CN108715760A - 一种检测粘度的荧光探针及其合成方法和应用 - Google Patents

一种检测粘度的荧光探针及其合成方法和应用 Download PDF

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Abstract

一种检测粘度的荧光探针，其结构式为：；其中，R为‑H或。上述荧光探针在检测溶液、细胞中粘度的应用。本发明的粘度荧光探针合成简便，且后处理过程简单；能够实现对粘度检测的高灵敏性。本发明是一种简单，快速，灵敏的粘度特异性检测试剂，在生物分子检测领域具有广阔的应用前景。

Description

一种检测粘度的荧光探针及其合成方法和应用
技术领域
本发明涉及一种粘度荧光探针及其应用，属于有机小分子荧光探针领域。
背景技术
粘度是衡量一种浓稠流体的流动性和扩散性的主要因素, 同时是流体扩散速率的主要参考指标。微环境的粘度在病理学研究中起到非常重要的作用，因为粘度的变化往往会影响细胞微环境中各种新陈代谢的进行。从细胞生物力学的角度看，细胞结构可以分为细胞质，细胞膜和细胞骨架。其中细胞骨架被认为是刚性的结构，而细胞膜和细胞质则具有一定的粘弹性。当细胞处于病理状态时，细胞内粘度就会发生变化。所以粘度就是衡量这种粘弹性的参考指标。粘度极大地影响细胞质内物质和信号的运输，生物大分子之间的相互作用，以及活性代谢产生的ROS和RNS在细胞水平上的扩散。细胞内的粘度在生物系统中起着非常重要的作用。因此，量化细胞内粘度十分重要。
针对现有技术中粘度荧光探针少、合成步骤繁琐、成本高且荧光背景高等问题，本发明提供一种合成简便、背景低，响应倍数高的粘度荧光探针。
发明内容
针对现有技术中粘度荧光探针的问题，本发明提供一种检测溶液和细胞粘度的荧光探针；本发明还提供了上述荧光探针的制备方法和在检测粘度中的用途。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种检测粘度的荧光探针，其结构式如式（I）所示：
式(I)；
其中，R为-H或。
一种上述荧光探针的合成方法，包括以下步骤：
（1）保护气氛下，将化合物1与化合物2在乙醇中加热回流反应：
；
其中，R为-H或；
R1为-H或-CHO。
（2）反应结束后，冷至室温，用乙醚洗三次，然后以二氯甲烷-甲醇混合溶剂为淋洗剂过硅胶层析柱，再除去淋洗剂，获得固体，即荧光探针。
步骤（1）中，所述化合物1与化合物2的摩尔比为1:1.5-3。
步骤（2）中，所述淋洗剂中二氯甲烷和甲醇的体积比为10-20:1。
一种上述荧光探针在检测溶液、细胞中粘度的应用。
本荧光探针的检测机理如下：
用于粘度研究的扭曲内部电荷转移（TICT）荧光团具有两种竞争关系的去激活途径：荧光发射和非辐射跃迁。由于TICT的形成具有粘度依赖性，分子转子的发射强度取决于溶剂的粘度。分子内旋转是TICT分子的一种特征，扭曲分子内电荷转移状态的零振动能级的发射被禁止，导致TICT发射通常较弱的并且背景信号较低，从而有利于设计具有高检测灵敏度的turn-on型荧光探针。具有强吸电子基团（受体）和强给电子基团（供体）的TICT分子通常具有“D-π-A”分子构型。吲哚阳离子广泛用作合成染料和荧光探针的强电子受体。本荧光探针使用吲哚阳离子作为吸电子基团，用三苯胺作为电子给体基团。
本发明具有以下优点：
本发明的粘度荧光探针合成简便，且后处理过程简单；能够实现对粘 度检测的高灵敏性。本发明是一种简单，快速，灵敏的粘度特异性检测试剂，在生物分子检测领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为荧光探针1的的1H NMR谱图；
图2为荧光探针2的的1H NMR谱图；
图3为荧光探针1检测不同粘度溶液的荧光强度；
图4为荧光探针1检测不同粘度溶液的线性关系；
图5为荧光探针2检测不同粘度溶液的荧光强度；
图6为荧光探针2检测不同粘度溶液的线性关系；
图7为荧光探针1在不同粘度细胞中的成像；
图8为荧光探针2在不同粘度细胞中的成像。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但本发明不受下述实施例的限制。
实施例1 荧光探针1的合成
将0.20g化合物1-1(0.73mmol)和0.21g化合物2(1.1mmol)，溶于20mL乙醇中，在氮气保护下回流反应12 h。反应结束后，冷却到室温，用乙醚洗三次，然后用淋洗剂CH2Cl2/CH3OH=20:1过柱子得到荧光探针1，产率60%，其1H NMR图谱见图1。
实施例2 荧光探针2的合成
将0.20g化合物1-1(0.66mmol)和0.38g化合物2(2mmol)，溶于20mL乙醇中，在氮气保护下回流反应20 h。反应结束后，冷却到室温，用乙醚洗三次，然后用淋洗剂CH2Cl2/CH3OH=10:1过柱子得到荧光探针2，产率50%，其1H NMR见图2。
实施例3 荧光探针检测不同粘度溶液
配制浓度为1 mM的实施例1中所得探针1的DMSO溶液，作为测试母液待用；
配制终浓度为2 μM的荧光探针1溶液，与不同粘度的溶液（乙醇与甘油体积比分别10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6、3:7、2:8、1:9、1:99）作用，进行荧光检测（λex=540 nm），扫描各体系中荧光强度，如图3所示；以log η（η为粘度值）为横坐标，log I630为纵坐标，建立630nm处荧光强度与粘度标准曲线，如图4所示。由图3可知，随着粘度的增加，630 nm处的荧光强度逐渐增加。由图4可知，荧光强度与粘度存在良好的线性关系，线性方程为y=1.5108+0.5446x；说明荧光探针1能够对粘度变化进行检测。
参照以上方法配制荧光探针2的母液，并对不同粘度溶液中进行荧光检测（λex=550nm）。扫描各体系中荧光强度，如图5所示；以log η（η为粘度值）为横坐标，log I658为纵坐标，建立658nm处荧光强度与粘度标准曲线，如图6所示。由图5可知，随着粘度的增加，658nm处的荧光强度逐渐增加。由图6可知，荧光强度与粘度存在良好的线性关系，线性方程为y=0.6890+1.0040x；说明荧光探针2能够对粘度变化进行检测。
实施例4 荧光探针在细胞中的成像
将适当密度的HeLa细胞接种到两个灭菌的培养皿中，在CO2培养箱（温度为37℃，5%CO2）中培养，待细胞贴壁后，分为2组实验：第一组，向培养皿中加入实施例1所得的荧光探针1，使其终浓度均为5 μM，作用30 min后进行成像。第二组，向培养皿中加入2mM粘度刺激剂-制霉菌素20μL，培养20 min后加入荧光探针1，使其终浓度均为5 μM，继续作用30 min后进行明场成像、荧光成像（激发波长为561nm，发射波段为570-620nm），图像如图7所示，其中第1-3列分别为2组实验的明场成像、荧光成像与叠加图。由图7可知，只加入探针1时，细胞具有较弱的红色荧光，加入制霉菌素后，细胞红色荧光明显增强，说明本发明荧光探针1能够进入细胞中并检测细胞中的粘度。
采用同样的方法以荧光探针2荧光检测（激发波长为561nm，发射波段为570-620nm）不同粘度细胞，图像如图8所示：只加入探针2时，细胞具有较弱的红色荧光，加入制霉菌素后，细胞红色荧光明显增强，说明本发明荧光探针2能够进入细胞中并检测细胞中的粘度。

Claims (5)

1.一种检测粘度的荧光探针，其结构式如式（I）所示：
式(I)；
其中，R为-H或。
2.一种如权利要求1所述的荧光探针的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）保护气氛下，将化合物1与化合物2在乙醇中加热回流反应：
；
其中，R为-H或；
R1为-H或-CHO；
（2）反应结束后，冷至室温，用乙醚洗三次，然后以二氯甲烷-甲醇混合溶剂为淋洗剂过硅胶层析柱，再除去淋洗剂，获得固体，即荧光探针。
3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，步骤（1）中，所述化合物1与化合物2的摩尔比为1:1.5-3。
4.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，步骤（2）中，所述淋洗剂中二氯甲烷和甲醇的体积比为10-20:1。
5.一种如权利要求1所述的荧光探针在检测溶液、细胞中粘度的应用。
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