CN109232526B

CN109232526B - 一种基于发光增强的铁离子检测探针及其制备方法和应用

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Publication number: CN109232526B
Application number: CN201710556460.6A
Authority: CN
Inventors: 赵云辉; 罗月阳; 周智华; 王涵; 周航斌; 谭海龙
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Hunan University of Science and Technology
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2020-08-28
Anticipated expiration: 2037-07-10
Also published as: CN109232526A

Abstract

本发明公开一种基于发光增强的铁离子检测探针及其制备方法和应用。该荧光探针结构如式I所示，其以5‑硫代缩醛基水杨醛为原料，与肼发生缩合反应形成水杨醛吖嗪而成。本发明的探针光学性能稳定，对铁离子检测灵敏度高，检测下限低，检测限为2.35 nM，响应范围为0.08‑1μM。选择性好，对钡离子、钙离子、锂离子、镁离子、铵离子、镍离子、锌离子、汞离子、钴离子、铅离子等阳离子没有响应。且合成简单，条件温和，收率高。本发明的荧光分子探针在生物化学与环境化学中铁离子的检测等领域具有实际的应用价值。

Description

一种基于发光增强的铁离子检测探针及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及的是化学分析检测技术领域，具体涉及基于发光增强的铁离子检测探针及其制备方法和应用。

背景技术

铁是地壳中含量第二多的金属元素，也是体内含量最高的微量元素。铁元素是生命体内必须的元素之一，很多细胞水平的生物化学过程都需要铁离子的参与。因此，研究能够应用铁离子定性与定量分析的荧光分子探针具有重要的意义。因为铁离子是顺磁性的金属离子，与传统的荧光探针分子结合容易引起荧光淬灭，所以当前报道的多数铁离子荧光分子探针都是淬灭型的，荧光增强型的铁离子探针分子报道的较少。

随着科学的逐步发展，医学与生物领域科学迫切需要对铁离子具有选择性的＂开－关＂型或者比率型荧光分子探针。就目前铁离子探针的发展情况而言，还是缺乏能真正应用于实践的能够克服溶解性和专一性的的荧光探针，特别是能在水环境中工作的探针。因此设计合成新型的荧光增强型、可溶于水的铁离子探针就成为了一个亟待解决的任务。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于发光增强的铁离子检测探针及其制备方法和应用。

本发明的技术方案为：

一种基于发光增强的铁离子检测探针，具有式（I）所示的结构：

（I）。

上述的基于发光增强的铁离子检测探针的制备方法，包括如下步骤：

取化合物1、适量的肼溶于有机溶剂中，所述化合物1与肼物质的量之比为1:1-10:1，一定温度条件下搅拌0.5~2小时，固体完全析出，过滤，粗产物用无水乙醇重结晶，得到白色针状化合物I；即式（I）所示的铁离子检测探针。

以上各化合物均以反应式中各化合物下面序号加以区分。

进一步地，合成步骤中，化合物1和肼的物质的量之比优选为2:1。

进一步地，合成步骤中，所述的肼优选质量分数为80%的水合肼。

进一步地，合成步骤中，所述的有机溶剂优选无水乙醇。

上述的铁离子检测探针应用于铁离子检测的方法，包括如下步骤：

1）配制分散有荧光探针化合物I的THF-水混合溶液;

2）确定荧光探针分子的检测限；

3）绘制并计算溶液中铁离子的浓度；

4）确定荧光探针对阳离子的选择性。

更具体的检测方法如下：

1）配制荧光探针化合物I浓度为100 μmol/L的10% THF-水（即V_（THF）/V_（水）=10/90）混合溶液，得到荧光探针分子的水分散溶液；

2）取一系列1-3mL的荧光探针分子的水分散溶液，分别加入10-30 μL不同浓度的铁离子（0, 0.08, 0.1, 0.2, 0.5, 0.6, 0.8, 1 μmol/L），放置30~60分钟后，分别测量并计算出553 nm处的荧光强度，根据荧光强度与铁离子浓度的关系制作工作曲线；

3）取一系列1-3mL的荧光探针分子的水分散溶液，分别加入10-30 μL浓度为10^-2的Cu²⁺, Fe³⁺, Ni²⁺, Hg²⁺, Pb²⁺, Co²⁺, NH₄ ⁺, Ba²⁺, Zn²⁺ , Li⁺, Na⁺, Ca²⁺的水溶液，放置20~50分钟后，分别测量并记录553nm处的荧光强度，由此验证探针分子对铁离子的选择性。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明提供的荧光探针分子对铁离子的识别不仅灵敏，而且专一性强，荧光由弱变强；且检测过程不受探针分子光漂白，仪器及环境因素的影响。

（2）本发明提供的荧光探针分子适用于含铁水溶液。

（3）本发明提供的荧光探针分子对铁离子的检测限低，可以达到纳摩尔级。

附图说明

图1为本发明实施例2制备的比率荧光探针分子的水分散溶液，加入不同浓度铁离子后的荧光光谱图，自上而下的曲线代表铁离子浓度逐渐增加的探针溶液。

图2为本发明实施例3，380nm激发光激发下，分别加入20 μL的Cu²⁺, Fe³⁺, Ni²⁺,Hg²⁺, Pb²⁺, Co²⁺, NH₄ ⁺, Ba²⁺, Zn²⁺ , Li⁺, Na⁺, Ca²⁺的水溶液，30 min后的荧光强度。

