CN110698386B - 一种pH近红外荧光探针的制备和应用 - Google Patents

一种pH近红外荧光探针的制备和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110698386B
CN110698386B CN201911049377.5A CN201911049377A CN110698386B CN 110698386 B CN110698386 B CN 110698386B CN 201911049377 A CN201911049377 A CN 201911049377A CN 110698386 B CN110698386 B CN 110698386B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fluorescent probe
probe
fluorescence
fluorescent
preparation
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
Application number
CN201911049377.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110698386A (zh
Inventor
李春艳
佘遵攀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiangtan University
Original Assignee
Xiangtan University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiangtan University filed Critical Xiangtan University
Priority to CN201911049377.5A priority Critical patent/CN110698386B/zh
Publication of CN110698386A publication Critical patent/CN110698386A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110698386B publication Critical patent/CN110698386B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D209/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings, condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom
    • C07D209/56—Ring systems containing three or more rings
    • C07D209/58—[b]- or [c]-condensed
    • C07D209/60—Naphtho [b] pyrroles; Hydrogenated naphtho [b] pyrroles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1003—Carbocyclic compounds
    • C09K2211/1007—Non-condensed systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018—Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025—Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1029—Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N2021/6417—Spectrofluorimetric devices

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本发明涉及了一种pH近红外荧光探针的制备和应用，该荧光探针的结构式为：
Figure DDA0002253979420000011
本发明提供了以1,1,2‑三甲基‑1H‑苯并[e]吲哚、环己酮、碘乙烷等为原料合成该荧光探针的制备方法；该荧光探针是一种pH近红外荧光探针；首先，该荧光探针在酸性环境下表现出很高的灵敏度；其次，该荧光探针对pH表现出较高的选择性，不受其他无机离子的干扰；并且，该荧光探针对pH反应非常迅速；此外，该荧光探针应用于区别正常细胞与癌细胞。

