CN109734709B - 一种小分子荧光探针及其制备方法与应用 - Google Patents
一种小分子荧光探针及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109734709B CN109734709B CN201910111450.0A CN201910111450A CN109734709B CN 109734709 B CN109734709 B CN 109734709B CN 201910111450 A CN201910111450 A CN 201910111450A CN 109734709 B CN109734709 B CN 109734709B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ions
- fluorescent probe
- solution
- gallium
- probe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
本发明公开了一种小分子荧光探针及其制备方法与应用，该小分子荧光探针以NBD荧光小分子和三联吡啶为基础，具有很强共轭π电子，其中三联吡啶作为金属离子的螯合位点，小分子荧光探针结合金属离子后能发射很强的荧光，该小分子探针可实现紫外和荧光精确检测镓离子和铬离子，可以用于检测溶液、活细胞以及斑马鱼中外源性的镓离子或者铬离子，本发明合成方法简单，操作方便，不需要苛刻的条件，而且合成产率和纯度都很高，因此在镓离子检测方面具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及荧光成像分子探针领域，尤其是涉及一种利用荧光成像技术检测镓离子的探针，具体涉及一种分子探针、其制备方法及应用。
背景技术
荧光检测技术是利用光谱学方法将物质结构本身特性反应出来的一种技术，是分析方法中最常用的一种，荧光成像也是检测金属离子一种简单有效的方法。然而，这种方法对样品的要求和工作环境上都有一定的局限性。此外，大多数探针的选择性和灵敏度都存在一定的限制，而且受到其他离子的干扰比较严重，误差较大，所以开发一种高选择性和灵敏性的探针是一种技术的挑战。
镓离子和铬离子对环境和生命体都是具有两重性的作用，镓离子具有一定的抗肿瘤效果，而且镓离子也可以作为一些抗菌材料的成分，在一定量的条件下多环境和生命体具有很好的保护左右，如果一旦超过人体或者环境所承受的量，这将会导致一些环境污染和人体相关副作用；其中铬也是，少量的铬有助于人体体内蛋白质，核酸的合成，也是一些关键酶的激活剂，但是如果超过一定的量，也会对环境造成污染以及一些人体副作用的疾病。所以，控制和检测这两种金属离子的含量是很有必要的，其中荧光检测分析就是非常有效的方法之一。
目前，基于荧光探针的金属离子检测技术逐渐成为分析方法中比较热门的领域。近几年报道了很多小分子荧光探针对不同的金属离子选择性识别，尤其是锌离子、铜离子、铁离子以及汞离子等，尽管如此多的金属离子探针被报道，但是目前对于镓离子和铬离子识别的探针报道很少，尽管有部分文献报道了该类探针对镓离子和铬离子的识别，但是选择性一直都不是很理想，鉴于此，本研究发明一种高选择性和高灵敏度的镓离子和铬离子的识别荧光探针。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高选择性和高灵敏度的镓离子和铬离子识别荧光探针。
为实现上述目的，本发明提供一种小分子荧光探针，所述分子探针分子式为C28H18N8O3，其结构式为：
本发明还提供上述小分子荧光探针的制备方法，具体包括如下步骤：
a)制备中间产物：将4-[2,2':6',2”-三联吡啶]-4'-基-苯甲醛溶解在乙醇溶液中，并在室温下加入水合肼搅拌，室温搅拌反应4-24h，反应得到白色固体并用乙醇洗涤干燥；
b)制备荧光小分子：将得到的白色固体和4-氯-7-硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑溶解在乙醇溶液中，再往里面加入醋酸钠，室温搅拌反应4-24h，冷却过滤，用乙醇洗涤数次干燥得到红色固体粉末；
c)小分子荧光探针的纯化：将红色固体粉末溶解在乙醇中，然后加热搅拌过滤，滤液缓慢挥发后得到纯的目标产物。
作为本发明的进一步改进，原料的摩尔比为：
1-5份4-[2,2':6',2”-三联吡啶]-4'-基-苯甲醛；
5-10份水合肼；
0.5-5份4-氯-7-硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑；
1-5份醋酸钠。
本发明还提供上述小分子荧光探针检测、识别环境中或生物样品中镓离子和铬离子的应用。
作为本发明的一种应用方式,通过紫外分光光度法，在500nm～600nm的波长范围内测定镓离子溶液的吸光度；在最大吸收波长520nm下识别环境中或生物样品中镓离子和铬离子。
作为本发明的一种应用方式，通过荧光分光光度法，以350nm为激发波长，在400nm到650nm的波长范围内测定镓离子溶液的吸光度；在最大吸收波长 574nm下识别环境中或生物样品中镓离子和铬离子。