其中，图1中，横坐标表示波长（wavelength），纵坐标表示强度（intensity）。图2中，横坐标为不同的离子，纵坐标表示强度（intensity）。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明做进一步地详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

本发明所用仪器与试剂：

核磁共振仪：Bruker AV-II 500 MHz NMR，TMS为内标，CDCl₃为溶剂。

所用试剂均为市售化学纯或分析纯。

实施例1

本发明荧光探针的合成

本发明荧光探针的制备途径如下：

取化合物1、质量分数为80%的水合肼溶于无水乙醇中，所述化合物1与水合肼物质的量之比为2:1，60 ^oC条件下搅拌2小时，固体完全析出，过滤，粗产物用无水乙醇重结晶，得到黄色针状化合物I；即式（I）所示的铁离子检测探针。

, 浅黄色固体，产率82%， pale yellow solid. IR (KBr) cm^-1 3440, 3138,1630, 1440, 1264, 976, 760. ¹H NMR (500 MHz, CDCl₃) δ 11.21 (s, 1H), 7.78 (s,2H), 7.36 – 7.18 (m, 4H), 6.90 (d, J = 8.0 Hz, 2H), 5.67 – 5.32 (m, 1H), 5.11(s, 2H), 3.08 – 2.85 (m, 8H), 2.18 – 1.85 (m, 4H). ¹³C NMR (125 MHz, CDCl₃) δ157.1, 145.3, 129.3, 128.8, 128.0, 118.1, 116.2, 50.0, 31.65 (s), 24.5.

实施例2

比率荧光探针分子工作曲线

取2 mL配制好的比率荧光探针分子的水分散溶液，加入20μL不同浓度（0, 0.08,0.1, 0.2, 0.5, 0.6, 0.8, 1 μmol/L）的硫酸铁水溶液，放置30min后，荧光光谱仪分别记录553 nm处荧光强度的变化。以荧光强度为纵坐标，铁离子浓度为横坐标作图，拟合得到比率荧光探针分子的工作曲线。本实施例中比率荧光探针对铁离子浓度的测定，其在380nm激发光激发下，荧光强度随铁离子浓度变化的关系图如图1所示。

实施例3

荧光探针分子阳离子选择性测定

取2mL实施例2中配制好的比率荧光探针分子的水分散溶液，加入20μL浓度为0.01M的Cu²⁺, Fe³⁺, Ni²⁺, Hg²⁺, Pb²⁺, Co²⁺, NH₄ ⁺, Ba²⁺, Zn²⁺ , Li⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺水溶液，放置30min后，荧光光谱仪分别记录553 nm处荧光强度的变化。实验结果表明，除了铁离子以外，其它粒子没有引起荧光的明显变化，说明本发明的探针分子具有很好的选择性。本实施例中荧光探针分子选择性测定，其在380nm激发光激发下，荧光强度随铁离子浓度变化的关系图如图2所示。

Claims

1.一种基于发光增强的铁离子检测探针，其特征在于，具有式（I）所示的结构：

（I）。

2.权利要求1所述的基于发光增强的铁离子检测探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

取化合物1、适量的肼溶于有机溶剂中，所述化合物1与肼物质的量之比为1:1-10:1，60℃条件下搅拌0.5~2小时，固体完全析出，过滤，粗产物用无水乙醇重结晶，得到白色针状化合物I；即式（I）所示的铁离子检测探针。

3.根据权利要求2所述的基于发光增强的铁离子检测探针的制备方法，其特征在于合成步骤中，化合物1和肼的物质的量之比为2:1。

4.根据权利要求2所述的基于发光增强的铁离子检测探针的制备方法，其特征在于，合成步骤中，所述的肼为水合肼。

5.根据权利要求2所述的基于发光增强的铁离子检测探针的制备方法，其特征在于，合成步骤中，所述的有机溶剂为无水乙醇。

6.权利要求1所述的铁离子检测探针在铁离子检测中非疾病的诊断或治疗的应用。

7.根据权利要求6所述的铁离子检测探针在铁离子检测中非疾病的诊断或治疗的应用，其特征在于，包括如下步骤：

配制荧光探针化合物I的四氢呋喃（THF）-水混合溶液，浓度为100 μmol/L，制成标准溶剂，然后用制成的标准溶剂配制成铁离子浓度分别为0μmol/L, 0.08μmol/L, 0.1μmol/L,0.2μmol/L, 0.5μmol/L, 0.6μmol/L, 0.8μmol/L, 1 μmol/L的铁离子标准溶液，放置30~60分钟后，在激发波长380nm，发射波长553 nm处分别测定不同铁离子浓度时的荧光强度，做成标准曲线，拟合确定荧光强度与铁离子浓度的函数关系，然后据此测定待测溶液的铁离子浓度。