CN109081836A - 一种基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针及其制备方法和应用 - Google Patents

一种基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针，所述荧光探针的结构式如下：，该探针是基于汞离子诱导硫缩醛脱保护机理，以半花菁为母体，与汞离子作用后释放出半花菁染料分子单体，荧光强度显著增强并伴随明显的颜色变化，可用于汞离子的裸眼检测,选取的干扰离子等对检测效果无影响，实现了对汞离子的特异性识别响应，该探针在HEPES(pH=7.4)缓冲体系中对汞离子响应比较迅速，5 min内可以完成响应，且检测限达到0.32μM，具有良好的选择性和较高的灵敏度，而且探针成功应用于细胞和斑马鱼内的汞离子荧光成像，在生物与环境样品中的汞离子的检测有良好的应用前景。

Description

一种基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针及其制备方法 和应用
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针以及该探针的制备方法和应用。
背景技术
随着社会的发展和越来越多的人关注环境保护，有害的金属离子和阴离子检测研究也因其在生物，化学和环境应用上的实用性而受到高度重视。汞离子（Hg2+）是地球上毒性最强的重金属离子之一，它广泛存在于我们周围的水，空气和土壤中。它以多种不同形式存在（例如金属离子，离子以及作为有机和无机盐和配合物的一部分）。溶剂化的无机汞离子是Hg2+最稳定的无机形式之一，然而，它是一种高度细胞毒性的腐蚀性和致癌性离子，它可以对人体的大脑，心脏，肾脏，胃，肠等许多器官造成损害。此外，水环境中的细菌可能会将Hg2+转化为甲基汞，甲基汞可以积聚在食物中，然后进入食物链并被人体吸收。而且，甲基汞导致多种严重的疾病，包括感觉，内分泌和神经损伤，伴有急性和慢性毒性。因此，对有毒汞的担忧促使我们亟待研究和开发出具有高度选择性和灵敏性的方法来监测Hg2+，特别适用于使活性细胞特别是生物体中的Hg2+可视化检测。
目前用于检测Hg2+离子的方法，如原子吸收/发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法，它们显示出高灵敏度和高选择性，通常用于无机物定量分析测定。但是，这些检测方法不适用于监测活细胞生物学中的Hg2+。与上述不同的检测方法相比，荧光法是一种非常有用的活细胞生物学测定方法，因为它具有普遍的无损特性，而且灵敏度高，特异性强。此外，荧光显微成像技术可以绘制活细胞内Hg2+离子的时空分布。
近红外区域（NIR）约650-900nm，在此区间内只有少数几类分子表现出吸收，并且它们不会对荧光信号产生背景干扰，因此，它是一个低背景荧光干扰区域，更适合于细胞内荧光成像。此外，近红外光可以更深入地穿透组织，这对于研究活体生物成像具有重要意义。因此，开发近红外荧光探针来检测活细胞，特别是生物体中的Hg2+就显得尤为重要。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针，该探针具有良好的选择性和较高的灵敏度，可适用于待测样品中汞离子含量的荧光检测、目视定性，以及细胞和生物体内的荧光成像检测。
本发明还提供了上述基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的制备方法以及应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于半花菁结构的反应型汞离子近红外荧光探针，该汞离子近红外荧光探针的分子式为C29H30NO2S2 +，结构式如下所示：
。
上述基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的制备方法，其包括以下步骤：
1）环己酮与三氯氧磷反应得到化合物1；
2）化合物1与1,3,3-三甲基-2-亚甲基吲哚啉反应得到化合物2；
3）化合物2,4-二羟基苯甲醛与乙二硫醇反应得到化合物3；
4）化合物2与化合物3反应得到目标产物汞离子近红外荧光探针；
其中，化合物1、化合物2和化合物3的结构式分别如下所示：
。
进一步的，步骤1）具体为：将环己酮、三氯氧磷和溶剂N,N-二甲基甲酰胺于50℃回流反应3-5 h，反应结束后冰浴静置，析出的黄色固体即为化合物1。
步骤2）具体为：在氮气保护下，将化合物1、1,3,3-三甲基-2-亚甲基吲哚啉、乙酸钠和碘化钾溶于乙酸酐和乙酸组成的混合溶液中，然后于80℃加热反应1－2 h，反应结束后静置冷却，析出的青铜色固体即为化合物2。
