CN108467400A - 检测金属离子Sn2+的探针分子设计、合成及应用 - Google Patents

Abstract

本发明以罗丹明为发光基团设计合成了可用于检测Sn²⁺的探针分子。在设定的检测条件下，探针对浓度在5μM‑40μM范围内的Sn²⁺有很好的线性关系，其线性回归系数达到0.998。Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、Ag⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、Ba²⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Cr³⁺、Cd²⁺、Fe³⁺、Se²⁺等阳离子对探针检测Sn²⁺均无干扰。细胞实验结果表明，探针也同样适用于生物科学的研究及应用。

Description

检测金属离子Sn2+的探针分子设计、合成及应用

技术领域

本发明涉及可用于Sn²⁺检测的探针分子设计、合成与应用，属于化学与环境技术领域。

背景技术

锡是人体必需的微量元素，但摄入过量会对人体机能造成严重伤害。锡可以随着食物链或者环境暴露的方式进入人体，对人的健康造成直接或间接的伤害；而且环境水体中的锡还会与有机物结合，形成具有更强毒性的有机锡化合物，严重危害人体健康。据报道常见的有机锡为三羟基锡化物具有较高的毒性，可引起生物体内的神经系统异常，抑制脑细胞线粒体的氧化磷酸化，最终对神经中枢神经遭到严重损害。所以在废水排放时检测锡的浓度，严格控制锡的排放至关重要。

近年来，随着人们对环境污染和人体健康的关注越来越高，许多检测人员开始对水、大气、食品等中的锡浓度进行检测。传统的检测方法有离子色谱、电化学、电感耦合等离子体原子发射光谱、火焰原子吸收光谱等方法。但这些方法价格昂贵，无法实现现场分析，更加难以实现活体定位分析。基于此，我们以罗丹明为荧光物质设计合成了一种方便快速，高选择性与敏感性，可用于活体分析的二价锡离子荧光探针。

发明内容：

本发明的目的是研发可用于快速检测二价锡离子的荧光探针分子及分析方法。

本发明所设计的分子具有以下特征：结构通式中，X＝O，S，Se，N，CH₂，n＝1-5，主要用于检测饮用水中污染的金属离子Sn²⁺含量，同时也可用于活细胞中的Sn²⁺的检测。

其制备特征是：

其中，R₁＝

本发明揭示出所设计的化合物探针既可用于一般水环境中二价锡离子的快速检测，也可用于细胞中Sn²⁺的检测。探针适用的最佳测试范围为：pH在6-8之间；在有机溶剂甲醇和水一定比例混合溶剂中，荧光信号在30min即能达到荧光峰值，且持续时间长。Ca²⁺、Na⁺、 Mg²⁺、Ag⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、Ba²⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Cr³⁺、Cd²⁺、Fe³⁺等阳离子对Sn²⁺检测均无干扰。所设计合成的Sn²⁺探针在肉眼可见颜色变化下的最低浓度值为5μM，在荧光分光光度计下最低检测浓度为3.15μM，且当Sn²⁺在5μM-40μM的浓度范围内具有很好的线性关系， y＝15.493x-15.624(R²＝0.998)。Job’s plot实验和EDTA竞争结合实验发现探针和Sn²⁺以1:1的方式结合，且这种结合是可逆的。

附图说明：

图1：探针的合成路线

图2：探针的适用范围条件筛选

图3：在0-40μM的Sn²⁺存在下，探针(50μM)的荧光光谱及荧光强度的变化

图4：在常见阳离子(200μM)存在下，探针2(50μM)对Sn²⁺(50μM)的选择性

具体实施实例：

一、合成路线如图1所示，由具备专业知识的人员完成。

二、所有的生物实验都按规范的、已知的流程操作，实验细胞由刘思金课题组赠送，各相关参数是在中国科学院生态环境研究中心毒理学实验室完成的。

1.探针合成路线：如图1所示。其中中间体1005和通式I的合成中有机碱试剂可以为1-羟基苯并三唑，4-二甲氨基吡啶，吡啶，三乙胺，四甲基乙二胺，二异丙基乙基胺，1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯等；溶剂可为二甲基亚砜、乙醇、甲醇、二氯甲烷、三氯甲烷、过饱和碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸钠等。

