CN108485651A

CN108485651A - 一种用于检测多巴胺和Fe3+离子的双功能荧光小分子探针

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Publication number: CN108485651A
Application number: CN201810263049.4A
Authority: CN
Inventors: 聂晨; 张昊; 关瑞芳
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2018-09-04
Anticipated expiration: 2038-03-28
Also published as: CN108485651B

Abstract

本发明公开了一种用于多巴胺和Fe³⁺离子的双功能荧光小分子探针，所述荧光小分子探针为不含传统荧光发色团的二乙胺乙酸盐。该荧光小分子探针具有优良的荧光性能和水溶性，可以通过改变激发波长来控制不同发射峰的离子选择性，分别实现水相中对多巴胺和Fe³⁺的荧光增强和荧光减弱识别；通过滴定实验测试该小分子探针的检测限和灵敏度较高，可以实现多巴胺和Fe³⁺浓度的定量检测。另外，本发明中的荧光小分子探针不仅合成方法简单，而且使用方法简易，测试效率高。

Description

一种用于检测多巴胺和Fe3+离子的双功能荧光小分子探针

技术领域

本发明涉及荧光探针领域。更具体地，涉及一种能够分别识别和检测多巴胺和Fe³⁺的小分子荧光探针及其合成方法。

背景技术

多巴胺（DA⁺）是一种重要的神经信息传递物质，引发精神分裂症和帕金森氏症的主要原因就是脑内多巴胺含量的偏高或偏低。目前，测定多巴胺的方法有电化学法、色谱法和光谱法，这些方法中虽然有的灵敏度较佳、选择性较好，但是检测成本高，检测操作复杂等不利因素限制了其使用范围，对于多巴胺的快速定量检测仍是一种挑战。因此，建立快速、灵敏、高选择、可靠的多巴胺分析方法对于神经生理学研究、疾病诊断及相关药物的质量控制均有重要意义。同样，生物体内游离态Fe³⁺的含量也与人类的健康和疾病密切相关，对铁离子进行有效且准确及时的检测也相当重要。若能设计一种荧光探针可以同时实现DA⁺和Fe³⁺的识别与含量的检测，将会大大地提高检测效率和成本。

二乙胺乙酸盐是一种常见的精细化学品，通常用于医药或材料的中间体。因为其分子结构中不含传统荧光发色团，目前未见其有利用其荧光性质的报道。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供了一种利用不含典型荧光基团的荧光羧酸铵盐在不同发射波长下分别对DA⁺和Fe³⁺进行识别和定量检测的方法，并提供了其制备方法。

本发明提供了一种DA⁺和Fe³⁺荧光小分子探针，所述荧光探针为二乙胺乙酸盐，其结构如下所示：

本发明提供了所述小分子荧光探针的合成方法，包括以下步骤：

a）二乙胺和乙酸在有机溶剂中反应，得到二乙胺乙酸盐混合物的反应液。

b）反应液后处理得到小分子荧光探针。

优选地，步骤a）所述有机溶剂为无水乙醇（色谱纯）。

优选地，步骤a）所述二乙胺和乙酸的摩尔比为1~1.2:1，该比例下反应完全。

优选地，步骤a）所述反应为中和反应，所述反应温度为0℃~5℃，所述反应时间为5h。

优选地，步骤b）具体包括

b1）对所述反应液用正己烷析出二乙胺乙酸盐，得到固液混合物。

b2）对固液混合物进行过滤，用正己烷多次洗涤，干燥，得到式（1）结构的小分子荧光化合物。

所述小分子荧光探针的合成路线如下：

本发明提供了上述小分子荧光探针用于识别DA⁺和Fe³⁺的使用方法，包含以下步骤：

步骤一、用二乙胺乙酸盐和去离子水配制成3mL混合溶液，形成荧光小分子探针总体系，所述荧光小分子探针总体系浓度为10mM，混合溶液pH呈中性。

步骤二、利用该荧光小分子探针具有两个激发波长的特点，向总体系中加入一定浓度多巴胺盐酸盐溶液（DA⁺）进行荧光检测，以284nm荧光激发，记录294nm～550nm的荧光信号。