步骤3）具体为：在氮气保护下，将1,2-乙二硫醇加入到溶有2,4-二羟基苯甲醛和对甲苯磺酸一水合物的四氢呋喃溶液中，室温下搅拌均匀，然后加入无水硫酸镁，搅拌反应3-5h，减压蒸除溶剂，并经硅胶柱色谱分离纯化，所得淡黄色油状液体即为化合物3。
步骤4）具体为：在氮气保护下，将化合物3和K2CO3溶于乙腈中获得溶液a，将化合物2溶于乙腈中获得溶液b，将溶液a和溶液b混合后于50℃加热反应10-15h，反应结束后，减压蒸除溶剂，并经硅胶柱色谱分离纯化，所得蓝绿色固体即为目标产物汞离子近红外荧光探针。
本发明还提供了上述基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的应用，具体的，该探针可用于待测样品中汞离子含量的荧光检测、目视定性检测。另外，该探针还可以用于细胞或活生物体中汞离子的成像检测。
本发明中所使用的各种原料均为普通市售产品，或者通过本领域技术人员公知的方法或现有技术中公开的方法获得。
本发明基于Hg2+触发的二硫缩醛转化为醛原理，将本发明基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的分析性能与相关文献报道中报道的其它Hg2+选择性荧光探针进行比较，结果表明：此近红外荧光探针效果很好。近红外激发和发射有效减少生物样品的光损伤并避免来自天然细胞物种的自身荧光。本发明通过1HNMR、13CNMR和质谱表征分析，该探针可以在HEPES缓冲液（10 mM，pH 7.4）中对Hg2+离子快速响应。此外，该探针显示出对Hg2+的高选择性。基于其理想的化学和光谱性质，本发明通过共聚焦显微镜证实了HeLa细胞和斑马鱼中探针的应用价值。
和现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明是基于汞离子促进硫缩醛脱保护的机理，以半花菁为母体，探针分子释放出半花菁染料分子单体，荧光强度显著增强并伴随明显的颜色变化，选取的干扰离子等对检测效果无影响，因而实现了对汞离子的特异性识别响应。该探针在HEPES（pH = 7.4）缓冲体系中对汞离子反应比较迅速，具有良好的选择性和较高的灵敏度，检测限达到0.32 μM，而且成功应用于细胞成像和斑马鱼成像，在生物与环境样品中的汞离子的检测有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的合成路线图；
图2为本发明基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的核磁氢谱；
图3为本发明基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的核磁碳谱；
图4为本发明基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的质谱；
图5为1倍当量的汞离子加入到本发明近红外荧光探针（10 μM）后紫外可见光光谱随时间的变化趋势，插图是可见光下探针的颜色以及探针和汞离子反应完后的颜色变化；
图6为1倍当量的汞离子加入到本发明近红外荧光探针（10 μM）后荧光光谱随时间的变化趋势;插图是荧光在710 nm处荧光强度的变化曲线；
图7为本发明近红外荧光探针（10 μM）的溶液随汞离子浓度的增大而呈现的荧光光谱变化；
图8为本发明近红外荧光探针（10 μM）溶液在分别加入10当量的不同金属离子后紫外-可见吸收光谱的变化；
图9为本发明近红外荧光探针（10 μM）溶液在分别加入10当量的不同金属离子后荧光光谱的变化；
图10为本发明近红外荧光探针（10 μM）用于HeLa细胞内Hg2+荧光成像图，图中a是b和c的叠加图；b是HeLa细胞在37℃培养基中用探针CY1OH2S（10 μM）孵育30分钟在共聚焦显微镜下的明场条件下的细胞成像；c是HeLa细胞在37℃培养基中用探针CY1OH2S（10 μM）孵育30分钟在共聚焦显微镜下的暗场条件下的细胞成像；d是e和f的叠加图；e是HeLa细胞在37℃培养基中用探针CY1OH2S（10 μM）孵育30分钟，然后用Hg2+（20 μM）孵育30分钟后在共聚焦显微镜下的明场条件下的细胞成像，f是HeLa细胞在37℃培养基中用探针CY1OH2S（10 μM）孵育30分钟，然后用Hg2+（20 μM）孵育30分钟后在共聚焦显微镜下的暗场条件下的细胞成像；
图11为本发明近红外荧光探针（10 μM）用于斑马鱼内Hg2+荧光成像图，图中a是4天龄斑马鱼与10 μM探针CY1OH2S在28℃下孵育30分钟在共聚焦显微镜下的明场条件下的斑马鱼成像；b是4天龄斑马鱼与10 μM探针CY1OH2S在28℃下孵育30分钟在共聚焦显微镜下的暗场条件下的斑马鱼成像；c是a和b的叠加图；d是4天龄斑马鱼与10 μM探针CY1OH2S在28℃下孵育30分钟，然后用Hg2+（20 μM）孵育30分钟在共聚焦显微镜下的明场条件下的斑马鱼成像；e是4天龄斑马鱼与10 μM探针CY1OH2S在28℃下孵育30分钟，然后用Hg2+（20 μM）孵育30分钟在共聚焦显微镜下的暗场条件下的斑马鱼成像；f是d和e的叠加图。
