CN107253957B - 含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明铝离子荧光探针及其制备方法和应用 - Google Patents

含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明铝离子荧光探针及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明铝离子荧光探针及其制备方法和应用，所述的荧光探针Rh‑Al的结构通式如(Ⅰ)所示。该荧光探针表现出了较好的铝离子选择性和抗其他金属离子干扰性；在pH 6.0‑13.0范围内荧光光谱不受pH影响；该探针呈现出对水体中铝离子的高灵敏检测，检测限达到4nM。此外，探针在对水体中铝离子的检测过程中呈现出明显的颜色变化，当加入6.0×10‑7mol/L铝离子后，探针溶液颜色由无色变为淡粉色，随着铝离子浓度的增大，溶液颜色不断加深，最终变为深红色。在检测环境水体中铝离子的过程中，该探针颜色变化明显，使其成为快速高灵敏的检测铝离子的有效试剂和工具。

Description

含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明铝离子荧光探针及其制备方法 和应用
技术领域
本发明涉及荧光探针领域，具体的涉及一类含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明铝离子荧光探针及其对水体和生物体中的铝离子检测的应用。
背景技术
据文献报道，目前世界上40％的酸性土壤是受铝离子污染所致，铝离子不但能够抑制植物的生长和发育，而且还会严重影响淡水中鱼的生长和发育。近些年来，人们发现铝离子可在人体内蓄积并能产生慢性毒性，尤其是对人体中枢神经系统有很大的毒性，过多地摄取会导致了很多人体疾病例如：帕金森疾病、老年痴呆疾病等。我国卫生部2006年颁发的《生活饮用水卫生标准》中将铝列为饮用水水质控制指标之一，并明确规定饮用水中铝质量浓度不得高于0.2mg/L，因此，目前急需高选择性高灵敏度的铝离子的荧光探针，并对水体和生物体内铝离子进行实时原位的检测。
发明内容
本发明提供一类含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明铝离子荧光探针，该罗丹明荧光探针可以快速响应、高灵敏度检测水体和细胞内的铝离子。
本发明采用的技术方案是：
含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明铝离子荧光探针，所述的荧光探针是Rh-Al，Rh-Al荧光探针的结构通式如(I)所示：
其中，
R1＝R2＝R3＝R4＝H；
或R1＝R4＝H，R2＝-CH2CH3，R3＝-CH3；
或R1＝R2＝-CH3，R3＝R4＝H；
或R1＝R2＝-CH2CH3，R3＝R4＝H；
或R1＝R4＝-(CH2)3-，R2＝R3＝-(CH2)3-。
上述含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明铝离子荧光探针的制备方法，包括如下步骤：将罗丹明类化合物与三氯氧磷加入到1,2-二氯乙烷中，加热回流反应3-5小时，冷却至室温后，加入甘氨酸甲酯的乙腈溶液和三乙胺，室温下搅拌24小时，反应液用二氯甲烷萃取，取下层液，干燥，经硅胶柱层析提纯，得到白色固体；将所得白色固体溶于甲醇中，再加入水合肼，室温反应12小时，得到目标产物Rh-Al荧光探针，制备反应式如下，
优选地，所述罗丹明类化合物为罗丹明B、罗丹明6G、四甲基罗丹明TMR、罗丹明110或罗丹明101。
优选的，按摩尔比，罗丹明类化合物:三氯氧磷:甘氨酸甲酯:水合肼＝1:(3-6):1:(10-50)。
本发明还提供含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明铝离子荧光探针在检测环境水体中铝离子的应用。方法如下：调节含有铝离子的水体的pH为2.5-13，加入上述的荧光探针。