步骤三、向总体系中加入一定浓度Fe³⁺进行荧光检测，以337nm荧光激发，记录347nm～600nm的荧光信号。

本发明还提供了上述小分子荧光探针应用于DA⁺和Fe³⁺浓度的检测及灵敏性测试。

本发明的有益效果：

1、该荧光小分子探针合成方法简单、收率高且成本低，具有良好的推广应用前景。

2、该荧光小分子探针易溶于水，可以实现水相中DA⁺和Fe³⁺的识别与检测。

3、通过改变荧光小分子探针激发波长来控制不同发射峰的离子选择性，实现对DA⁺和Fe³⁺两种不同物质的荧光增强和荧光减弱识别，既可以节省检测费用，又节省检测时间。

4、该荧光小分子探针具有仲胺结构，在不同发射峰位分别实现对DA⁺和Fe³⁺浓度的检测，检测限和灵敏度都较高。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施过程作进一步详细的描述。

图1是荧光小分子探针的氢谱图。

图2是荧光小分子探针的紫外-可见光吸收光谱、最佳激发和发射荧光光谱。

图3是以激发波长为284nm激发得到荧光探针对DA⁺选择性识别的荧光发射光谱图。

图4是以激发波长为337nm激发得到荧光探针对Fe³⁺选择性识别的荧光发射光谱图。

图5是荧光小分子探针在不同浓度DA⁺存在下的荧光发射光谱图。

图6是荧光小分子探针在不同浓度DA⁺存在下的荧光发射强度变化图。

图7是荧光小分子探针对DA⁺的检测限计算图。

图8是荧光小分子探针在不同浓度Fe³⁺存在下的荧光发射光谱图。

图9是荧光小分子探针在不同浓度Fe³⁺存在下的荧光发射强度变化图。

图10是荧光小分子探针对Fe³⁺的检测限计算图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案、应用及优点表述清楚，以下实施例结合附图对本发明的细节做进一步说明，但不限于此。

实施例1

二乙胺乙酸盐的制备：

在冰浴、氮气保护下，先将0.95mL乙酸溶于10mL无水乙醇中，然后边搅拌边缓慢滴加1.72mL过量二乙胺，反应搅拌5h，得到主要成分为二乙胺乙酸盐混合物的乙醇溶液。低温下用水相减压旋蒸将二乙胺乙酸盐混合物的乙醇溶液浓缩至原体积的一半，加入适量正己烷将二乙胺乙酸盐析出并过滤，得到淡黄色固体，用正己烷多次洗涤除去多余二乙胺，然后继续旋蒸直至得到纯净干燥的二乙胺乙酸盐固体。

实施例2

对实施例1合成的二乙胺乙酸盐进行核磁共振氢谱分析（图1），结果为1H NMR (400MHz,DMSO ) δ 10.73 (s,2H),4.97 (s,3H), 4.01(s,4H), 3.33(s,6H)。

实施例3

通过对二乙胺乙酸盐荧光量子产率、紫外-可见光吸收、最佳激发波长和最佳发射波长的测定，发现其具有优异的荧光性能，具体描述如下：

在室温下，以硫酸奎宁(φ=0.54）为参比物测定了二乙胺乙酸盐的相对荧光量子产率，通过测量二乙胺乙酸盐和参比物质所配稀溶液的积分荧光强度和该激发波长入射光的吸光度，计算得到二乙胺乙酸盐的相对荧光量子产率为2.0%。图2为二乙胺乙酸盐的吸收光谱、激发光谱和发射光谱。二乙胺乙酸盐的最佳激发波长有两个，分别为284nm和337nm，以284nm荧光激发得到的发射峰在314nm和396nm，而以337nm荧光激发，401nm处荧光强度最高。

实施例4

荧光小分子探针二乙胺乙酸盐对DA⁺的选择性测试如下步骤进行：

（1）用实施例1中合成的二乙胺乙酸盐固体和去离子水配制成3mL水溶液，形成荧光小分子探针总体系，所述总体系浓度为10mM。

（2）为排除其他金属离子对DA⁺胺选择性测试可能存在的干扰，分别取2mL二乙胺乙酸盐水溶液置于荧光石英比色皿中，依次加入20µL的金属离子（Al³⁺，Br²⁺，Co²⁺，Cu²⁺，Fe³ ⁺，Hg²⁺，K⁺，Ni²⁺，Zn²⁺，I^-，Na⁺）并混合均匀，使用荧光分光光度计测定荧光发射光谱，以284nm荧光激发，检测294nm～550nm范围内的荧光发射强度。图3结果表明，荧光探针总体系中加入金属离子Al³⁺，Br²⁺，Co²⁺，Cu²⁺，Fe³⁺，Hg²⁺，K⁺，Ni²⁺，Zn²⁺，I^-，Na⁺后，发射峰314nm处的荧光强度几乎未发生改变。而20µL DA⁺的加入使314nm处发射峰迅速升高，变化十分明显。