具体操作如下：

探针分子的合成：在上述溶剂中加入1-10g罗丹明B(化合物1001)，放入磁子搅拌；然后将上述有机碱加入到反应体系当中，加入完毕后反应回流加热12-28h，旋蒸除去溶剂；将得到的粘稠物体用20-50ml水溶解，加入溶剂萃取；得到的有机相经过洗涤、烘干后得到粉红色固体粉末。称取300-600mg 1005粉末溶解于10-15ml上述溶剂中，加磁子搅拌；在冰水条件下加1-5ml上述有机碱；另取一个圆底烧瓶加10-25ml溶剂，加0-5ml上述有机碱，然后加1-5ml的R₁。0-4h以后点板检测，旋干，加入上述溶剂萃取；将得到的有机相加上述溶剂搅拌过夜；合并有机相，用干燥，旋止1/3-2/3体积，过柱。产品为黄色粉末固体。

2.适用范围条件筛选：在甲醇：超纯水＝1:1，用pH计调pH分别为4、5、6、7、8、9、10后加入50μM探针分子，用荧光分光光度计测试荧光发射光谱，发现在6-10范围内探针没有破坏荧光基团。然后在6-10范围内的溶液里继续加入Sn²⁺后发现在6-8范围内荧光光谱较强，可用于检测Sn²⁺。然后配置甲醇比例为0％、10％、30％、50％、70％、100％的配比，用pH计调pH至7.2，依次加入探针分子(50μM)和Sn²⁺(50μM)，用荧光分光光度计检测荧光光谱，发现在甲醇大于50％时荧光信号较强，均可以用于检测Sn²⁺。最后在甲醇：超纯水＝1:1，pH＝7.2，探针(50μM)和Sn²⁺(50μM)时用荧光分光光度计时间扫描荧光光谱。 3.敏感性与选择性检测：在上述2的条件(甲醇：超纯水＝1:1，pH＝7.2，C(探针)＝50μM) 下，Sn²⁺浓度在0-40μM变化时，用荧光分光光度计扫描光谱(图3)。在上述2的条件(甲醇：超纯水＝1:1，pH＝7.2，C(Sn²⁺)＝C(探针)＝50μM)下，分别加入Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、 Ag⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、Ba²⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Cr³⁺、Cd²⁺、Fe³⁺等离子，扫描荧光光谱(图2)。

4.结合机理探讨：在上述2的条件(甲醇：超纯水＝1:1，pH＝7.2)下，使得C(Sn²⁺)+C(探针)＝ 50μM，用荧光分光光度计测荧光光谱。在同样条件下，加入探针分子，观察溶液颜色为无色，加入Sn²⁺后，溶液颜色由无色变为粉红色，再逐渐加入EDTA，溶液由粉色变为无色，再加入Sn²⁺，溶液又由无色变为粉红。由此得出：探针和Sn²⁺以螯合的方式结合，结合比为 1:1。

5.生物上的应用：在高糖DMEM+10％FBS+1％P/S条件下，将HepG2细胞培养至90％，种板，待密度长至合适密度时加探针孵育，弃原培养基，PBS洗3遍，然后加入Sn²⁺孵育2h。70％乙醇固定后用激光扫描共聚焦显微镜拍照。结果表明，在对照组没有任何荧光，在只加探针组有荧光，但较少且荧光信号较弱，在加探针的Sn²⁺组荧光明亮且多。

Claims (4)

1.本发明涉及一种锡离子(Sn²⁺)检测的新型荧光探针分子的设计与合成开发，其具有下列结构通式，且X＝O，S，Se，N，CH₂，n＝1-5，主要用于检测饮用水中污染的金属离子Sn²⁺含量，同时也可用于活细胞中的Sn²⁺的检测。

2.根据权利要求1中的化合物，其制备特征是：

其中，n＝1-5

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，中间体1005和通式I的合成中有机碱试剂可以为1-羟基苯并三唑，4-二甲氨基吡啶，吡啶，三乙胺，四甲基乙二胺，二异丙基乙基胺，1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯等。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，中间体1005和通式I的合成溶剂可为二甲基亚砜、乙醇、甲醇、二氯甲烷、三氯甲烷、过饱和碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸钠等。