本发明还提供含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明铝离子荧光探针在检测活细胞中铝离子的应用。方法如下：向含有活细胞的培养皿中，加入上述的荧光探针的二甲基亚砜溶液，与细胞培养液混合均匀，染色5min后，用pH＝7.4的磷酸盐缓冲溶液进行清洗，于共聚焦显微镜下进行观察所述活细胞为Hela细胞株、MCF-7细胞株或RAW264.7细胞株。
本发明的有益效果是：
①本发明的荧光探针分子能够快速的高灵敏的检测水体中或活细胞内的铝离子。该荧光探针表现出了较好的铝离子选择性和抗其他金属离子干扰性；在pH 6.0-13.0范围内荧光光谱不受pH影响；该探针呈现出对水体中铝离子的高灵敏检测，检测限达到4nM；铝离子与探针的络合常数为3.2×106M，表明探针与铝离子具有较强的结合能力，而且探针与铝离子的结合是可逆的。此外，探针在对水体中铝离子的检测过程中呈现出明显的颜色变化，当加入6.0×10-7mol/L铝离子后，探针溶液颜色由无色变为淡粉色，随着铝离子浓度的增大，溶液颜色不断加深，最终变为深红色。
②本发明的荧光探针分子能够进入活细胞内，Al3+响应迅速，具有较高的灵敏度，能够对其中的铝离子进行在线实时的检测；显微成像实验还表明这类探针具有较好的细胞通透性、较好的稳定性、较好的溶解性和生物兼容性，能够对细胞内的铝离子的分布进行显微成像。
附图说明
图1是实施例1制备的荧光探针RhB-Al在不同pH下的吸收光谱。
图2是实施例1制备的荧光探针RhB-Al在不同pH下的荧光光谱。
图3是实施例1制备的荧光探针RhB-Al吸收光谱对金属离子的选择性。
图4是实施例1制备的荧光探针RhB-Al荧光光谱对金属离子的选择性。
图5是实施例1制备的荧光探针RhB-Al对铝离子的荧光滴定光谱。
图6是实施例1制备的荧光探针RhB-Al与铝离子检测限。
图7是实施例1制备的荧光探针RhB-Al对水体中铝离子检测的照片。
图8是实施例1制备的荧光探针RhB-Al对Hela细胞内铝离子检测的照片。
具体实施方法
实施例1含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明B铝离子荧光探针RhB-Al
制备反应式如下：
将1摩尔的罗丹明B与5摩尔的POCl3加入到干燥的1,2-二氯乙烷中，加热回流反应3-5小时，冷却至室温后，加入含1摩尔甘氨酸甲酯的乙腈溶液和3摩尔的三乙胺，室温下搅拌24小时，反应液用二氯甲烷萃取，取下层液，再用无水硫酸镁干燥，经硅胶柱层析提纯，得到白色固体。将该白色固体溶于甲醇中，再加入50摩尔的水合肼，室温反应12小时，得到目标产物RhB-Al荧光探针。HRMS：513.2700。
实施例2含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明6G铝离子荧光探针Rh6G-Al
将1摩尔罗丹明6G与3摩尔POCl3加入到干燥的1,2-二氯乙烷中，加热回流反应3-5小时，冷却至室温后，加入含1摩尔甘氨酸甲酯的乙腈溶液和3摩尔的三乙胺，室温下搅拌24小时，反应液用二氯甲烷萃取，取下层液，再用无水硫酸镁干燥，经硅胶柱层析提纯，得到白色固体。将该白色固体溶于甲醇中，40摩尔的水合肼，室温反应12小时，得到目标产物Rh6G-Al荧光探针。HRMS：485.2414
实施例3含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明TMR铝离子荧光探针TMR-Al
将1摩尔的四甲基罗丹明TMR与5.5摩尔的POCl3加入到干燥的1,2-二氯乙烷中，加热回流反应3-5小时，冷却至室温后，加入含1摩尔甘氨酸甲酯的乙腈溶液和3摩尔的三乙胺，室温下搅拌24小时，反应液用二氯甲烷萃取，取下层液，再用无水硫酸镁干燥，经硅胶柱层析提纯，得到白色固体。将该白色固体溶于甲醇中，30摩尔的水合肼，室温反应12小时，得到目标产物TMR-Al荧光探针。HRMS：457.2112
实施例4含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明110铝离子荧光探针Rh110-Al
将1摩尔的罗丹明110与6摩尔的POCl3加入到干燥的1，2-二氯乙烷中，加热回流反应3-5小时，冷却至室温后，加入含1摩尔甘氨酸甲酯的乙腈溶液和3摩尔的三乙胺，室温下搅拌24小时，反应液用二氯甲烷萃取，取下层液，再用无水硫酸镁干燥，经硅胶柱层析提纯，得到白色固体。将该白色固体溶于甲醇中，20摩尔的水合肼，室温反应12小时，得到目标产物Rh-pH4荧光探针。HRMS：401.1464