Description

一种pH近红外荧光探针的制备和应用
技术领域
本发明属于荧光探针技术领域，具体涉及基于花菁染料的pH近红外荧光探针的制备和应用。
背景技术
细胞内pH在许多细胞事件中起关键作用，包括细胞生长和凋亡，离子运输和体内稳态，钙调节，内吞作用和细胞粘附等等(Tang B,Yu F,Li P,et al.Journal of theAmerican Chemical Society,2009,131:3016-3023)。在正常的生理条件下，细胞外氢离子浓度保持在非常狭窄的范围内，微小的变化都将引起许多疾病(Lagadic-Gossmann D,Rissel M,Galisteo M,et al.British journal of pharmacology,1999,128:1673-1682.)。先前的证据表明，肿瘤的内部环境已被酸化(Schornack P A,Gillies RJ.Neoplasia,2003,5:135-145)。随着葡萄糖代谢的增加，癌症中H+的产生和排泄通常也会增加。与正常组织(pH 7.2-7.4)相比，在生理条件下，恶性肿瘤的细胞pH(pH 6.5-6.9)较低(Stubbs M,McSheehy P M J,Griffiths J R,et al.Molecular medicine today,2000,6:15-19；Van Sluis R,Bhujwalla Z M,Raghunand N,et al.Magnetic Resonance inMedicine:An Official Journal of the International Society for MagneticResonance in Medicine,1999,41:743-750)。因此，我们可以将pH看作有效的癌症生物标志物，将它视为早期发现癌症的突破口，这就迫切需要设计有效的方法去精确检测它。
荧光检测方法以其灵敏度高，操作简单，并且可以应用于生物成像等优点，受到了广泛的关注。近年来，有许多荧光探针被设计开发用来检测pH，比如：基于香豆素的探针(Dong B,Song X,Wang C,et al.Analytical chemistry,2016,88:4085-4091)，基于半花菁的探针(Wu L,Wang Y,James T D,et al.Chemical communications,2018,54:5518-5521；)和基于芘的探针(Cao L,Zhao Z,Zhang T,et al.Chemical Communications,2015,51:17324-17327)。但是，这些探针具有较短的激发和发射波长(<550nm)，导致过度的自发荧光和较浅的穿透深度，从而降低了探针的灵敏度，并阻碍了它们在生物系统中的应用。相比之下，近红外(NIR)荧光探针光损伤小，可以深入地渗透到组织中，从而最大程度地减少了背景荧光的干扰，对生物成像更有利。因此，设计并合成具有长波长发射的近红外荧光探针是非常有意义的。
花菁染料是一种近红外荧光染料。目前，基于花菁染料而设计出来的荧光探针已被用来检测Hg2+、NO、H2O2、和臭氧等等(Guo Z,Zhu W,Zhu M,et al.Chemistry-A EuropeanJournal,2010,16:14424-14432；Sasaki E,Kojima H,Nishimatsu H,et al.Journal ofthe American Chemical Society,2005,127:3684-3685；Yu F,Li P,Song P,etal.Chemical communications,2012,48:4980-4982；Xu K,Sun S,Li J,et al.ChemicalCommunications,2012,48:684-686)。但是，基于花菁染料被用来检测pH的探针非常少。因此，设计和合成一个基于花菁染料的近红外荧光探针用来检测pH，并用于区别正常细胞与癌细胞是非常有必要的。
发明内容
根据所提出的要求，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，提供了一种基于花菁染料的pH近红外荧光探针。
本发明的技术方案是，一种pH近红外荧光探针，其结构式如下：
Figure BDA0002253979400000021
一种pH近红外荧光探针的制备方法。步骤如下：
在100mL的圆底烧瓶中，将1当量的花菁CyCl和2～3当量的乙酸钠溶解到5～10mLN,N-二甲基甲酰胺中，氮气保护，搅拌10～14h后，停止反应，然后将反应混合物冷却至室温，用二氯甲烷萃取后，有机层用饱和食盐水洗涤。用无水硫酸钠干燥有机层，通过减压蒸馏除去溶剂，粗产品用体积比为100:1～20:1的CH2Cl2/CH3CH2OH洗脱剂进行柱层析，得到红色固体产物(产率52％)，即为荧光探针。
本发明的有益效果是，一种pH近红外荧光探针的良好的光谱响应性能。首先，研究了该探针的荧光光谱性质，在中性条件下，荧光探针没有近红外(780nm)的荧光发射峰；在酸性条件下，在近红外区(780nm)出现了荧光发射峰，并且随着酸性条件的增强，探针分子的近红外荧光强度不断增加。因此该探针可以检测酸性条件下的pH。其次，研究了探针的紫外吸收光谱，在中性条件下，探针在560nm处有吸收带；随着酸性条件的增强，560nm处的吸收峰逐渐降低，在760nm附近出现新的吸收峰。接着，研究了探针的选择性，分别考察了探针与无机离子(K+,Ca2+,Na+,Mg2+,Fe2+,Fe3+,Cr3+,Hg2+,HCO3 -,F-,Br-,Ac-,SO4 2-,NO3 -.)在pH＝5.0和pH＝7.4环境下的荧光响应情况。结果发现，只有pH能引起荧光光谱的改变，其他无机离子对探针的荧光光谱没有明显的影响。此外，该荧光探针对pH的响应非常迅速。
一种pH近红外荧光探针的应用。在正常细胞中加入荧光探针，几乎观察不到荧光，这说明正常细胞中的pH呈中性。在癌细胞中加入荧光探针，可以观察到有较强的荧光产生，这说明癌细胞中的pH较低。这些结果说明荧光探针能区别正常细胞与癌细胞，这为早期检测癌症提供了一种可靠的手段。
附图说明
