CN109053700A - 一种次氯酸比率荧光探针及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于FRET机理的次氯酸比率荧光探针，是由能量供体香豆素荧光团、能量受体(E)‑4‑(4‑(二取代胺基)苯乙烯基)‑1‑甲基吡啶碘盐和链接基团酰基哌嗪构成；其化学结构如式(I)所示。本发明的探针可以选择性地与次氯酸作用，随着次氯酸浓度的增加，其荧光发射强度在486nm处逐渐增强，在609nm处逐渐减弱；二者比值(I486/I609)与次氯酸浓度在一定范围内呈线性关系。实现了细胞内的比率成像，有望在工业生产和临床医学中发挥作用，具有广阔的应用前景。

Description

一种次氯酸比率荧光探针及其应用
技术领域
本发明涉及一种比率荧光探针及其应用，尤其涉及一种基于荧光共振能量转移机理的次氯酸比率荧光探针及其应用；属于有机小分子荧光探针领域。
背景技术
在生物体内由双氧水和氯离子经髓过氧化酶催化生成的次氯酸，是生物体内最重要的活性氧之一。次氯酸作为内源性杀菌剂能够抵抗细菌入侵，发挥重要的作用；另一方面，次氯酸生成量的失控与某些疾病密切相关，如：关节炎、肾脏疾病、肺损伤、动脉硬化以及肿瘤等疾病。为了研究体内次氯酸的生理、病理作用，发展生物体内次氯酸成像技术、实时检测细胞内次氯酸的时空与浓度分布具有重要的意义。
次氯酸荧光探针具有高选择性、超灵敏性及快速响应等优点，吸引了科学家的广泛关注[H.Zhu et al,J.Am.Chem.Soc.,2014,136,12820；Q.A.Best et al,J.Am.Chem.Soc.,2013,135,13365]；比率荧光探针因其能够有效消除环境、探针浓度及激发光强度的干扰而备受青睐[L.Yuan et al,Acc.Chem.Res.,2013,46,1462]。在众多类比率荧光探针中，基于FRET机理的比率荧光探针是能量供体荧光团通过连接单元与能量受体荧光团连接而成。能量供体吸收能量后转移到能量受体，能量受体发射荧光。依据被检测物的浓度变化，供体荧光和受体荧光强度发生变化，因而两者的荧光强度比率与被检测物的浓度呈现线性关系。为了兼顾能量传递效率以及两个发射波长之间的距离，需要研究开发能量供体及能量受体荧光团，构成新的FRET体系。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种基于FRET机理的次氯酸比率荧光探针及其应用。
本发明所述基于FRET机理的次氯酸比率荧光探针，其特征在于：所述比率荧光探针由能量供体香豆素荧光团、能量受体(E)-4-(4-(二取代胺基)苯乙烯基)-1-甲基吡啶碘盐和链接基团酰基哌嗪构成；其化学结构如式(I)所示：
上述基于FRET机理的次氯酸比率荧光探针的制备方法，步骤是：用已知方法合成4-(4-(7-(二乙胺基)-2-氧代-2H-苯并吡喃-3-羰基)哌嗪-1-基)苯甲醛以及1，4-二甲基吡啶碘盐，然后缩合反应得到所述次氯酸比率荧光探针。
本发明所述基于FRET机理的次氯酸比率荧光探针在检测含次氯酸样品中的应用。
其中：所述含次氯酸样品优选是生物细胞或含次氯酸的溶液。
本发明所述的基于FRET机理的次氯酸比率荧光探针在无次氯酸的条件下，能量供体被激发后将能量传递给能量受体，能量受体发射荧光；在次氯酸存在下，能量受体单元中的双键与次氯酸发生反应生成环氧环(见式(Ⅱ)和图1)，从而将阻断能量转移，能量供体被激发时，能量供体发射荧光。根据次氯酸的浓度不同，两个发射波长的荧光强度发生改变；从而达到比率荧光检测次氯酸的效果。
具体的：配制上述次氯酸比率荧光探针的乙醇与磷酸盐(0.01M)缓冲液(v/v＝5：95，pH＝7.4，)的溶液，分别加入定量的活性氧或活性氮的水溶液，如：t-BuOOH,t-BuOO.,H2O2,HO.,NO,NOOO-,1O2,-O2,HOCl以及其他离子。然后对上述溶液进行荧光测试，结果表明上述次氯酸比率荧光探针对次氯酸有很好的选择性，见图2。
本发明所述的荧光探针随次氯酸浓度的增加，486nm处荧光强度逐渐增强，609nm处荧光强度逐渐减弱；二者比值相对次氯酸浓度在一定范围内呈线性关系。所以该探针能够定量检测低浓度的HOCl，见图3。
在加入上述次氯酸比率荧光探针的RAW264.7活细胞中，对照不加LPS和加入LPS(LPS：细胞产生次氯酸的刺激剂)的细胞染色荧光显微成像变化。可以看出对照组A细胞蓝色通道荧光较强，红色通道荧光较弱；对照组B蓝色通道荧光较A组减弱，红色通道荧光较A组增强；其红色通道荧光与蓝色通道荧光强度统计值的比值变化非常明显，见图4。
综上，本发明所述的基于FRET机理的次氯酸比率荧光探针不仅可以定量检测低浓度次氯酸，而且能够用于细胞内的比率成像；所以有望在工业生产和临床医学中发挥作用，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为该次氯酸探针与次氯酸生成产物的高分辨质谱。
