CN105418629A - 一种罗丹明衍生物作为pH探针的应用 - Google Patents

一种罗丹明衍生物作为pH探针的应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种罗丹明衍生物作为pH探针的应用，该罗丹明衍生物的化学结构式为：这种具有特定结构的罗丹明衍生物不但能够测定常规的pH范围，针对极酸或极碱的小分子物质也有很好的探测，拓宽了pH的检测范围，而且原料成本低、操作简单、应用方便。

Description

一种罗丹明衍生物作为pH探针的应用
技术领域
本发明涉及pH探针应用领域，具体而言，涉及一种罗丹明衍生物作为pH探针的应用。
背景技术
细胞内pH在生命体中扮演着重要的角色，它与细胞维持正常的功能息息相关。细胞内pH的反常变化容易诱导细胞功能、生长和分裂的突变，并可能引发癌症和阿尔兹海默综合症等疾病。尤其是在细胞内pH偏酸性的条件下，人体更容易患上如癌症、高血脂、痛风、糖尿病等各种疾病。对细胞内pH的检测能够为我们研究细胞内生理学和病理学过程提供重要的信息。荧光探针法以其灵敏度高、对pH专一性相应和无损细胞等独特的优势成为人们关注的焦点。
现有技术中，很多有机小分子，比如纳米颗粒(ChemicalSocietyReviews,2006,35(11):1028-1042)，荧光蛋白都被开发用来测量细胞分子内pH值，其中苯并氧杂蒽(ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,2008,105(26):8829-8834)，荧光素及其衍生物(Cytometry,1989,10(2):151-164)，花青素衍生物(Biotechniques,2002,33(5):1152-1157)，罗丹明衍生物(AngewandteChemieInternationalEdition,2012,51(31):7674-7679)都是众所周知的pH探针。但是现在大多数荧光传感器测量的pH值的测量范围仅仅停留在4-6或者6-8之间，很少有测定极酸性(pH<4)或极碱性(pH>10)的荧光探针物质问世，使得应用时范围比较窄，不能更广泛的应用于分子pH值的测定，在实际应用过程中也比较局限，对于酸性或者碱性极强的分子缺乏可应用的检测手段，从而导致诸多研究出现了滞后性，因此开发一种pH检测范围更宽的荧光探针是本领域中亟待解决的技术问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种罗丹明衍生物作为pH探针的应用，所述的具有特定结构的罗丹明衍生物不但能够测定常规的pH范围，针对极酸或极碱的小分子物质也有很好的探测，拓宽了pH的检测范围，而且原料成本低、操作简单、应用方便等优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明实施例提供了一种具有特定结构的罗丹明衍生物作为pH探针，其化学结构式为：
这种具有特定结构的罗丹明衍生物(Rh)是按照“Biomaterials,2013,34(37):9566-9571”该篇文献记载的方法进行合成的，属于一种已经公开的化学物质，虽然现有技术中被用来做pH探针的罗丹明衍生物有很多种，罗丹明衍生物可以用来作为pH探针大家也知晓，但是还没有人将具有这种结构的罗丹明衍生物用于当做pH探针进行应用，在本领域中这种应用尚属首创。