作为本发明的一种应用范围,所述小分子荧光探针利用荧光成像检测正常细胞和癌细胞中外源性的镓离子和铬离子的应用。
作为本发明的一种应用范围,所述小分子荧光探针利用荧光成像检测斑马鱼体内外源性的镓离子和铬离子的应用。
本发明另一方面在于提供小分子荧光探针检测离子的方法，其具体步骤如下：
a)制备小分子荧光探针母液：将纯化后的小分子荧光探针溶解在1mL二甲亚砜中，得到探针母液；
b)紫外光谱法：将母液稀释得到20μM的探针工作液，其稀释液为去离子水，滴加待测检测液，待检测液的最大浓度限值为：1mM，紫外比色皿为500μL。
c)荧光光谱法：稀释探针母液得到2μM的探针工作液，其稀释液为去离子水，滴加待测检测液；在510nm处测定荧光值。
本发明具有如下优点：本发明的小分子荧光探针以NBD荧光小分子和三联吡啶为基础，具有很强共轭π电子，其中三联吡啶作为金属离子的螯合位点，小分子荧光探针结合金属离子后能发射很强的荧光，小分子荧光探针在镓离子或者铬离子的存在下增强探针分子内的电子转移，使得其荧光从无到有，紫外吸收峰蓝移，两者均在波长为410nm出现新的吸收，且随着镓离子和铬离子浓度增加，吸收峰也逐渐增加并转移，说明金属离子与探针发生了很强的结合，实现荧光技术精确检测镓离子和铬离子，并且可以检测活细胞和斑马鱼体内外源性的镓离子或者铬离子。因此在镓离子检测方面具有良好的应用前景。同时，本发明的合成方法简单、操作方便，不需要苛刻的条件。
附图说明
图1为实施例1中小分子荧光探针合成的路线模式图；
图2为实施例2中小分子荧光探针对镓离子和铬离子识别的紫外和荧光光谱；
图3为实施例3中小分子荧光探针对镓离子和铬离子的选择性和竞争性；
图4为实施例4中小分子荧光探针对镓离子和铬离子识别的密度泛函理论计算；
图5为实施例5中小分子荧光探针在癌细胞中检测外源性的镓离子和铬离子；
图6为实施例6中小分子荧光探针在斑马鱼中检测外源性的镓离子和铬离子；
图7为实施例1中合成小分子探针的质谱图；
图8为实施例1中合成小分子探针的核磁氢谱图。
具体实施方式
下面将结合实施例和效果例对本发明做进一步的详述，而非限制本发明的范围。
实施例1合成小分子荧光探针
将(500mg,1.48mmol)4-[2,2':6',2”-三联吡啶]-4'-基-苯甲醛溶解在20mL乙醇溶液中，并在室温下加入水合肼(98％,370mg,7.4mmol)搅拌，室温搅拌反应 16h，反应得到白色固体并用乙醇洗涤干燥；将以上得到的白色固体(421.2mg,1.2 mmol)和4-氯-7-硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑(200mg,1.0mmol)溶解在20mL乙醇溶液中，再往里面加入醋酸钠(98.4mg,1.2mmol)，室温搅拌反应16h，冷却过滤，用乙醇洗涤数次干燥得到红色固体粉末；上述红色固体粉末溶解在乙醇中，然后加热搅拌过滤，滤液缓慢挥发数天后得到纯的目标产物。合成小分子荧光探针的路线图和对镓离子结合模式图如图1所示，图1表示合成小分子荧光探针的路线图，其中EtOH为乙醇，RT为室温。
通过质谱、核磁以及光谱学方法可以确定该产物即为目标小分子荧光探针，其质谱和核磁氢谱图谱如图7-8所示，
探针质谱：
HR-MS(ESI)m/z[M+1]+:Calcd for C28H19N8O3,515.1575,found,515.1578；
探针核磁氢谱：
1H NMR(500MHz,DMSO-d6)δin ppm:8.79–8.68(m,7H),8.22–7.99(m,4H), 7.92(d,J＝7.8Hz,1H),7.79(d,J＝9.0Hz,1H),7.69(d,J＝7.8Hz,1H),7.61– 7.47(t,J＝6.0Hz,2H),7.01(s,1H),6.77(d,J＝9.2Hz,1H)。
实施例2小分子荧光探针对镓离子和铬离子响应的紫外和荧光光谱
制备0.5mL小分子荧光探针(2.0×10-6mol/L)的DMSO/H2O(v/v＝9:1)溶液。同浓度的镓离子溶液滴加到探针溶液中，如图2(A，B)所示，在探针溶液中加入镓离子或铬离子后，在280nm，410nm和548nm处的吸收带逐渐减少，500 nm～600nm处有一个新的吸收峰，并在520nm处出现最大吸收峰，其吸光强度随离子浓度逐渐增加，最终两者化学计量比为1:1。
在荧光滴定实验中，制备3mL小分子探针(2.0×10-5mol/L)的DMSO/H2O (v/v＝9:2)溶液。同浓度的镓离子或铬离子溶液滴加到探针溶液中，以500nm为激发波长测量探针从400nm到650nm的荧光值，实验结果见图2(C，D)。可观察到探针的荧光强度随镓离子浓度增加而增强，最大发射波长都在574nm左右，当两者浓度比例为1:1时，荧光强度达到饱和实施例3验证小分子荧光探针对镓离子或铬离子选择性和竞争性。