具体实施方式：
以下通过优选实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例：
一种基于半花菁结构的反应型汞离子近红外荧光探针，该汞离子近红外荧光探针的分子式为C29H30NO2S2 +，结构式如下所示：
。
上述基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的制备方法，其合成路线见图1，具体包括以下步骤。
1）化合物1的制备
取N,N-二甲基甲酰胺（10 mL），倒入100 mL三口烧瓶里，在冰浴中搅拌，并在搅拌条件下缓慢滴加三氯氧磷（4.5 mL，0.05 mol）和环己酮（2.5 g，0.025 mol）。然后将混合液在50℃回流反应4 h，反应结束后冷却，倒入300 g冰中，冰箱内静置冷却过夜，抽滤，得黄色固体2.9 g，即为化合物1（收率，52.5%）。
化合物1合成路线如下：
。
2）化合物2的制备
在氮气保护下，将1,3,3-三甲基-2-亚甲基吲哚啉（0.94 g，5.45 mmol），化合物1（0.47g，2.72 mmol）、乙酸钠（0.22 g，2.72 mmol）和碘化钾（0.45 g，2.72 mmol）溶于10 mL乙酸酐和10 mL乙酸组成的混合溶液中。然后在80℃下加热搅拌1小时，放置冰箱内冷却半个小时，抽滤，滤出物用无水乙醇洗涤后在真空下除去溶剂，再经用柱色谱分离（洗脱剂，V二氯甲烷：V甲醇= 100:1），旋蒸出溶剂，真空干燥，得到青铜色固体1.5 g，即为化合物2（收率，90%）。化合物2图谱信息如下：
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.35 (d, J = 14.1 Hz, 2H), 7.44 – 7.37 (m, 4H),7.30 – 7.24 (m, 2H), 7.22 (t, J = 7.4 Hz, 2H), 6.22 (d, J = 14.1 Hz, 2H),3.76 (s, 6H), 2.75 (t, J = 6.0 Hz, 4H), 2.03 – 1.91 (m, 2H), 1.73 (s, 12H).13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 172.87 (s), 150.64 (s), 144.36 (s), 142.78 (s),140.91 (s), 128.84 (s), 127.76 (s), 125.35 (s), 122.15 (s), 110.85 (s),101.69 (s), 77.41 (s), 77.10 (s), 76.78 (s), 49.25 (s), 32.68 (s), 28.09 (s),26.78 (s), 20.69 (s)。
化合物2的合成路线如下：
。
3）化合物3的制备
在氮气保护下，将1,2-乙二硫醇（0.4 mL，4.9 mmol）加入到溶有2,4-二羟基苯甲醛（0.5 g，3.62 mmol）和对甲苯磺酸一水合物（70 mg，0.37 mmol）的四氢呋喃（10 ml）溶液中，室温下搅拌30分钟后，加入无水硫酸镁（1.0 g），继续搅拌反应4小时，减压除去溶剂，得到黄色油状粗产物。然后通过硅胶柱色谱（洗脱剂，V乙酸乙酯：V己烷= 1:1）进一步分离纯化，得到淡黄色油状液体0.7 g，即为化合物3（收率，86%）。
化合物3的合成路线如下：
。
4）目标化合物基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的制备
在氮气保护下，将化合物3（70 mg，0.33 mmol）和K2CO3（45 mg，0.33 mmol）加入到25mL乙腈中，在室温下搅拌30 min获得溶液a。将化合物2（100 mg，0.16 mmol）溶于10 mL乙腈获得溶液b。通过注射器将溶液b加入到上述溶液a中，然后在50℃条件下加热回流反应10小时。反应结束后，减压蒸除溶剂，通过硅胶柱色谱（洗脱剂，V二氯甲烷：V甲醇= 50：1）进一步分离纯化，得到蓝绿色固体57 mg，即为目标化合物基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针（收率，71%）。
对制备所得目标化合物基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针进行核磁氢谱、核磁碳谱和质谱分析，结果如下（详见图2、3和4）：
