CN110702653B - 一种聚集诱导荧光探针在指纹荧光成像中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新材料荧光探针领域,更具体地,涉及一种聚集诱导荧光探针在指纹荧光成像中的应用。所述荧光探针具有如式(一)所示的结构通式:
Figure DDA0002235980010000011
其中R1和R2为Ar1和Ar2任一位置的取代基,且R1和R2中至少有一个为亲水基团;Ar1和Ar2为芳环。使用本发明所述的荧光探针,再借助普通单反相机,可以将光滑物体表面的潜在指纹通过染色之后用紫外光激发的方法显现出来。更加简便直接地得到低背景噪音且高亮度、高清晰度的荧光指纹成像。

Description

一种聚集诱导荧光探针在指纹荧光成像中的应用
技术领域
本发明涉及新材料荧光探针领域,更具体地,涉及一种聚集诱导荧光探针在指纹荧光成像中的应用。
背景技术
指纹指的是手指部分的皮肤表面隆起的脊和凹下去的谷,共同构成特异性纹路。它的纹路的特征在人的婴儿时期就已经固定。指纹由皮肤表面失去活性的角质层细胞构成,即使生活中对它不断的磨损,但是只要不伤害到真皮组织,它仍旧会自然长出,且不会发生变化。当我们的手指接触到面部、颈部、毛囊时,这些乳头状脊内的皮脂含量会增高,随后,当富含皮脂的乳头状脊接触到表面材质为铝、石英、云母、硬币、瓷器的物体时会留下镜像的指纹细脊的图案,这种细脊的图案被称为潜在的不可见的指纹,即潜在指纹。在人的众多生物特征中,指纹是应用最为广泛,被人们接受程度最高的一种。例如,警察侦讯案件的过程中,常常需要用到指纹采集。由于指纹对于每个人而言的单一性、特殊性和永久不变性,指纹采集和成像对于案件的侦讯过程起到了不可或缺的作用。
目前现有的利用具有AIE性质的分子来检测潜在指纹的研究中,在其检测操作工程中存在很多缺陷,比如:1、现有的研究中大多数AIE检测分子为脂溶性,在其浸泡检测基底上的指纹痕迹时,会溶解一部分指纹纹路上的脂类分泌物,所以将会使指纹的痕迹产生部分损失,因此一般在检测时,需要使其在两相体系形成AIE粒子,然后才能进行检测,这就导致其产生了不易保存的缺点;2、现有的AIE检测分子在检测不同基底上的潜在指纹时需要配置不同浓度比例的溶液,所以操作比较繁琐。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种聚集诱导荧光(聚集诱导荧光增强)探针在指纹荧光成像中的应用,该探针能对多种材质表面的潜在指纹形成清晰且辨识度极高的荧光成像。由此解决传统的指纹采集方法采集效率低、操作复杂,并且对采集的背景有一定的要求的技术问题。
按照本发明的第一方面,提供了一种线型聚集诱导荧光探针在指纹荧光成像中的应用,所述荧光探针具有如式(一)所示的结构通式:
Figure BDA0002235978990000021
其中Ar1和Ar2为芳环,R1和R2为Ar1和Ar2中任一位置的取代基,且R1和R2中至少有一个为亲水基团。
优选地,所述R1和R2中至少有一个为
Figure BDA0002235978990000022
Figure BDA0002235978990000023
优选地,Ar1和Ar2各自独立地为如下式(二)至式(十二)中的一种:
Figure BDA0002235978990000024
Figure BDA0002235978990000031
其中,R3为氢、烷基、端胺基烷基或端羟烷基。
优选地,所述的应用,包括如下步骤:
使含有所述荧光探针的溶液与含有潜在指纹的载体接触,使得所述荧光探针在潜在指纹的脊线处聚集,在紫外光激发下,激发态的该荧光探针分子通过辐射衰减回到基态,发出荧光,从而实现潜在指纹的荧光成像。
优选地,将含有所述荧光探针的溶液滴在含有潜在指纹的载体上,或者将含有所述荧光探针的溶液喷在含有潜在指纹的载体上,或者将含有所述含有潜在指纹的载体浸泡在所述荧光探针的溶液中,以使所述荧光探针的溶液与含有潜在指纹的载体接触。