在本发明中，这种罗丹明衍生物的优势在于其测定的pH范围很宽，基本可以实现pH从1-14全范围的探测，当然其主要用于极酸或者极碱的环境更佳，因为一般的酸性或碱性环境其他荧光探针物质也一样能实现探测，本发明的这种探测物质并没有显示出其优势性。因此本发明的罗丹明衍生物测定pH的范围最好为pH≤6以及pH≥8，更优的测定pH的范围区间可以为2-6以及8-12之间，最优的所述罗丹明衍生物测定pH的范围为pH≤4以及pH≥10，这种最优的测定范围是现有技术中任何一种探针物质所不能达到的，也就是说利用现有技术的手段是无法实现极酸或着极碱的分子细胞探测的，本发明揭示的这种拥有特定结构的罗丹明衍生物恰恰弥补了这一点，填补了技术空白。例如这种罗丹明衍生物可以测定的pH范围还可以选择为1.4、1.5、1.6、1.8、2.4、2.5、2.6、2.8、3.4、3.6、3.8、10.5、10.6、10.8、11.5、11.6、11.8、12.5、12.6、12.8、13.5、13.6、13.8。
具体应用时，最好先将罗丹明衍生物用pH控制在2-6之间的缓冲溶液分别稀释后，观察颜色变化并通过测定紫外吸收以确定吸光度数值差异明显的波长。同样的对于碱性环境，也是先将罗丹明衍生物用pH控制在8-10之间的缓冲溶液分别稀释后，观察颜色变化并通过测定紫外吸收以确定吸光度数值差异明显的波长。在配制缓冲溶液时比如pH取2-6之间时，各个试验点最好取的尽量密一点，这样后续测定实验结果时容易看出趋势，同样的pH取8-10之间时试验点也取的密一点为好，还有就是虽然操作时缓冲溶液的pH值是取2-6或者8-10，但是并不代表不可以取其他区间，本发明只是罗列了较优的实验区间，但是本发明的罗丹明衍生物对于小于2以及大于10的pH范围同样具有很好的检测效果。
进一步的，在用缓冲溶液稀释之前先将罗丹明衍生物用乙醇最好配制成浓度为100μmol/L以下的溶液，这样在用缓冲溶液稀释时更容易形成均一的状态，显色指示更加明显，充分提高了准确性。
进一步的，酸性环境的缓冲溶液最好选择乙醇-柠檬酸钠缓冲溶液，碱性环境的缓冲溶液最好选择Tris-HCl缓冲溶液，这些缓冲溶液均为市面上常见缓冲液，应用效果好。
配制好罗丹明衍生物的缓冲溶液，测定其紫外吸收并观察其吸光度随pH增大而增大最明显的数值，发现在酸性环境下，其吸光度变化最明显的波长为636nm，碱性环境下，其吸光度变化最明显的波长为723nm，通过确定波长为日后对试样测定提供了依据。从溶液的颜色变化上也能有明确的指示作用，溶液的颜色在酸性条件下显紫色，pH增大到5-8显蓝色，碱性条件下显绿色。说明该化合物罗丹明衍生物可以作为裸眼pH指示剂用，不同的pH值其颜色变化明显，通过肉眼观察就可知晓大致的范围，方便操作，也节省了人力物力，如果想进一步确定确切的pH值，还可测定其吸光度能够得到准确的pH值，这种操作方式可谓一举两得，针对测定结果的准确性有不同的要求的人群均能得到满足，适用范围广，值得广泛推广应用。
这种罗丹明衍生物本身比较便宜易得，成本低，不用考虑原料来源以及经济性。还有操作时非常方便，不用专业人员也可进行操作，所涉及的实验仪器价格也比较平民化，人力成本以及操作成本都比较低。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明创造性的将具有特定结构的罗丹明衍生物(Rh)首次应用到pH探针的应用上，这种罗丹明衍生物是按照“Biomaterials,2013,34(37):9566-9571”该篇文献记载的方法进行合成的，属于一种已经公开的化学物质，但是还没有人将具有这种结构的罗丹明衍生物用于当做pH探针进行应用，在本领域中这种应用尚属首创，具有一定的开拓性；
(2)本发明的罗丹明衍生物pH探针，具有易于合成的优点，随着pH的变化，化合物的紫外吸收会有明显的变化而产生明显的颜色变化，在酸碱环境下都能够显色，能够检测更宽的pH范围，在pH探针领域具有广阔的应用前景；
(3)成本较低，操作方法简单方便，不用专业人员也可进行操作，所涉及的实验仪器价格也比较平民化，人力成本以及操作成本都比较低，整个测定过程中所涉及的试剂均为常见化工原料，量大价低，原料易得；