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.07 (d, J = 13.3 Hz, 1H), 7.65 (s, 1H), 7.36(s, 1H), 7.30 (s, 1H), 7.27 (d, J = 2.3 Hz, 1H), 7.05 (t, J = 7.4 Hz, 1H),6.84 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 6.66 (s, 1H), 6.07 (s, 1H), 5.59 (d, J = 13.4 Hz,1H), 3.36 (s, 3H), 3.34 – 3.30 (m, 4H), 2.67 (t, J = 5.9 Hz, 2H), 2.61 (t, J= 5.8 Hz, 2H), 1.94 – 1.84 (m, 2H), 1.67 (s, 6H). 13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ179.68 (s), 165.47 (s), 159.40 (s), 158.83 (s), 143.98 (s), 140.16 (s),139.55 (s), 138.47 (s), 131.57 (s), 128.06 (s), 126.24 (s), 122.06 (s),116.55 (d, J = 4.1 Hz), 116.19 (s), 107.57 (s), 103.25 (s), 94.09 (s), 77.36(s), 77.04 (s), 76.72 (s), 49.95 (s), 47.26 (s), 38.89 (s), 29.97 (s), 28.61(s), 27.96 (s), 24.58 (s), 21.42 (s). HRMS (m/z): found 488.1712 [M + H]+ ,calculated 488.1705 for C29H30NO2S2 +。
目标化合物的合成路线如下：
。
荧光检测应用试验
下文中，为描述简便，将本发明制备所得目标化合物“基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针”统一简称为“探针CY1OH2S”。
1）检测用储备液的配制：
a. 测汞离子的近红外荧光探针样品溶液(1.00×10-3mol·L-1)的配制：
取0.00489 g(M = 488.68) 探针CY1OH2S溶于10mL乙腈中，配成浓度为1.00 × 10-3mol·L-1的，记为探针CY1OH2S样品溶液。
b. 各种金属离子均用去离子水配置成为浓度为1.00×10-3mol·L-1或1.00×10-2mol·L-1的溶液。
c. HEPES缓冲溶液(0.01 mol·L-1，pH = 7.4)的配制：
取119.15g 4-羟乙基哌嗪乙磺酸溶解在400 mL去离子水中，加1 M的氢氧化钠水溶液调节至所需pH(pH = 7.4)，然后用去离子水定容至500 mL于冰箱内保存。
下述实验中使用的缓冲溶液均为HEPES缓冲溶液(0.01 mol·L-1，pH = 7.4)，实验用水均为去离子水。
2）检测分析
取3 mL HEPES缓冲溶液，加入30 μL探针CY1OH2S样品溶液 (1.00 × 10-3 mol·L-1)，再加入汞离子储备液(1.00 × 10-3 mol·L-1)30 μL，于25℃反应，然后进行紫外-可见光光谱扫描，结果如图5所示。由图5可以看出：随着时间的增加，探针CY1OH2S和汞离子反应，使吸光度逐渐增加，出现双峰。图5中的插图为反应前后可见光下的照片，图中肉眼可见汞离子可以使测汞离子的近红外荧光探针溶液发生明显的颜色变化，颜色由蓝绿色变为浅蓝色。
取3 mL缓冲溶液，加入30 μL探针CY1OH2S样品溶液(1.00 × 10-3 mol·L-1)，再加入汞离子储备液(1.00 × 10-3 mol·L-1)30 μL，于25℃反应，然后进行荧光检测，激发波长为630 nm，狭缝：5/5 nm，结果如图6所示。由图6可以看出：随着时间的增加，探针CY1OH2S和汞离子反应，荧光强度逐渐增强。图6中的插图为在710 nm处荧光强度随时间的变化曲线，图中可以看出：探针CY1OH2S和汞离子反应5分钟基本完成，之后荧光强度基本不再增加，说明探针与汞离子的响应比较快速。
取3 mL缓冲溶液，加入30 μL探针CY1OH2S样品溶液(1.00 × 10-3 mol·L-1)，再加入汞离子储备液(1.00 × 10-3 mol·L-1)0-30 μL于25℃反应5分钟，然后进行荧光检测，激发波长为630 nm，狭缝：5/5 nm，结果如图7所示。由图7可以看出：随着汞离子加入当量的增加，探针CY1OH2S与汞离子作用，荧光强度逐渐增加。
