CN106957243A

CN106957243A - 一种基于聚集诱导发光的铜离子检测探针及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN106957243A
Application number: CN201710196739.8A
Authority: CN
Inventors: 赵云辉; 周智华; 龙云飞
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Hunan University of Science and Technology
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2017-07-18

Abstract

本发明公开一种基于聚集诱导发光的铜离子检测探针及其制备方法和应用。该荧光探针结构如式I所示，其以羟基四苯乙烯为原料，经甲酰化，再与水合肼形成三苯乙烯基水杨醛吖嗪而成。本发明的探针光学性能稳定，对铜离子检测灵敏度高，检测下限低，检测限为30.9 nM，响应范围为0.5‑7.5μM。选择性好，对银离子、钡离子、钙离子、锂离子、镁离子、铵离子、镍离子、锌离子、汞离子、钴离子、铅离子等阳离子没有响应。且合成简单，条件温和，收率高。本发明的荧光分子探针在生物化学与环境化学中铜离子的检测等领域具有实际的应用价值。

Description

一种基于聚集诱导发光的铜离子检测探针及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及的是化学分析检测技术领域，具体涉及一种基于聚集诱导发光的铜离子检测探针及其制备方法和应用。

背景技术

铜是生命系统中重要的微量元素和必需的营养素。铜的毒性很小，在人体内如果铜元素缺乏会导致生长和代谢的紊乱。已知铜是呼吸色素的必需成分，并且在越来越多的蛋白质和酶中被检测到。铜在细胞中浓度平衡的改变会导致抑制神经性疾病，例如Menkes综合征、家族遗传性脊侧索硬化、Alzheimer^,s病、Wilson病和prion病等，所以铜在细胞中的分布要受到严格的控制。对铜离子进行检测在化学、环境、医学以及生命科学中均具有重要的意义。因此，设计并且合成荧光分子探针对铜离子进行检测，同时跟踪并研究铜离子在化学反应和生命体活动中的作用过程就变成一件很有意义的事情。

二价铜离子对荧光分子具有极强的淬灭性，所以大多数研究报道的铜离子荧光探针均为荧光淬灭型的荧光探针，并且都是在纯有机溶剂中得以实现，这样就不易在自然环境以及生命体这样的水相环境体系中得到广泛的应用。因此设计并合成出一种可以在水相溶液中检测的比率型铜离子荧光探针就成为了一个亟待解决的任务。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于聚集诱导发光的铜离子检测探针及其制备方法和应用。

本发明的技术方案为：

一种基于聚集诱导发光的铜离子检测探针，具有式（I）所示的结构：

（I）。

上述的基于聚集诱导发光的铜离子检测探针的制备方法，包括如下步骤：

(1)中间体化合物2的制备

取化合物1、六次甲基四胺(HMTA)溶于溶剂中，所述化合物1与HMTA物质的量之比为1:3-6:1，加热搅拌1~10小时，原料反应完毕后，减压旋蒸除去溶剂，粗产物用柱层析纯化得到黄色固体化合物2；

(2)荧光探针I的制备

取化合物2、质量分数为80%的水合肼溶于无水乙醇中，所述化合物2与水合肼物质的量之比为1:1-10:1，一定温度条件下搅拌1~2小时，固体完全析出，过滤，粗产物用无水乙醇重结晶，得到黄色针状化合物I；即式（I）所示的铜离子检测探针。

以上各化合物均以反应式中各化合物下面序号加以区分。

进一步地，步骤（1）中，化合物1和HMTA的物质的量之比优选为1:1。

进一步地，步骤（1）中，所述的溶剂优选三氟乙酸。

进一步地，步骤（2）中，化合物2和水合肼的物质的量之比优选为2:1。

进一步地，步骤（2）中，搅拌温度优选60 ^oC。

上述的铜离子检测探针应用于铜离子检测的方法，包括如下步骤：

1）配制分散有荧光探针化合物I的四氢呋喃(THF)-水混合溶液;

2）确定荧光探针分子的检测限；

3）绘制并计算溶液中铜离子的浓度；

4）确定荧光探针对阳离子的选择性。

检测原理如下所示：

本发明中荧光探针具有聚集诱导发光增强的性质，其分子内存在着氢键。由于混合溶液中水的存在，探针分子发生聚集作用，限制了分子内的氮-氮单键的自由旋转。这种聚集状态抑制了分子内因转动而导致的非辐射能量的衰减，使得化合物的激发态主要以辐射发光的方式进行衰减，从而使分子的发光大大增强。荧光探针与铜离子作用前，分子内氢键的存在使得分子具有很强的荧光发射；当有铜离子存在时，探针分子的氢键被铜离子切断，铜离子与酚羟基上的氧和亚胺氮形成络合的铜离子，探针分子的荧光消失。因此，可以根据探针分子荧光强度的变化识别和定量检测铜离子。

更具体的检测方法如下：

1）配制荧光探针化合物I浓度为100 μmol/L的10% THF-H₂O（即V_（THF）/V_（水）=10/90）混合溶液，得到荧光探针分子的水分散溶液；

2）取一系列1-3mL的荧光探针分子的水分散溶液，分别加入10-30 μL不同浓度的铜离子（0, 0.5, 1, 2.5, 5, 10, 20, 50, 100 μmol/L），放置30~60分钟后，分别测量并计算出581 nm处的荧光强度，根据荧光强度与铜离子浓度的关系制作工作曲线；