制备5mL分子探针(2.0×10-6mol/L)的DMSO/H2O(v/v＝9:2)溶液。通过将相应的盐溶于去离子水制备各种阳离子溶液(Eu3+,Dy3+,Er3+,Fe3+,Zn2+,Ni2+, Co2+,Mg2+,Ca2+,Cd2+,Mn2+,Cu2+,Ag+,Li+,Na+,Cr3+和Ga3+，1.0×10-3mol/L)。随后，将同等当量的金属离子溶液加入到探针溶液中。通过荧光光谱进行检测，实验结果见图3(A)。取荧光最大吸收波长进行对比，如图3(B)所示，离子包括 Eu3+,Dy3+,Er3+,Fe3+,Zn2+,Ni2+,Co2+,Mg2+,Ca2+,Cd2+,Mn2+,Cu2+,Ag+,Li+,Na+, Cr3+和Ga3+。除Ga3+和Cr3+外，这些金属离子对探针的荧光都没有产生明显变化。在加入Ga3+和Cr3+后，荧光在574nm处产生很强的发射，而且在探针结合镓离子和铬离子后，加入其他金属离子，仅有部分金属离子对体系的荧光强度有一定的干扰，可以判定探针和镓离子具有很强的结合能力。同时，肉眼可观察到探针溶液发生明显的颜色变化：从无色变为黄色。在365nm紫外灯下呈现出很强的绿光。结果表明探针对镓离子具有高选择性。(C)、(D)分别表示探针对不同离子响应的荧光可视化图和其他金属离子的竞争。(E)、(F)分别表示其他金属离子对探针和镓以及探针和铬体系在574nm处荧光的影响。
实施例4小分子荧光探针识别镓离子和铬离子的密度泛函理论计算
在探针单独存在下和结合镓离子或者铬离子后荧光从无到有的一个变化过程，其中具体产生变化的原因通过计算结合前后分子荧光探针的能级跃迁，计算两者跃迁时所需的能量是否有差别，从本质上来解释这种情况。实验结果见图4。
如图4所示，在探针单独存在下，分子探针的最高占据轨道(HOMO)的能量为-0.32515，最低空轨道(LUMO)的能量为-0.12301，而两者的能量差为： 0.11214，而在结合镓离子(或铬离子)后的HOMO值为-0.17060(-0.15673), 以及LUNO值为-0.12682(-0.11545)，其中两个轨道的能级差为：0.04378 (0.04128)，而且数据分析再结合离子后两者跃迁的能级差变小，使得跃迁变得更加容易。
实施例5小分子荧光探针的在癌细胞中成像效果
在癌细胞成像体系中，设立对照组(单独探针处理细胞)和实验组(探针处理后再加入不同浓度的镓离子处理)，最后通过荧光成像系统中的绿色通道(green channel)进行拍照记录。实验结果见图5。
如图5所示，在有镓离子(或铬离子)和没有镓离子(或铬离子)存在情况下，探针单独处理的癌细胞中并没有发现荧光出现，而随着镓离子(或铬离子) 浓度增加，探针逐渐可以在细胞中出现荧光，而且强度也是逐步增加，在人乳腺癌细胞(MDA-MB-231)和人肝癌细胞(HepG2)细胞中都观察到了同样的现象，说明探针可以检测癌细胞体内外源性的镓离子和铬离子。
实施例6小分子荧光探针的在斑马鱼中成像效果
在斑马鱼成像体系中，设立对照组(单独探针处理细胞)和实验组(探针处理后再加入不同浓度的镓离子处理)，最后通过荧光成像系统中的蓝色通道 (blue channel)和绿色通道(green channel)分别进行拍照记录。实验结果见图 6。
如图6所示，在有镓离子(或铬离子)和没有镓离子(或铬离子)存在情况下，探针和磷酸盐缓冲液单独处理的斑马鱼中并没有发现荧光出现，而随着镓离子(或铬离子)的加入，探针逐渐可以在斑马鱼中出现荧光，而且强度也是逐步增加，说明探针可以检测斑马鱼体内外源性的镓离子和铬离子。
本发明所述的小分子荧光探针可通过荧光光谱技术检测溶液中的镓离子和铬离子。
该小分子荧光探针在镓离子或铬离子存在下，紫外吸收峰发生蓝移(约26 nm)，同时荧光迅速从无到有，并产生很强的荧光信号。
本发明具有如下优点：通过本发明所述制备方法合成小分子荧光探针，还可以实现紫外和荧光光谱法精确传感镓离子和铬离子，并且可以快速、准确的检测癌细胞和斑马鱼体内中的镓离子和铬离子。因此在镓离子和铬离子检测方面具有良好的应用前景。同时，本发明的合成方法简单、操作方便，不需要苛刻的条件。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种小分子荧光探针，其特征在于：所述小分子荧光探针分子式为C28H18N8O3，其结构式为：
2.权利要求1所述的小分子荧光探针的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
a)制备中间产物：将4-[2，2’∶6’，2”-三联吡啶]-4’-基-苯甲醛溶解在乙醇溶液中，并在室温下加入水合肼搅拌，室温搅拌反应4-24h，反应得到白色固体并用乙醇洗涤干燥；
b)制备荧光小分子：将得到的白色固体和4-氯-7-硝基苯并-2-氧杂-1，3-二唑溶解在乙醇溶液中，再往里面加入醋酸钠，室温搅拌反应4-24h，冷却过滤，用乙醇洗涤数次干燥得到红色固体粉末；
c)小分子荧光探针的纯化：将红色固体粉末溶解在乙醇中，然后加热搅拌过滤，滤液缓慢挥发后得到纯的目标产物。
3.权利要求2所述的小分子荧光探针的制备方法，其特征在于，原料的摩尔比为：
1-5份4-[2，2’∶6’，2”-三联吡啶]-4’-基-苯甲醛；
5-10份水合肼；
0.5-5份4-氯-7-硝基苯并-2-氧杂-1，3-二唑；
1-5份醋酸钠。
4.根据权利要求1所述的小分子荧光探针制备检测、识别环境中或生物样品中镓离子和铬离子的试剂中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，通过紫外分光光度法，在500nm～600nm的波长范围内测定镓离子溶液的吸光度；在最大吸收波长520nm下识别环境中或生物样品中镓离子和铬离子。