取3 mL缓冲溶液，加入30 μL探针CY1OH2S样品溶液(1.00 × 10-3 mol·L-1)，再加入30 μL金属离子储备液(1.00 × 10-2 mol·L-1)（0）空白；(1) Li+；(2) Na+；(3) K+；(4) Cu+；(5) Ag+；(6) Mg2+；(7) Ca2+；(8) Cu2+；(9) Zn2+；(10) Ni2+；(11) Fe2+；(12) Co2+；(13) Pb2+；(14) Cd2+；(15) Mn2+；(16) Al3+；(17) Cr3+；(18) Fe3+；(19) Hg2+，反应5分钟后进行紫外-可见光光谱扫描，结果如图8所示。由图8可以看出：探针和汞离子反应，使吸光度增加，出现双峰，而其他金属离子与探针在此条件下没有明显的吸光度变化。
取3 mL缓冲溶液，加入30 μL探针CY1OH2S样品溶液(1.00 × 10-3 mol·L-1)，再加入30 μL金属离子储备液(1.00 × 10-2 mol·L-1)（0）空白；(1) Li+；(2) Na+；(3) K+；(4) Cu+；(5) Ag+；(6) Mg2+；(7) Ca2+；(8) Cu2+；(9) Zn2+；(10) Ni2+；(11) Fe2+；(12) Co2+；(13) Pb2+；(14) Cd2+；(15) Mn2+；(16) Al3+；(17) Cr3+；(18) Fe3+；(19) Hg2+，反应5分钟后进行荧光检测，激发波长为630 nm，狭缝：5/5 nm，结果如图9所示。由图9可以看出：探针和汞离子作用后使荧光度增加，而其他金属离子与探针在此条件下基本无响应，没有明显荧光强度变化。
为了进一步验证探针CY1OH2S对活细胞中Hg2+离子成像的能力，本申请进行了荧光显微成像实验。将HeLa细胞接种到96孔板中，在含有10％FBS（胎牛血清）的DMEM培养基中，于5％CO2、95％空气中37℃培养24小时。然后用HEPES缓冲溶液冲洗细胞，在37℃培养基中用探针CY1OH2S（10 μM）孵育30分钟，用HEPES缓冲溶液洗涤三次，然后成像。在37℃下用Hg2+（20 μM）孵育30分钟后，用HEPES缓冲溶液洗涤细胞三次并再次成像。通过倒置共聚焦显微镜（Zeiss LSM 710 Meta NLO）获得荧光图像，结果见图10。图10的结果表明探针CY1OH2S具有良好的细胞膜渗透性，仅用探针CY1OH2S处理的细胞显示微弱的荧光（图10.b），加入Hg2+后，细胞中发射较强荧光（图10.e），表明探针CY1OH2S可以有效地可视化检测活细胞中的Hg2+。
在活细胞实验的基础上，本发明进一步检查了探针CY1OH2S是否可用于检测生物体中的Hg2+。首先将4天龄斑马鱼与10 μM探针CY1OH2S在28℃下孵育30分钟，然后去除剩余探针后暴露于20 μM Hg2+中10分钟，并在共聚焦显微镜（Zeiss LSM 710 Meta NLO）上进行图像。通过用630 nm的锁模钛蓝宝石激光源激发探针，获得斑马鱼的双光子荧光显微图像，结果见图11。由图11可以看出：仅用探针CY1OH2S处理的斑马鱼没有显示荧光（图11.b），用HgCl2和CY1OH2S处理的斑马鱼显示出强荧光（图11.e），表明探针CY1OH2S能成功用于斑马鱼中Hg2+的荧光成像。

Claims (10)

1.一种基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针，其特征在于，该汞离子近红外荧光探针的分子式为C29H30NO2S2 +，结构式如下所示：
。
2.权利要求1所述基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）环己酮与三氯氧磷反应得到化合物1；
2）化合物1与1,3,3-三甲基-2-亚甲基吲哚啉反应得到化合物2；
3）化合物2,4-二羟基苯甲醛与乙二硫醇反应得到化合物3；
4）化合物2与化合物3反应得到目标产物汞离子近红外荧光探针；
其中，化合物1、化合物2和化合物3的结构式分别如下所示：
。
3. 根据权利要求2所述基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的制备方法，其特征在于，步骤1）具体为：将环己酮、三氯氧磷和溶剂N,N-二甲基甲酰胺于50℃回流反应3-5 h，反应结束后冰浴静置，析出的固体即为化合物1。
4.根据权利要求2所述基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的制备方法，其特征在于，步骤2）具体为：在氮气保护下，将化合物1、1,3,3-三甲基-2-亚甲基吲哚啉、乙酸钠和碘化钾溶于乙酸酐和乙酸组成的混合溶液中，然后于80℃加热反应1-2 h，反应结束后静置冷却，析出的固体即为化合物2。