(4)本发明所用的各种试剂对环境友好、不含重金属和有害成分，对人体健康没有伤害，不会给操作人员带来任何身体上的危害，非常环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例一的化合物Rh(100μmol/L)采用不同pH的乙醇-柠檬酸钠(0.01mol/L，v/v，1/9)缓冲溶液稀释后随着波长的增加其紫外吸收变化趋势；
图2为本发明实施例一的化合物Rh(100μmol/L)采用不同pH的乙醇-柠檬酸钠(0.01mol/L，v/v，1/9)缓冲溶液稀释后在636nm紫外吸收变化趋势；
图3为本发明实施例二的化合物Rh(100μmol/L)采用不同pH的Tris-HCl(0.05mol/L，v/v，1/9)缓冲溶液稀释后随着波长的增加其紫外吸收变化趋势；
图4为本发明实施例二的化合物Rh(100μmol/L)采用不同pH的Tris-HCl(0.05mol/L，v/v，1/9)缓冲溶液稀释后在723nm处其紫外吸收变化趋势；
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
pH探针探测的操作过程按如下步骤进行：
1)配制100μmol/LRh的乙醇溶液，以及pH为2到6之间不同的乙醇-柠檬酸钠(0.01mol/L)缓冲溶液；
2)按照体积比将Rh的乙醇溶液与缓冲溶液按照为1:9的比例混合均匀，并测定其紫外吸收；
3)通过测定后，具体化合物Rh(100μmol/L)采用不同pH的乙醇-柠檬酸钠(0.01mol/L，v/v，1/9)缓冲溶液稀释后随着波长的增加其紫外吸收变化趋势见附图1，从图1中可以发现当波长为636nm时，其吸光度变化最为明显，吸光度随pH增大而增大，因此将该波长定为以后测定样品时需要确定的参数。
4)在确定的波长636nm下，化合物Rh(100μmol/L)采用不同pH的乙醇-柠檬酸钠(0.01mol/L，v/v，1/9)缓冲溶液稀释后其紫外吸收变化趋势从图2中可以看出，其吸光度针对不同的pH变化比较明显，这样在对分子进行荧光探测时，可以非常明显的探测出其实际的pH值，准确度非常高；
5)另外发现溶液的颜色在酸性条件下呈紫色，随着pH值逐渐增加其颜色逐渐偏蓝色，颜色变化明显，可以作为裸眼pH指示剂用。
实施例2
pH探针探测的操作过程按如下步骤进行：
1)配制100μmol/LRh的乙醇溶液，以及pH为8到10之间不同的Tris-HCl(0.05mol/L)缓冲溶液；
2)按照体积比将Rh的乙醇溶液与缓冲溶液按照为1:9的比例混合均匀，并测定其紫外吸收；
3)通过测定后，具体化合物Rh(100μmol/L)采用不同pH的Tris-HCl(0.05mol/L，v/v，1/9)缓冲溶液稀释后随着波长的增加其紫外吸收变化趋势见附图3，从图3中可以发现当波长为723nm时，其吸光度变化最为明显，吸光度随pH增大而增大，因此将该波长定为以后测定样品时需要确定的参数。
4)在确定的波长723nm下，化合物Rh(100μmol/L)采用不同pH的Tris-HCl(0.01mol/L，v/v，1/9)缓冲溶液稀释后其紫外吸收变化趋势从图4中可以看出，其吸光度针对不同的pH变化比较明显，这样在对分子进行荧光探测时，可以非常明显的探测出其实际的pH值，准确度非常高；
5)另外发现溶液的颜色在酸性条件下呈蓝色，随着pH值逐渐增加其颜色逐渐偏绿色，颜色变化明显，可以作为裸眼pH指示剂用。
实施例3
pH探针探测的操作过程按如下步骤进行：
1)配制90μmol/LRh的乙醇溶液，以及pH为1到4之间不同的的乙醇-柠檬酸钠(0.01M)缓冲溶液；
2)按照体积比将Rh的乙醇溶液与缓冲溶液按照为1:9的比例混合均匀，并测定其紫外吸收；
3)通过测定后，具体化合物Rh(90μmol/L)采用不同pH的乙醇-柠檬酸钠(0.01mol/L，v/v，1/9)缓冲溶液稀释后随着波长的增加其紫外吸收变化趋势最为明显的波长为636nm，吸光度随pH增大而增大，因此将该波长定为以后测定样品时需要确定的参数。
4)在确定的波长636nm下，化合物Rh(90μmol/L)采用不同pH的乙醇-柠檬酸钠(0.01mol/L，v/v，1/9)缓冲溶液稀释后其紫外吸收变化趋势为吸光度针对不同的pH变化比较明显，这样在对分子进行荧光探测时，可以非常明显的探测出其实际的pH值，准确度非常高；
5)另外发现溶液的颜色在酸性条件下呈紫色，随着pH值逐渐增加其颜色逐渐偏蓝色，颜色变化明显，可以作为裸眼pH指示剂用。
实施例4
pH探针探测的操作过程按如下步骤进行：
1)配制90μmol/LRh的乙醇溶液，以及pH为10到14之间不同的Tris-HCl(0.05mol/L)缓冲溶液；
2)按照体积比将Rh的乙醇溶液与缓冲溶液按照为1:9的比例混合均匀，并测定其紫外吸收；
3)通过测定后，具体化合物Rh(90μmol/L)采用不同pH的Tris-HCl(0.05mol/L，v/v，1/9)缓冲溶液稀释后随着波长的增加其紫外吸收变化趋势最为明显的波长为723nm，吸光度随pH增大而增大，因此将该波长定为以后测定样品时需要确定的参数。
4)在确定的波长723nm下，化合物Rh(90μmol/L)采用不同pH的Tris-HCl(0.01mol/L，v/v，1/9)缓冲溶液稀释后其紫外吸收变化趋势为吸光度针对不同的pH变化比较明显，这样在对分子进行荧光探测时，可以非常明显的探测出其实际的pH值，准确度非常高；
5)另外发现溶液的颜色在酸性条件下呈蓝色，随着pH值逐渐增加其颜色逐渐偏绿色，颜色变化明显，可以作为裸眼pH指示剂用。
需要注意的是，上述1-4实施例中的Rh即化学结构式如下的罗丹明衍生物：
本发明实施例1-2的实验结果从说明书附图1-4中可以明显的看出趋势，虽然实施例3-4没有附图但是其实验结果基本跟实施例1-2一致，说明本发明这种具有特定结构的罗丹明衍生物其基本可以实现pH全范围的检测，具有很好的应用性。打破了现有技术中的pH探针只能测量pH为4-6或者6-8之间的分子的偏见，具有开拓性的意义，为后续操作提供了可参考的依据。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种罗丹明衍生物作为pH探针的应用，其特征在于，该罗丹明衍生物的化学结构式为：
2.根据权利要求1所述的罗丹明衍生物作为pH探针的应用，其特征在于，所述罗丹明衍生物测定pH的范围为pH≤6以及pH≥8。
3.根据权利要求1或2所述的罗丹明衍生物作为pH探针的应用，其特征在于，所述罗丹明衍生物测定pH的范围为2-6以及8-12之间。
4.根据权利要求1或2所述的罗丹明衍生物作为pH探针的应用，其特征在于，所述罗丹明衍生物测定pH的范围为pH≤4以及pH≥10。
5.根据权利要求1所述的罗丹明衍生物作为pH探针的应用，其特征在于，将该罗丹明衍生物用于探测的过程中先将其采用pH控制在2-6之间且不同pH的缓冲溶液分别稀释后，观察颜色变化并通过测定紫外吸收，以确定吸光度数值差异明显所对应的波长。
6.根据权利要求5所述的罗丹明衍生物作为pH探针的应用，其特征在于，将该罗丹明衍生物用乙醇配制成浓度为100μmol/L以下的溶液后再进行稀释。
7.根据权利要求6所述的罗丹明衍生物作为pH探针的应用，其特征在于，所用缓冲溶液为乙醇-柠檬酸钠缓冲溶液。
8.根据权利要求1所述的罗丹明衍生物作为pH探针的应用，其特征在于，将该罗丹明衍生物用于探测的过程中先将其采用pH控制在8-10之间且不同pH的缓冲溶液分别稀释后，观察颜色变化并通过测定紫外吸收，以确定吸光度数值差异明显所对应的波长。
9.根据权利要求8所述的罗丹明衍生物作为pH探针的应用，其特征在于，先将该罗丹明衍生物用乙醇配制成浓度为100μmol/L以下的溶液后再进行稀释。
10.根据权利要求9所述的罗丹明衍生物作为pH探针的应用，其特征在于，所用缓冲溶液为Tris-HCl缓冲溶液。
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