6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，通过荧光分光光度法，以350nm为激发波长，在400nm到650nm的波长范围内测定镓离子溶液的吸光度；在最大吸收波长574nm下识别环境中或生物样品中镓离子和铬离子。
7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述小分子荧光探针利用荧光成像检测正常细胞和癌细胞中外源性的镓离子和铬离子的应用。
8.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述小分子荧光探针利用荧光成像检测斑马鱼体内外源性的镓离子和铬离子的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910111450.0A CN109734709B (zh) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | 一种小分子荧光探针及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910111450.0A CN109734709B (zh) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | 一种小分子荧光探针及其制备方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109734709A CN109734709A (zh) | 2019-05-10 |
| CN109734709B true CN109734709B (zh) | 2020-05-26 |
Family
ID=66367307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910111450.0A Active CN109734709B (zh) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | 一种小分子荧光探针及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109734709B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110128388A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-08-16 | 温州医科大学 | 一种以cs为荧光团的小分子荧光探针及其制备方法与应用 |
| CN113324959B (zh) * | 2021-05-20 | 2021-11-30 | 哈尔滨商业大学 | 一种检测亚硝酸盐自组装荧光探针的制备方法及其制备的荧光探针和应用 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5648270A (en) * | 1995-02-06 | 1997-07-15 | Molecular Probes, Inc. | Methods of sensing with fluorescent conjugates of metal-chelating nitrogen heterocycles |
| WO1999039575A2 (en) * | 1998-02-09 | 1999-08-12 | Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem | Synergistic biocidal activity of ternary complexes of negatively -charged biocides (component a), transition metal ions (component b), and neutral chelators (component c) |
| WO2003003009A1 (en) * | 2001-06-29 | 2003-01-09 | 7Tm Pharma A/S | Use of metal-ion chelates in validating biological molecules as drug targets in test animal models |
| GB0228335D0 (en) * | 2002-12-05 | 2003-01-08 | Elam T Ltd | Electroluminescent materials and devices |
| CN101430279A (zh) * | 2008-10-27 | 2009-05-13 | 江南大学 | 荧光分光光度法筛选催化非水相体系转酯化反应用酶的方法 |
| CN106518800B (zh) * | 2016-11-01 | 2019-04-16 | 曲阜师范大学 | 一种基于氢离子激活的双响应检测ClO-/H2S荧光分子探针的制备方法及应用 |