图1为荧光探针的合成路线。
图2为荧光探针在不同pH缓冲液下的紫外可见吸收光谱图。
横坐标为波长，纵坐标为吸光度。荧光探针的浓度均为5μM，SDS浓度为5mM，pH分别为：5.0,5.5,5.9,6.2,6.5,6.8,7.4。
图3为荧光探针在不同pH缓冲液下的荧光光谱图。
横坐标为波长，纵坐标为荧光强度。荧光探针的浓度均为5μM，SDS浓度为5mM，pH分别为：5.0,5.5,5.9,6.2,6.5,6.8,7.4。荧光激发波长为720nm。
图4为荧光探针在不同pH缓冲液下的荧光线性响应图。
荧光探针的浓度均为5μM，SDS浓度为5mM。荧光激发波长为720nm。
图5为荧光探针的选择性图。
荧光探针的浓度均为5μM，SDS浓度为5mM，其它分析物浓度均为100μM，分别为：1.Blank,2.K+,3.Ca2+,4.Na+,5.Mg2+,6.Fe2+,7.Fe3+,8.Cr3+,9.Hg2+,10.HCO3 -,11.F-,12.Br-,13.Ac-,14.SO4 2-,15.NO3 -.
图6为荧光探针在不同pH缓冲液下荧光强度随时间变化的关系曲线图。
图7为人结肠癌细胞毒性试验。横坐标为荧光探针的浓度，纵坐标为细胞的存活率。
图8为人结肠粘膜细胞毒性试验。横坐标为荧光探针的浓度，纵坐标为细胞的存活率。
图9荧光探针在正常细胞与癌细胞中的细胞成像图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，但不限于此。
实施例1：
荧光探针的合成
合成路线如图1。在100mL的圆底烧瓶中，将1当量的花菁CyCl和2当量的乙酸钠溶解到8ml N,N-二甲基甲酰胺中，氮气保护，搅拌12h后，停止反应，然后将反应混合物冷却至室温，用二氯甲烷萃取后，有机层用饱和食盐水洗涤。用无水硫酸钠干燥有机层，通过减压蒸馏除去溶剂，粗产品用体积比为100:1～20:1的CH2Cl2/CH3CH2OH洗脱剂进行柱层析，得到红色固体产物(产率52％)，即为荧光探针。1H NMR(400MHz,CDCl3,ppm):δ8.33(d,J＝12.8Hz,2H),8.04(d,J＝8.8Hz,2H),7.80(d,J＝8.4Hz,2H),7.76(d,J＝8.4Hz,2H),7.47(t,J＝7.6Hz,2H),7.25-7.28(m,2H),7.07(d,J＝8.4Hz,2H),5.51(d,J＝13.2Hz,2H),3.82-3.85(m,4H),2.63-2.66(m,4H),2.00(s,12H),1.93-1.87(m,2H),1.33(t,J＝6.8Hz,6H).13C NMR(100MHz,CDCl3,ppm):δ186.28,163.9,141.1,132.9,130.0,130.0,129.5,129.1,126.8,126.3,122.5,121.9,109.0,91.9,48.6,37.2,29.7,28.0,25.9,22.8,11.5.MS(TOF):591.4.
实施例2：
荧光探针，SDS溶液和不同pH溶液配制
探针溶液的制备：称取一定量探针溶解在二甲基亚砜中，配成4×10-4M的探针溶液。SDS溶液的配制：称取一定量十二烷基硫酸钠溶解在纯水中，配成4×10-1M的SDS溶液。不同pH缓冲溶液的配制：称取一定量的NaCl,KCl,Na2HPO4和NaH2PO4溶解在纯水中，通过pH计测定，来配制不同pH缓冲溶液。
实施例3：
荧光探针在不同pH缓冲液中的紫外可见吸收光谱的测定
图2为荧光探针在不同pH缓冲液中紫外可见吸收光谱图，荧光探针的浓度为5μM，SDS溶液的浓度为5mM，pH的大小依次为5.0,5.5,5.9,6.2,6.5,6.8,7.4。紫外可见吸收光谱测定用的仪器为安捷伦Cary60紫外可见分光光度计。从图2中可以看出，随着pH的降低，探针在560nm处的吸收峰逐渐降低，在760nm处的吸收峰逐渐增高。
实施例4：
荧光探针在不同pH缓冲液中的荧光光谱的测定
图3为荧光探针在不同pH缓冲液中的荧光光谱，荧光探针的浓度为5μM，SDS溶液的浓度为5mM，pH的大小依次为5.0,5.5,5.9,6.2,6.5,6.8,7.4。激发波长固定为720nm，发射波长范围为750～840nm。狭缝宽度为5.0nm/5.0nm，所用的荧光测定仪器为日立F4600荧光分光光度计。从图3可以看出，随着pH降低，在近红外区(780nm)逐渐出现了荧光发射峰，并且其荧光强度不断增加。这是因为拉-推π-共轭体系在这种花菁染料中形成。因此该探针可以检测酸性条件下pH。图4为探针在不同pH缓冲液下的线性响应图，可以发现荧光强度和不同的pH呈线性关系。
实施例5：
荧光探针对pH测定的选择性
图5为荧光探针对pH测定的选择性图。考察在浓度为5μM的荧光探针溶液中加入SDS(5mM)及其100μM无机离子(K+,Ca2+,Na+,Mg2+,Fe2+,Fe3+,Cr3+,Hg2+,HCO3 -,F-,Br-,Ac-,SO4 2-,NO3 -.)在pH＝5.0和pH＝7.4环境下的荧光响应情况。从图5中可以看出，只有pH能引起荧光光谱的改变，其他无机离子对探针的荧光光谱没有明显的影响。这些结果表明，荧光探针对pH有较好的选择性。
实施例6：
荧光探针与pH作用的响应时间的测定
我们研究了荧光探针对pH的响应时间，其结果如图6。从图中可以看出，该探针对pH的响应时间非常短，这能够满足在实际样品中进行实时监测的要求。从图6我们还可以看出，荧光强度达到最大值后，在之后的时间里，荧光强度不再发生变化，这表明此荧光探针光稳定性较好。
实施例7：
荧光探针在活细胞中的应用
首先，我们做了细胞毒性试验，如图7和图8所示。当加入0～50μM探针，人结肠癌细胞和人结肠粘膜细胞的细胞成活率均在90％以上。这可以说明，该荧光探针毒性较小。然后，我们研究荧光探针在活细胞中的应用，选择人结肠癌细胞HCT116和人正常结直肠粘膜细胞FHC进行共聚焦显微成像，结果如图9所示。分别在两种细胞中加入荧光探针，可以发现，在正常细胞中几乎观察不到荧光，而在癌细胞中可以观察到有较强的荧光产生，这说明癌细胞中的pH较正常细胞中的pH低。这些结果说明荧光探针能区别正常细胞与癌细胞，这为早期检测癌症提供了一种可靠的手段。

Claims (1)

1.一种化合物的应用，其特征在于，所述化合物用于制备区别正常细胞与癌细胞的荧光探针，所述化合物的结构为：
Figure FDA0003836785740000011
CN201911049377.5A 2019-10-30 2019-10-30 一种pH近红外荧光探针的制备和应用 Active CN110698386B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911049377.5A CN110698386B (zh) 2019-10-30 2019-10-30 一种pH近红外荧光探针的制备和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911049377.5A CN110698386B (zh) 2019-10-30 2019-10-30 一种pH近红外荧光探针的制备和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110698386A CN110698386A (zh) 2020-01-17
CN110698386B true CN110698386B (zh) 2022-11-15

Family

ID=69203021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911049377.5A Active CN110698386B (zh) 2019-10-30 2019-10-30 一种pH近红外荧光探针的制备和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110698386B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115160338B (zh) * 2022-04-27 2023-05-12 湘潭大学 基于花菁染料的靶向性比率pH荧光探针的制备和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A naked-eye and ratiometric near-infrared probe for palladium via modulation of a p-conjugated system of cyanines";Xiaohang Wang et al.;《Chem. Commun.》;20140905;第50卷;第13525-13528页 *
"Facile Derivatizations of Heptamethine Cyanine Dyes";Lucjan Strekowski et al.;《Synthetic Communications》;19921231;第22卷;第2593-2598页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110698386A (zh) 2020-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110540837B (zh) 一种过氧化氢近红外荧光探针的制备和应用
Zhao et al. Transforming the recognition site of 4-hydroxyaniline into 4-methoxyaniline grafted onto a BODIPY core switches the selective detection of peroxynitrite to hypochlorous acid
Du et al. A turn-on fluorescent probe based on Si-rhodamine for sensitive and selective detection of phosgene in solution and in the gas phase
CN113563229B (zh) 基于异佛尔酮-肉桂醛的粘度荧光探针的制备和应用
CN111518071B (zh) 一种半胱氨酸近红外荧光探针的制备和应用
Zhong et al. A novel near-infrared fluorescent probe for highly selective recognition of hydrogen sulfide and imaging in living cells
Yang et al. Phenothiazine–aminothiourea–Hg (II) ensemble-based fluorescence turn-on toward iodide in aqueous media and imaging application in live cells
CN111518083B (zh) 一种检测一氧化碳的打开型荧光探针的制备和应用
CN104860957A (zh) 一种近红外汞离子荧光探针的制备及应用
CN110746437B (zh) 基于吡喃-香豆素的一氧化碳荧光探针的制备和应用
CN106518900A (zh) 基于bodipy染料的次氯酸根荧光探针的合成及应用
Zhu et al. Near-infrared cyanine-based sensor for Fe 3+ with high sensitivity: its intracellular imaging application in colorectal cancer cells
Yao et al. A smart two-photon fluorescent platform based on desulfurization–cyclization: a phthalimide–rhodamine chemodosimeter for Hg 2+ NIR emission at 746 nm and through-bond energy transfer
CN111393461B (zh) 一种基于bodipy的钯离子荧光探针化合物及其合成方法
CN114181204B (zh) 一种检测粘度的近红外荧光探针及其制备和应用
CN110698386B (zh) 一种pH近红外荧光探针的制备和应用
Yu et al. Enhancing probe’s sensitivity for peroxynitrite through alkoxy modification of dicyanovinylchromene
CN110669503B (zh) 一种一氧化碳近红外荧光探针的制备和应用
CN111825718B (zh) 基于喹啉-氧杂蒽的碱性磷酸酶荧光探针的制备和应用
CN107344947B (zh) 一种铁离子荧光探针分子及其制备方法和应用
CN109180695B (zh) 基于脱氧罗丹明的一氧化氮荧光探针的制备和应用
CN113024504B (zh) 基于异佛尔酮-氧杂蒽的硫化氢荧光探针的制备和应用
CN108101901B (zh) 活性氧依赖性的硫化氢荧光探针及其制备方法与应用
Li et al. A NIR-emissive probe with a remarkable Stokes shift for CO-releasing molecule-3 detection in cells and in vivo
Cheng et al. A novel reversible fluorescent probe for Cu2+ and S2− ions and imaging in living cells

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