实施例5

荧光小分子探针二乙胺乙酸盐对Fe³⁺的选择性测试如下步骤进行：

待测溶液配制同实施4，同样为排除其他干扰离子对Fe³⁺选择性识别可能存在的干扰，向待测溶液中依次加入20µL的金属离子（Al³⁺，Br²⁺，Co²⁺，Cu²⁺，Hg²⁺，DA⁺，K⁺，Ni²⁺，Zn²⁺，I^-，Na⁺）并混合均匀作为待测溶液，以337nm荧光激发，测定347nm～600nm范围内的荧光发射强度。图4结果显示，相比其他离子，Fe³⁺的加入对401nm处发射峰具有猝灭作用。测试结果说明，实施例1制备的荧光小分子探针对Fe³⁺有着非常高的选择性。

实施例6

荧光小分子探针对DA⁺的灵敏度测试：

（1）荧光小分子探针水溶液的配制同实施例4，该溶液作为检测反应总体系。向总体系中逐渐滴加DA⁺，使其浓度分别达到5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，62.5，75，100，125，150 （µM）。以284nm为荧光激发波长，294～550nm检测荧光，如图5所示，随DA⁺浓度的增大，314nm处荧光强度呈递增趋势。由图6可知，当DA⁺浓度增大至75µM时，荧光强度达到饱和，基本保持不变。图7显示在314nm荧光发射处，滴加DA⁺浓度小于50µM的溶液的相对荧光强度(I-I₀)/I₀与DA⁺浓度的关系，两者线性关系较好（R²=0.99078），拟合的线性方程为y=0.36168x-0.49447，这说明该荧光探针对DA⁺具有较好的传感性质，可实现DA⁺定量检测。

（2）同时使用检测限的计算公式：Detection limit＝3σ/k，其中，Detectionlimit为检测限，σ为标准方差，k为斜率。计算得出DA⁺的检测限为4.41 mM。

实施例7

荧光小分子探针对Fe³⁺的灵敏度测试：

（1）同实施例6 (1)，向总体系中滴加Fe³⁺，使其浓度分别达到0.05，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30，0.35，0.40，0.45，0.50，0.55，0.60，0.65，0.70，0.75，0.80 （mM）。如图8以337nm激发，347nm～600nm检测荧光发射光谱，图9显示401nm处荧光强度变化趋势，而图10表明Fe³⁺浓度低于0.40mM时，其对应相对荧光强度 (I-I₀)/I₀与Fe³⁺浓度呈较好线性关系（R²=0.9913），线性方程为y=1.32238x+0.07746。

（2）同实施例6 (2)，计算得出Fe³⁺检测线为3.9 mM。这说明该荧光探针对Fe³⁺灵敏性较高，可实现Fe³⁺定量检测。

Claims

1.一种用于检测多巴胺和Fe³⁺双功能荧光小分子探针，其特征在于：所述荧光探针为二乙胺乙酸盐。

2.根据权利要求1所述的用于检测多巴胺和Fe³⁺双功能荧光小分子探针，其特征在于荧光小分子探针可在水相中分别识别多巴胺和Fe³⁺。

3.根据权利要求1所述的用于检测多巴胺和Fe³⁺双功能荧光小分子探针，其特征在于水相检测体系的pH为6~8。

4.根据权利要求1所述的用于检测多巴胺的荧光小分子探针，其特征在于以284nm紫外光荧光激发，记录发射峰314nm处的强度变化，计算检测限，实现多巴胺含量的测定。

5.根据权利要求1所述的用于检测Fe³⁺的荧光小分子探针，其特征在于以337nm紫外光激发，记录发射峰401nm处的强度变化，计算检测限，实现Fe³⁺含量的测定。

6.一种用于检测多巴胺和Fe³⁺双功能荧光小分子探针，其特征在于，制备方法包括步骤如下：

步骤一、在冰浴、氮气保护下，先将乙酸溶于乙醇中，然后边搅拌边缓慢滴加过量二乙胺，反应搅拌5h，得到主要成分为二乙胺乙酸盐混合物的乙醇溶液；

步骤二、低温下将二乙胺乙酸盐混合物的乙醇溶液蒸发至原体积的一半，加入适量正己烷将二乙胺乙酸盐析出并过滤，得到淡黄色固体；

步骤三、多次洗涤淡黄色产物除去过量的二乙胺，然后干燥得到二乙胺乙酸盐固体。

7.根据权利要求6所述的用于检测多巴胺和Fe³⁺双功能荧光小分子探针的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的二乙胺和乙酸的摩尔比为1~1.2:1。

8.根据权利要求6所述的用于检测多巴胺和Fe³⁺双功能荧光小分子探针的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的洗涤剂为正己烷。