优选地,所述荧光探针的溶液为荧光探针的水溶液、荧光探针的有机溶液或荧光探针溶于混合溶剂中制得的溶液。
优选地,所述荧光探针的溶液为荧光探针的水溶液。
优选地,所述荧光探针水溶液中荧光探针的浓度为0.1μmol/L至2mol/L。
优选地,所述荧光探针水溶液中荧光探针的浓度为5μmol/L至50μmol/L。
优选地,所述荧光探针在潜在指纹的脊线处聚集后,将多余的荧光探针溶液去除。
优选地,所述紫外光的波长为190纳米至520纳米。
优选地,所述紫外光的波长为300纳米至420纳米。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
(1)本发明提供的一种线型聚集诱导荧光探针在指纹荧光成像中的应用,其具体为一种具有近平面结构的聚集诱导性质荧光探针在潜在指纹成像方面的应用。本发明提供的荧光探针在溶液状态下,电子供体部分和受体部分围绕碳碳双键自由旋转,发生非辐射衰减,表现出微弱的荧光。由于本发明探针在接触潜在指纹上的油脂类分泌物时,会使探针分子发生聚集,探针由于分子内运动受限制使非辐射衰减渠道被抑制,激发态荧光探针分子只能通过辐射衰减回到基态,而发出强烈的荧光。
(2)本发明提高的聚集诱导荧光探针,分子结构非常简单,制备的方法便捷,只需要简单合成即可。
(3)本发明所述的荧光探针用于潜在指纹成像。传统的指纹采集方法,采集效率低,操作复杂,并且对采集的背景有一定的要求。而本发明聚集诱导荧光探针在应用与潜在指纹染色时,成像速度快,操作简单便捷,且成像清晰具有肉眼可见的极低背景荧光,使用的采集背景相当广泛。
附图说明
图1为本发明实施例1中使用本发明聚集诱导荧光探针于锡箔材质背景下的潜在指纹染色成像图。
图2为本发明实施例1中使用本发明聚集诱导荧光探针于不锈钢材质背景下的潜在指纹染色成像图。
图3为本发明实施例1中使用本发明聚集诱导荧光探针于塑料材质背景下的潜在指纹染色成像图。
图4为将实施例2的荧光探针用于基底为塑料培养皿的潜在指纹的荧光成像检测图。
图5为将实施例3的荧光探针用于基底为塑料培养皿的潜在指纹的荧光成像检测图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的一种线型聚集诱导荧光探针在指纹的荧光成像中的应用,所述荧光探针具有如式(一)所示的结构通式:
Figure BDA0002235978990000051
其中R1和R2为Ar1和Ar2任一位置的取代基,且R1和R2中至少有一个为亲水基团。Ar1和Ar2为芳环。
一些实施例中,所述亲水基团为
Figure BDA0002235978990000052
Figure BDA0002235978990000053
一些实施例中,Ar1和Ar2各自独立地为如下式(二)至式(十二)中的一种:
Figure BDA0002235978990000054
Figure BDA0002235978990000061
其中,R3为为氢、烷基、端胺基烷基或端羟烷基。
本发明所述的荧光探针可通过常规的制备方法制得。本发明所述荧光探针在潜在指纹荧光成像中的应用,其具体包括如下步骤:
使含有所述荧光探针的溶液与含有潜在指纹的载体接触,使得所述荧光探针在潜在指纹的脊线处聚集,在紫外光照下,激发态的该荧光探针分子通过辐射衰减回到基态,发出荧光,从而实现潜在指纹的荧光成像。
一些实施例中,通过将含有所述荧光探针的溶液滴在含有潜在指纹的载体上,或者将含有所述荧光探针的溶液喷在含有潜在指纹的载体上,或者将含有所述含有潜在指纹的载体浸泡在所述荧光探针的溶液中,使所述荧光探针的溶液与含有潜在指纹的载体接触。
本发明所述荧光探针的溶液为将所述荧光探针溶解于溶剂中获得的溶液,一些实施例中,所述溶剂为去离子水或有机溶剂或混合溶剂。
优选实施例中,所述荧光探针的溶液为荧光探针的水溶液。