-
2019
- 2019-02-12 CN CN201910111450.0A patent/CN109734709B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109734709A (zh) | 2019-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | A ruthenium (II) complex–cyanine energy transfer scaffold based luminescence probe for ratiometric detection and imaging of mitochondrial peroxynitrite | |
| Yang et al. | A highly selective “turn-on” fluorescent sensor for zinc ion based on a cinnamyl pyrazoline derivative and its imaging in live cells | |
| CN111116534B (zh) | 一种小分子探针cmsh以及制备方法及应用 | |
| CN110563685B (zh) | 一种以3-羟基黄酮为荧光团的小分子荧光探针及其制备方法与应用 | |
| CN109734709B (zh) | 一种小分子荧光探针及其制备方法与应用 | |
| Strianese et al. | Interaction of monohydrogensulfide with a family of fluorescent pyridoxal-based Zn (ii) receptors | |
| CN109705111B (zh) | 一种汞离子检测探针及其制备方法和应用 | |
| CN110467621B (zh) | 一种次氯酸离子小分子荧光探针及其制备方法与应用 | |
| CN110950854B (zh) | 一种关-开型分子荧光探针cmtah及其制备方法与应用 | |
| CN110818646B (zh) | 基于聚集诱导发光小分子荧光探针及其制备方法及应用 | |
| Deng et al. | A rapid “on–off–on” mitochondria-targeted phosphorescent probe for selective and consecutive detection of Cu 2+ and cysteine in live cells and zebrafish | |
| CN107698557B (zh) | 基于吡啶联吡唑酰腙衍生物的荧光探针及其制备方法和应用 | |
| Ganesan et al. | Function-oriented synthesis of fluorescent chemosensor for selective detection of Al3+ in neat aqueous solution: Paperstrip detection & DNA bioimaging | |
| CN110128388A (zh) | 一种以cs为荧光团的小分子荧光探针及其制备方法与应用 | |
| CN104777141A (zh) | 苯并噻唑衍生物在极度酸性环境中检测pH的应用 | |
| CN110117236B (zh) | 一种以ts为荧光团的小分子荧光探针及其制备方法与应用 | |
| CN107417732A (zh) | 一种有机配合物汞离子探针及其制备方法与应用 | |
| CN107382977B (zh) | 基于吡嗪联吡唑酰腙衍生物的荧光探针及其制备方法和应用 | |
| Ye et al. | Design and synthesis of a new terbium complex-based luminescent probe for time-resolved luminescence sensing of zinc ions | |
| CN108250188B (zh) | 一种检测铜离子的长波长荧光探针及其合成方法与应用 | |
| CN109776353B (zh) | 一种小分子探针h4l及其制备方法和应用 | |
| CN113527283B (zh) | 一种小分子荧光HClO探针、制备方法及其应用 | |
| Xu et al. | A mitochondrial targeted dual ratiometric near-infrared fluorescent probe based on ICT effect for the detection of SO2 derivative and its bioimaging | |
| CN113912612B (zh) | 一种碱性pH荧光探针哒嗪并[4,5-b]喹喔啉-1,4-二胺席夫碱及其制备方法和应用 | |
| CN113234046B (zh) | 一种检测次氯酸根离子的荧光探针及其应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |