比色皿中,在荧光分光光度仪上检测,随着待测样的加入,575nm处的荧光强度逐渐减弱,360nm和376nm处的发射峰增强;
(3)用蒸馏水配制1×10-3M的CN-溶液,将2mLDMSO体系和20μL荧光探针IECBT储备液加入荧光比色皿中,每次加入5μLCN-进行荧光滴定实验,共加70μL;以CN-浓度为横坐标,以相对荧光强度I376nm/I575nm为纵坐标绘制图,得到CN-浓度的工作曲线,线性回归方程为:I376nm/I575nm=0.18c+0.16,c的单位为10-6M;通过线性拟合得到IECBT最佳线性响应CN-的范围为:0-10μM,线性相关系数为R2=0.9895。
4.一种定量荧光检测HSO3 -的方法,其特征在于,步骤为:
(1)用体积比4︰6的乙腈/水溶液体系配制1mM的荧光探针IECBT储备液;
(2)将2mL蒸馏水和20μL荧光探针IECBT储备液加入荧光比色皿中,在荧光分光光度仪上检测,随着待测样的加入,568nm处荧光强度逐渐减弱;
(3)用蒸馏水配制1×10-3MHSO3 -的溶液,将2mL蒸馏水和20μL荧光探针IECBT储备液加入荧光比色皿中,逐次加入HSO3 -进行荧光滴定实验,随着HSO3 -的加入,荧光强度逐渐减弱,当加到46μL时,荧光强度猝灭完毕;以HSO3 -浓度为横坐标,以相对荧光强度(F0-F)为纵坐标绘制图,得到HSO3 -浓度的工作曲线,线性回归方程为:F0-F=1.16c-136.55,c的单位为10-6mol/L;通过线性拟合得到IECBT最佳线性响应HSO3 -的范围为:0.5μM–9μM,线性系数为R2=0.9914。
5.一种定量荧光检测pH的方法,其特征在于,步骤为:
(1)用体积比4︰6的乙腈/水溶液体系配制1mM的荧光探针IECBT储备液;
(2)将2mL蒸馏水和20μL荧光探针IECBT储备液加入荧光比色皿中,在荧光分光光度仪上检测,随着待测样的加入,568nm处荧光强度逐渐减弱;
(3)将2mL蒸馏水和20μL荧光探针IECBT储备液加入荧光比色皿中,进行pH滴定实验,随着pH的增加,荧光强度逐渐减弱,当pH增加到11.21时,荧光完全淬灭,pH变化范围6.44-11.21;以pH为横坐标,荧光强度F为纵坐标绘制图并进行Sigmoidal拟合,求得pKa=9.75;通过线性拟合得到IECBT最佳线性响应范围为pH9.36-10.01,回归方程为:F=19715.56-1930.65×pH,线性相关系数为R2=0.9852。
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