5.根据权利要求2所述基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的制备方法，其特征在于，步骤3）具体为：在氮气保护下，将1,2-乙二硫醇加入到溶有2,4-二羟基苯甲醛和对甲苯磺酸一水合物的四氢呋喃溶液中，室温下搅拌均匀，然后加入无水硫酸镁，搅拌反应3-5h，减压蒸除溶剂，并经硅胶柱色谱分离纯化，所得淡黄色油状液体即为化合物3。
6.根据权利要求2所述基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的制备方法，其特征在于，步骤4）具体为：在氮气保护下，将化合物3和K2CO3溶于乙腈中获得溶液a，将化合物2溶于乙腈中获得溶液b，将溶液a和溶液b混合后于50℃加热反应10-15h，反应结束后，减压蒸除溶剂，并经硅胶柱色谱分离纯化，所得蓝绿色固体即为目标产物汞离子近红外荧光探针。
7.权利要求1所述基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的应用，其特征在于，该探针用于待测样品中汞离子含量的荧光检测。
8.权利要求1所述基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的应用，其特征在于，该探针用于待测样品中汞离子含量的目视定性检测。
9.权利要求1所述基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的应用，其特征在于，该探针用于细胞中汞离子的成像检测。
10.权利要求1所述基于半花菁结构的汞离子近红外荧光探针的应用，其特征在于，该探针用于生物体中汞离子的成像检测。
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110128418A (zh) * 2019-06-27 2019-08-16 许昌学院 一种基于半花菁结构衍生物的近红外荧光探针及其制备方法和应用
CN111410652A (zh) * 2019-01-04 2020-07-14 南开大学 一种具有聚集诱导发光效应的线粒体靶向型近红外荧光探针的制备
CN112028810A (zh) * 2019-07-23 2020-12-04 四川大学华西医院 一种汞离子探针的制备方法及应用
CN112939956A (zh) * 2021-02-06 2021-06-11 许昌学院 一种用于检测汞离子和次氯酸根离子的荧光探针及其制备方法和应用
CN113527389A (zh) * 2021-07-27 2021-10-22 武汉工程大学 快速检测β-半乳糖苷酶的荧光探针及其制备方法和应用
CN113929672A (zh) * 2020-06-29 2022-01-14 南京理工大学 一种基于花菁骨架检测三价铁离子的近红外探针及其合成、应用方法
CN114380808A (zh) * 2021-12-21 2022-04-22 深圳大学 用于中性粒细胞弹性蛋白酶双模态成像检测的分子探针及制备方法与应用
CN114644624A (zh) * 2022-03-14 2022-06-21 中国药科大学 一种具有多通道信号输出半花菁分子光学探针及其合成方法和用途
CN115448928A (zh) * 2022-08-09 2022-12-09 山西来兴隆科贸有限公司 一种半花菁罗丹明荧光探针及其制备方法和应用
CN116003427A (zh) * 2022-11-11 2023-04-25 南京林业大学 一种用于检测Hg2+的荧光探针RBLS
CN117777115A (zh) * 2024-02-27 2024-03-29 烟台大学 一种汞离子近红外荧光探针及其制备方法和应用
CN117946091A (zh) * 2024-01-24 2024-04-30 苏州科技大学 染料及其制备方法、探针及体系

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106883637A (zh) * 2017-03-10 2017-06-23 中国人民解放军第三军医大学 尿嘧啶化的吲哚七甲川菁染料及制备方法和应用
CN107400080A (zh) * 2017-07-27 2017-11-28 中国科学院烟台海岸带研究所 一种基于花菁的有机化合物及其中间体的应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106883637A (zh) * 2017-03-10 2017-06-23 中国人民解放军第三军医大学 尿嘧啶化的吲哚七甲川菁染料及制备方法和应用
