CN109912581A - 基于香豆素与苯乙烯吡啶鎓的次氯酸荧光探针及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于香豆素与苯乙烯吡啶鎓的检测次氯酸的比率荧光探针，是由能量供体香豆素荧光团、能量受体(E)‑4‑(4‑(二乙胺基)‑苯乙烯基)‑1‑甲基吡啶鎓氯化物和链接基团乙酰基哌嗪构成，其化学结构式如式(I)所示。本发明的探针实现对次氯酸的高选择性和灵敏度的检测，随着次氯酸浓度的增大，其在472nm处荧光发射强度逐渐增强，在600nm处发射强度逐渐减弱；二者比值(I₄₇₂/I₆₀₀)与次氯酸浓度在一定范围内呈线性关系。能够在培养的细胞内实现比率成像，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

基于香豆素与苯乙烯吡啶鎓的次氯酸荧光探针及其应用

技术领域

本发明涉及一种基于荧光共振能量转移机理的检测次氯酸的比率荧光探针及其应用，尤其涉及一种基于香豆素与苯乙烯吡啶鎓的检测次氯酸的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

次氯酸是生物体内的一种重要的活性氧，由氯离子和过氧化氢在过氧化酶的催化下生成，作为内源性杀菌剂能够杀菌抗病毒，在生物体内起着至关重要的作用。另一方面，次氯酸生成量的失调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选择性和灵敏性高，响应速度快等优点，引起了众多科学家的广泛关注[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等因素的干扰而备受青睐[L.Yuan et al,Acc.Chem.Res.,2013,46,1462]。尽管基于ICT,TBET和ESIPT成功构建大量的荧光比率探针，但是基于FRET机理的比率荧光探针具有更多的优势。FRET机理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。能量供体被激发后能量转移到能量受体，能量受体发射自身荧光。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。经检索，有关基于香豆素与苯乙烯吡啶鎓的检测次氯酸的比率荧光探针及其应用的专利还未见报道。

发明内容

针对现有技术的待完善之处，本发明要解决的问题是开发一种基于香豆素与苯乙烯吡啶鎓的检测次氯酸的比率荧光探针及其应用。

本发明所述的基于FRET机理的次氯酸荧光比率探针是一种基于香豆素与苯乙烯吡啶鎓的检测次氯酸的比率荧光探针，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-(二乙胺基)-苯乙烯基)-1-甲基吡啶鎓氯化物和链接基团乙酰基哌嗪构成，其化学结构式如式(I)所示：

式(I)。

上述检测次氯酸的比率荧光探针以如下方法制得：用已知方法合成1-(2-(4-(7-(二乙胺基)-2-氧代-2H-色烯-3-羰基)哌嗪-1-基)-2-氧乙基)-4-甲基吡啶鎓氯化物，然后与4-(二甲胺基)-苯甲醛在乙醇溶液中进行缩合反应，即得到所述次氯酸荧光比率探针。

本发明所述基于香豆素与苯乙烯吡啶鎓的检测次氯酸的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培养的细胞、含次氯酸的溶液。

本发明所述基于香豆素与苯乙烯吡啶鎓的检测次氯酸的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，能量受体发射出自身荧光；在次氯酸存在下，能量受体单元中的吡啶环上氮邻位上的碳和乙酰基邻位碳被氧化成酮，见图1，随着探针受体结构不断被破坏，能量转移过程逐渐被阻断，能量供体被激发时，能量供体发射自身荧光。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CTAB缓冲液(CTAB:5×10^-4，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：Ca²⁺,SO^2- ₃,Cu²⁺,Fe²⁺,Fe³⁺,GSH,H₂O₂,HO.,Mg²⁺,NO^- ₂,¹O₂,S^2-,ONOO^-,t-BuOOH,t-BuOO.和HOCl。然后，对上述溶液进行荧光测试，结果表明上述探针可以高选择性的检测次氯酸，见图2。

本发明所述的荧光探针随次氯酸浓度的增加，472nm处荧光强度逐渐增强，600nm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次氯酸，见图3。

在加入本发明所述基于香豆素与苯乙烯吡啶鎓的检测次氯酸的比率荧光探针的RAW264.7活细胞中，对照组(A)不加入LPS，实验组(B)加入LPS(LPS：细胞产生次氯酸的刺激剂)，观察细胞染色荧光显微成像变化。可以看出对照组A细胞红色通道荧光较强，蓝色通道荧光较弱；实验组B红色通道荧光较A组减弱，蓝色通道荧光较A组增强；其蓝色通道荧光与红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能够实现对次氯酸的高选择性和灵敏度的检测，不仅可以实现对低浓度次氯酸的定量检测，而且能够用于细胞内的次氯酸比率成像；随着次氯酸浓度的增大，其在472nm处荧光发射强度逐渐增强，在600nm处发射强度逐渐减弱；二者比值(I472/I600)与次氯酸浓度在一定范围内呈线性关系。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为本发明所述基于香豆素与苯乙烯吡啶鎓的检测次氯酸的比率荧光探针与次氯酸反应生成产物的核磁共振谱(¹H NMR)。