图2为该次氯酸探针对各种活性氧以及离子的响应荧光发射谱图。
图3为该次氯酸探针在486nm与609nm处的荧光强度变化，及其比值与次氯酸浓度间的线性关系图。
图4为该次氯酸探针在RAW264.7细胞内荧光显微成像图。
其中：细胞用该次氯酸探针(2μM)溶液孵化1小时后的蓝色和红色通道成像；细胞先用1,2,5μg mL-1LPS孵化8h后，加PMA(1μM)孵育30分钟，再用2μM该次氯酸探针溶液孵化1小时。两组成像中，蓝色通道荧光与红色通道荧光强度统计值的比值对比图。
具体实施方式
实施例1
4-(4-(7-(二乙胺基)-2-氧代-2H-苯并吡喃-3-羰基)哌嗪-1-基)苯甲醛(871mg,2mmol)和1,4-二甲基吡啶碘盐(470mg,2mmol)溶于10mL乙醇，回流状态下搅拌4小时。减压蒸馏除去反应溶剂，粗产品经柱层析纯化得到固体1.04g，即为次氯酸比率荧光探针。产率：79％。
结构确认谱图数据，IR(KBr,cm-1):3418.99,2973.89,2936.13,2766.06,2680.14,2479.82,1619.13,1590.59,1519.60,1470.80,1417.83,1393.32,1353.26,1098.00,810.01.1H NMR(300MHz,DMSO-d6):δ＝8.75(d,J＝6.6Hz,2H),8.10(d,J＝6.6Hz,2H),8.03(s,1H),7.93(d,J＝16.0Hz,1H),7.63(d,J＝8.7Hz,2H),7.52(d,J＝9.0Hz,1H),7.27(d,J＝16.0Hz,1H),7.05(d,J＝8.7Hz,2H),6.76(dd,J＝9.0and 2.1Hz,1H),6.57(d,J＝2.1Hz,1H),4.20(s,3H),3.73-3.32(m,12H),1.17(t,J＝6.9Hz,6H).13C NMR(75MHz,DMSO-d6):7.73,12.78,44.66,47.05,52.62,96.80,107.62,109.94,115.20,116.24,119.38,123.04,125.62,130.36,130.62,141.64,144.44,145.03,151.80,152.38,153.62,157.12,158.94,164.65.MS:m/z[M]+calculated for[C32H35N4O3]+:523.2704,found 523.2663。
上述次氯酸比率荧光探针的制备如下式所示：
实施例2
向装有5μM该次氯酸探针的10ml容量瓶中，用微量进样器分别加入15当量的:空白,t-BuOO.,H2O2,O2 -,NO,1O2,t-BuOOH,Zn2+,Cu2+,Ag+,Ba2+,Pb2+,Hg2+,Fe3+,I-,SCN-,CH3CO2 -,HCO3 -,NO2 -,SO4 2-,S2O3 2-,SO3 2-,HS-,HClO/ClO-,H3PO4，H2PO4 -，HPO4 2-。作用1h后进行荧光测试。
结果表明，该探针只对HOCl有较好的响应和选择性。见图2。
实施例3
向装有2μM该次氯酸探针的10ml容量瓶中，用微量进样器分别加入不同当量的HOCl，作用1h后进行荧光测试。
结果表明，486nm处荧光强度与609nm处荧光强度的比值相对次氯酸浓度在一定范围内呈线性关系。见图3。
实施例4
细胞内荧光成像测试：
将RAW264.7细胞转移到小的玻璃瓶中孵化24h后，一组用该次氯酸探针(2μM)溶液孵化1小时，然后PBS洗涤三次进行共聚焦细胞成像检测。另一组用1,2,5μg mL-1LPS孵化8h后，加PMA(1μM)孵育30分钟，再用2μM该次氯酸探针溶液孵化1小时，接着用PBS洗涤三次进行共聚焦细胞成像检测。两组成像中，蓝色通道荧光与红色通道荧光强度统计值的比值对比图。
所用激发波长为405nm，蓝色通道收集波长为450-550nm，红色通道收集波长为560-700nm。见图4。

Claims (4)

1.一种基于FRET机理的次氯酸比率荧光探针，其特征在于：所述比率荧光探针由能量供体香豆素荧光团、能量受体(E)-4-(4-(二取代胺基)苯乙烯基)-1-甲基吡啶碘盐和链接基团酰基哌嗪构成；其化学结构如式(I)所示：
2.权利要求1所述基于FRET机理的次氯酸比率荧光探针的制备方法，步骤是：用已知方法合成4-(4-(7-(乙胺基)-2-氧代-2H-苯并吡喃-3-羰基)哌嗪-1-基)苯甲醛以及1，4-二甲基吡啶碘盐，然后缩合反应得到所述次氯酸比率荧光探针。
3.权利要求1所述基于FRET机理的次氯酸比率荧光探针在检测含次氯酸样品中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述含次氯酸样品是生物细胞或含次氯酸的溶液。
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Application publication date: 20181221