3）取一系列1-3mL的荧光探针分子的水分散溶液，分别加入10-30 μL浓度为10^-2的 Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Li⁺, Mg²⁺, NH₄ ⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ , Pb²⁺, Co³⁺, Hg²⁺的水溶液，放置20~50分钟后，分别测量并记录581nm处的荧光强度，由此验证探针分子对铜离子的选择性。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明提供的荧光探针分子对铜离子的识别不仅灵敏，而且专一性强，荧光由强变弱，溶液从无色转变为黄色；且检测过程不受探针分子光漂白，仪器及环境因素的影响。

（2）本发明提供的荧光探针分子适用于含铜水溶液。

（3）本发明提供的荧光探针分子对铜离子的检测限低，可以达到微摩尔级。

附图说明

图1为本发明实施例2制备的比率荧光探针分子的水分散溶液，加入不同浓度铜离子后的荧光光谱图，自上而下的曲线代表铜离子浓度逐渐增加的探针溶液。

图2为本发明实施例3，380nm激发光激发下，分别加入20 μL的Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Li⁺, Mg²⁺, NH₄ ⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺, Co³⁺, Hg²⁺的水溶液，60 min后的荧光强度。

其中，图1中，横坐标表示波长（wavelength），纵坐标表示强度（intensity）。图2中，横坐标为不同的离子，纵坐标表示强度（intensity）。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明做进一步地详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

本发明所用仪器与试剂：

核磁共振仪：Bruker AV-II 500 MHz NMR，TMS为内标，CDCl₃为溶剂。

所用试剂均为市售化学纯或分析纯。

实施例1

本发明荧光探针的合成

本发明荧光探针的制备途径如下：

(1)中间体化合物2的制备

取化合物1、六次甲基四胺(HMTA)溶于三氟乙酸中，所述化合物1与HMTA物质的量之比为1:1，加热搅拌5小时，原料反应完毕后，减压旋蒸除去溶剂，粗产物用柱层析纯化得到黄色固体化合物2；

(2)荧光探针I的制备

取化合物2、质量分数为80%的水合肼溶于无水乙醇中，所述化合物2与水合肼物质的量之比为2:1，60 ^oC条件下搅拌2小时，固体完全析出，过滤，粗产物用无水乙醇重结晶，得到黄色针状化合物I；即式（I）所示的铜离子检测探针。

黄色固体，产率85%， IR (KBr ) cm^-1 3435, 1634, 1492, 1275, 698. 熔点大于300 ^oC. ¹H NMR (500 MHz, CDCl₃) δ11.27 (s, 2H), 8.36 (s, 2H), 7.14 – 6.96 (m,34H), 6.75 (d, J = 1.0 Hz, 2H). ¹³C NMR (125 MHz, CDCl₃) δ164.5, 158.3, 143.6,143.3, 140.9, 139.4, 136.7, 135.4, 131.4, 131.3, 128.0, 127.8, 127.7, 126.7,126.6, 126.5, 116.7, 116.5.

实施例2

比率荧光探针分子工作曲线

取2 mL配制好的比率荧光探针分子的水分散溶液，加入20μL不同浓度（0, 0.5, 1,2.5, 5, 10, 20, 50, 100 μmol/L）的硫酸铜水溶液，放置60min后，荧光光谱仪分别记录581nm处荧光强度的变化。以荧光强度为纵坐标，铜离子浓度为横坐标作图，拟合得到比率荧光探针分子的工作曲线。本实施例中比率荧光探针对铜离子浓度的测定，其在380nm激发光激发下，荧光强度随铜离子浓度变化的关系图如图1所示。

实施例3

荧光探针分子阳离子选择性测定

取2mL实施例2中配制好的比率荧光探针分子的水分散溶液，加入20μL浓度为0.01M的Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Li⁺, Mg²⁺, NH₄ ⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ , Pb²⁺, Co³⁺, Hg²⁺水溶液，放置60min后，荧光光谱仪分别记录581nm处荧光强度的变化。实验结果表明，除了铜离子以外，其它粒子没有引起荧光的明显变化，说明本发明的探针分子具有很好的选择性。本实施例中荧光探针分子选择性测定，其在380nm激发光激发下，荧光强度随铜离子浓度变化的关系图如图2所示。

Claims

1.一种基于聚集诱导发光的铜离子检测探针，其特征在于，具有式（I）所示的结构：

（I）。

2.权利要求1所述的一种基于聚集诱导发光的铜离子检测探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)中间体化合物2的制备

(2)荧光探针I的制备

3.根据权利要求2所述的基于聚集诱导发光的铜离子检测探针的制备方法，其特征在于步骤（1）中，化合物1和HMTA的物质的量之比为1:1。

4.根据权利要求1所述的基于聚集诱导发光的铜离子检测探针的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的溶剂为三氟乙酸。

5.根据权利要求2所述的基于聚集诱导发光的铜离子检测探针的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，化合物2和水合肼的物质的量之比为2:1。

6.根据权利要求2所述的基于聚集诱导发光的铜离子检测探针的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，搅拌温度为60 ^oC。

7.权利要求1所述的铜离子检测探针在铜离子检测中的应用。

8.根据权利要求7所述的铜离子检测探针在铜离子检测中的应用，其特征在于，包括如下步骤：

配制荧光探针化合物I的四氢呋喃-水混合溶液，浓度为100 μmol/L，制成标准溶剂，然后用制成的标准溶剂配制成铜离子浓度分别为0、0.5、1、2.5、5、7.5、10、20、50、100 μmol/L的铜离子标准溶液，放置30~60分钟后，在激发波长380nm，发射波长581nm处分别测定不同铜离子浓度时的荧光强度，做成标准曲线，拟合确定荧光强度与铜离子浓度的函数关系，然后据此测定待测溶液的铜离子浓度。