图2为本发明所述基于香豆素与苯乙烯吡啶鎓的检测次氯酸的比率荧光探针对多种活性氧、金属离子、还原性离子以及生物小分子等被分析物响应荧光强度比柱状图。

图3为本发明所述基于香豆素与苯乙烯吡啶鎓的检测次氯酸的比率荧光探针在472nm与600nm处的荧光强度变化(A)，及其比值与次氯酸浓度间的线性关系图(B)。

图4为本发明所述基于香豆素与苯乙烯吡啶鎓的检测次氯酸的比率荧光探针在RAW264.7细胞内荧光显微成像图，蓝色通道(405-555nm)和红色通道(560-700nm)。

其中：细胞用本发明所述次氯酸探针(2μM)溶液孵化2小时后的蓝色和红色通道成像；细胞先用2μg mL^-1LPS孵化12h后，再用8μM该次氯酸探针溶液孵化2小时(A)。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(B)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明内容进行详细说明。如下所述例子仅是本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

实施例1本发明所述检测次氯酸的比率荧光探针的制备

1-(2-(4-(7-(二乙胺基)-2-氧代-2H-色烯-3-羰基)哌嗪-1-基)-2-氧乙基)-4-甲基吡啶鎓氯化物(499mg,1mmol)与4-(二甲胺基)-苯甲醛(193mg,1mmol)和哌啶0.5mL在乙醇中回流8h，得到混合物。用柱层析色谱(甲醇:二氯甲烷＝1:15)分离提纯得到探针，褐红色固体，产率53％。

结构确认谱图数据：

IR(KBr)ν/cm:3442.41,2926.99,1709.53,1619.54,1585.55,1524.27,1473.39,1421.85,1359.92,1330.28,1227.02,1167.83,1132.17,821.60；

¹H NMR(300MHz,d₆-DMSO),δ(ppm):1.136(t,6H,J＝6.9Hz),3.030(s,6H),3.388-3.614(m,12H),5.602(s,2H),6.570(s,1H),6.752-6.815(m,3H),7.200(d,1H,J＝15.9Hz),7.528(d,1H,J＝8.7Hz),7.616(d,2H,J＝9.0Hz),7.921(d,1H,J＝15.9Hz),8.037-8.097(m,4H),8.590(d,2H,J＝6.9Hz)；

¹³C NMR(75MHz,d₆-DMSO),δ(ppm):164.89,164.45,159.00,157.18,154.77,152.52,151.85,145.44,144.74,143.19,130.82,130.68,122.95,122.22,117.61,116.10,112.44,109.95,107.66,96.80,60.03,44.66,43.93,12.77；

HR-MS m/z:calcd forC₃₅H₄₀N₅O₄ ⁺594.3080,found:594.2960。

上述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20当量的：Ca²⁺,SO^2- ₃,Cu²⁺,Fe²⁺,Fe³⁺,GSH,H₂O₂,HO^.,Mg²⁺,NO^- ₂,¹O₂,S^2-,t-BuOOH,t-BuOO.和HOCl。作用1h后，对样品进行荧光测试。

结果表明，该探针仅对HClO表现出良好的选择性。见图2。

实施例3

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不同当量的HClO，作用1h后进行荧光测试。

结果表明，472nm处荧光强度与600nm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(8μM)溶液孵化2小时，然后PBS(pH＝7.2)洗涤三次进行共聚焦细胞成像检测。另一组用2μg mL^-1LPS孵化12h后，再用8μM该次氯酸探针溶液孵化2小时，接着用PBS洗涤三次后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(**p<0.01,n＝3)。

所用激发波长为405nm，蓝色通道收集波长为405-555nm，红色通道收集波长为560-700nm。见图4。

Claims (3)

1.一种基于香豆素与苯乙烯吡啶鎓的检测次氯酸的比率荧光探针，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-(二乙胺基)-苯乙烯基)-1-甲基吡啶鎓氯化物和链接基团乙酰基哌嗪构成，其化学结构式如式(I)所示：

2.权利要求1所述基于香豆素与苯乙烯吡啶鎓的检测次氯酸的比率荧光探针在检测含次氯酸样品中的应用。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述含次氯酸样品是培养的细胞、含次氯酸的溶液。