实施例5含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明101铝离子荧光探针Rh101-Al
将1摩尔的罗丹明101与4摩尔的POCl3加入到干燥的1，2-二氯乙烷中，加热回流反应3-5小时，冷却至室温后，加入含1摩尔甘氨酸甲酯的乙腈溶液和3摩尔的三乙胺，室温下搅拌24小时，反应液用二氯甲烷萃取，取下层液，再用无水硫酸镁干燥，经硅胶柱层析提纯，得到白色固体。将该白色固体溶于甲醇中，10摩尔的水合肼，室温反应12小时，得到目标产物Rh101-Al荧光探针。HRMS：561.2751
实施例6应用试验
本应用试验采用实施例1制备的RhB-Al荧光探针进行。
[1]荧光光谱的测定。配制浓度为2×10-5mol/L的含有60％乙腈的RhB-Al探针水溶液，该探针溶液分别用氢氧化钠和盐酸调节pH，分别制备pH范围在2.5-13不同pH值的溶液，分别测试吸收和荧光光谱，选取最大吸收和最大荧光强度对pH作图，如图1和图2所示，图1和图2中每个点分别代表不同pH值的最大吸收和最大荧光强度，结果表明，随着pH值的降低，荧光强度不断增强。探针在pH处于6.0～13范围内不敏感。
[2]金属离子选择性测定。分别配制浓度为2×10-5mol/L的含有60％乙腈的RhB-Al探针水溶液，调节pH为6.5。向该溶液中分别加入金属盐的量为探针摩尔量的100倍，进行吸收光谱和荧光光谱测定。如图3和4所示。结果显示，除铝离子外，其他金属离子对探针的吸收与荧光光谱没有影响，即此探针表现出较好的铝离子选择性。
[3]铝离子荧光滴定。探针RhB-Al在pH为6.5的缓冲溶液中，加入不同量的金属铝离子，分别进行荧光光谱测定。图5表明，当加入的铝离子浓度为6×10-7mol/L时，该探针的荧光即明显增强，探针表现出了较高的灵敏度。如图6所示，对滴定数据进行处理，通过计算得出探针的检测限达到4nM，探针与铝离子的络合常数为3.2×106M。
[4]水体中铝离子的检测。将探针分别加入到含有不同金属离子的水溶液中，吸收呈现出现粉红色并且荧光呈现红色强荧光的水溶液中含有铝离子，如图7所示。
[5]荧光显微成像。向含有活细胞为Hela细胞株或线虫的培养皿中，加入浓度为2×10-5M的RhB-Al的二甲基亚砜溶液，与细胞培养液混合均匀，染色5min后，用pH＝7.4的磷酸盐缓冲溶液进行清洗三次，再加入2×10-5M的铝离子溶液，最后将该培养皿置于共聚焦显微镜下进行观察。实验结果发现，染有RhB-Al的Hela细胞中呈现出明显的荧光，如图8所示，实验结果表明，RhB-Al具有较好的细胞通透性、较好的稳定性、较好的溶解性和生物兼容性，能够对细胞内的铝离子的分布进行显微成像。

Claims (5)

1.含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明铝离子荧光探针，其特征在于，所述荧光探针为RhB-Al，结构式如下所示：
2.权利要求1所述的含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明铝离子荧光探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将罗丹明B与三氯氧磷加入到1,2-二氯乙烷中，加热回流反应3-5小时，冷却至室温后，加入甘氨酸甲酯的乙腈溶液和三乙胺，室温下搅拌，反应液用二氯甲烷萃取，取下层液，干燥，经硅胶柱层析提纯，得到白色固体；将所得白色固体溶于甲醇中，再加入水合肼，室温反应，得到目标产物。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，按摩尔比，罗丹明B:三氯氧磷:甘氨酸甲酯:水合肼＝1:(3-6):1:(10-50)。
4.权利要求1所述的含有甘氨酸酰肼结构的罗丹明铝离子荧光探针在检测环境水体中铝离子的应用。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，方法如下：调节含有铝离子的水体的pH为2.5-13，加入权利要求1所述的荧光探针。
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