CN107400080A (zh) * 2017-07-27 2017-11-28 中国科学院烟台海岸带研究所 一种基于花菁的有机化合物及其中间体的应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUIRAN YANG ET AL.: ""Upconversion Luminescent Chemodosimeter Based on NIR Organic Dye for Monitoring Methylmercury In Vivo"", 《ADV. FUNCT. MATER.》 *
SHENG-LIN PAN ET AL.: ""A reaction-based ratiometric fluorescent sensor for the detection of Hg(II) ions in both cells and bacteria"", 《CHEMCOMM》 *
YUANYUAN LI ET AL.: ""Novel mercury sensor based on water soluble styrylindolium dye"", 《DYES AND PIGMENTS》 *

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111410652B (zh) * 2019-01-04 2022-08-26 南开大学 一种具有聚集诱导发光效应的线粒体靶向型近红外荧光探针的制备
CN111410652A (zh) * 2019-01-04 2020-07-14 南开大学 一种具有聚集诱导发光效应的线粒体靶向型近红外荧光探针的制备
CN110128418A (zh) * 2019-06-27 2019-08-16 许昌学院 一种基于半花菁结构衍生物的近红外荧光探针及其制备方法和应用
CN112028810A (zh) * 2019-07-23 2020-12-04 四川大学华西医院 一种汞离子探针的制备方法及应用
CN113929672B (zh) * 2020-06-29 2023-09-26 南京理工大学 一种基于花菁骨架检测三价铁离子的近红外探针及其合成、应用方法
CN113929672A (zh) * 2020-06-29 2022-01-14 南京理工大学 一种基于花菁骨架检测三价铁离子的近红外探针及其合成、应用方法
CN112939956A (zh) * 2021-02-06 2021-06-11 许昌学院 一种用于检测汞离子和次氯酸根离子的荧光探针及其制备方法和应用
CN113527389B (zh) * 2021-07-27 2022-06-21 武汉工程大学 快速检测β-半乳糖苷酶的荧光探针及其制备方法和应用
CN113527389A (zh) * 2021-07-27 2021-10-22 武汉工程大学 快速检测β-半乳糖苷酶的荧光探针及其制备方法和应用
CN114380808A (zh) * 2021-12-21 2022-04-22 深圳大学 用于中性粒细胞弹性蛋白酶双模态成像检测的分子探针及制备方法与应用
CN114380808B (zh) * 2021-12-21 2023-10-27 深圳大学 用于中性粒细胞弹性蛋白酶双模态成像检测的分子探针及制备方法与应用
CN114644624A (zh) * 2022-03-14 2022-06-21 中国药科大学 一种具有多通道信号输出半花菁分子光学探针及其合成方法和用途
CN114644624B (zh) * 2022-03-14 2023-08-15 中国药科大学 一种具有多通道信号输出半花菁分子光学探针及其合成方法和用途
CN115448928A (zh) * 2022-08-09 2022-12-09 山西来兴隆科贸有限公司 一种半花菁罗丹明荧光探针及其制备方法和应用
CN115448928B (zh) * 2022-08-09 2024-04-02 山西来兴隆科贸有限公司 一种半花菁罗丹明荧光探针及其制备方法和应用
CN116003427A (zh) * 2022-11-11 2023-04-25 南京林业大学 一种用于检测Hg2+的荧光探针RBLS
CN116003427B (zh) * 2022-11-11 2024-03-15 南京林业大学 一种用于检测Hg2+的荧光探针RBLS
CN117946091A (zh) * 2024-01-24 2024-04-30 苏州科技大学 染料及其制备方法、探针及体系
CN117946091B (zh) * 2024-01-24 2024-08-13 苏州科技大学 染料及其制备方法、探针及体系
CN117777115A (zh) * 2024-02-27 2024-03-29 烟台大学 一种汞离子近红外荧光探针及其制备方法和应用
CN117777115B (zh) * 2024-02-27 2024-04-30 烟台大学 一种汞离子近红外荧光探针及其制备方法和应用

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