一些实施例中,所述荧光探针溶液中荧光探针的浓度为0.1μmol/L至2mol/L,优选为5μmol/L至50μmol/L。
一些实施例中,所述荧光探针在潜在指纹的脊线处聚集后,将多余的荧光探针溶液去除。具体比如可以通过采用洗耳球吹走残留的溶液。
一些实施例中,所述紫外光照的波长为190至520纳米,优选为300至420纳米。
本发明荧光探针由于其结构的特殊性,其具有两亲性,因此在荧光潜在指纹成像中相比于脂溶性的化合物具有很多突出的优势。
本发明所述的线型聚集诱导荧光探针,由于其特殊的分子结构,具有聚集诱导发光的良好性质。
使用本发明所述的荧光探针,再借助普通单反相机,可以将光滑物体表面的潜在指纹通过浸润本发明荧光探针的方法,再用紫外光激发的方法显现出来。更加简便直接地得到低背景噪音且高亮度、高清晰度的荧光指纹成像。
而发明提供的如式(一)所示的AIE分子,其为两亲性物质,一端带有亲水基团。由于其具有水溶性,在将其浸泡于指纹中时,不会因为溶解指纹纹路上脂溶性物质而损失指纹痕迹;因此可直接制成水溶液作为探针使用,无需专门制成两相体系AIE离子,相对也更加容易保存。
本发明提供的两亲性的AIE荧光探针分子,实现潜在指纹成像的原理是:在水溶液中分散的荧光探针分子遇到含有油脂分泌物和无机盐的指纹时,无机盐遇到水溶液溶解,然而脊线处的油脂分泌物与两亲性的荧光探针分子接触时发生聚集,进一步在紫外光的激发波长激发下,激发态的该荧光探针分子通过辐射衰减回到基态,发出荧光,从而实现潜在指纹的荧光成像。
本发明利用荧光探针使潜在指纹成像的操作非常简单;对潜在指纹成像清晰,并且不会对潜在指纹产生任何的影响或损失。在紫外光照射下几乎没有背景荧光。即本发明可以在不同颜色的采集背景下简单操作即可得到清晰而且容易辨识度高的指纹成像。
以下为实施例:
实施例1
首先配制出染料的水溶液。将染料和一定量的水混合在玻璃瓶中,然后放入超声波清洗器中超声混合均匀,直至溶液没有肉眼可见的颗粒。至此,用于潜在指纹显色检测的荧光探针溶液配制完毕。
其中染料即为本发明的荧光探针,其分子结构式如式(一)所示,其中,Ar1
Figure BDA0002235978990000071
R1为羟乙基;Ar2
Figure BDA0002235978990000072
其可通过一步简单合成即可得到。化合物(E)-2-(4-(4-(2-(吡啶-4-基)乙烯基)苯基)哌嗪-1-基)乙醇的合成,反应瓶中加入4-(4-(2-羟乙基)哌嗪-1-基)苯甲醛(1eq),:4-甲基吡啶(1eq),叔丁醇钾(2eq,叔丁醇钾的投料化学计量数是2,在2eq的投料量下可以适当多加一些,有利于反应完全。),再加入DMF(二甲基甲酰胺)用作溶剂,最后放入磁石。将玻璃瓶搅拌并混合均匀之后,放入磁力搅拌器,磁力搅拌器的温度设置在80℃,均匀搅拌加热反应约24小时,最终产物生产。
潜在指纹显色测试阶段需要准备几种不同材质的物体,用于按压指纹。这几种不同材质的物体包括:锡纸片、不锈钢板、塑料板等。在这些不同材质的物体上,按压下指纹,将上述制备的荧光探针用于潜在指纹显色检测。
(1)锡箔纸指纹样品的测试:先将配制好的荧光探针铺满在锡箔纸上的指纹处,十秒之后,吸走大部分荧光探针水溶液,再用洗耳球吹走残留的溶液,之后用波长为365nm紫外灯照射,潜在指纹脊线处会显示出强烈的绿色荧光,即为染色成功。具体的锡箔纸潜在指纹的染色效果如图2所示。
(2)不锈钢板指纹样品的测试:先将配制好的荧光探针铺满在不锈钢板上的指纹处,十秒之后,吸走大部分荧光探针水溶液,再用洗耳球吹走残留的溶液,之后用波长为365nm紫外灯照射,潜在指纹脊线处会显示出绿色荧光,即为染色成功。具体的玻璃板潜在指纹的染色效果如图3所示。
(3)塑料板指纹样品的测试:将配制好的荧光探针铺满在塑料板上的指纹处,十秒之后,吸走大部分荧光探针水溶液,再用洗耳球吹走残留的溶液,之后用波长为365nm紫外灯照射,潜在指纹脊线处会显示出绿色荧光,即为染色成功。
由图1可以看到是,在锡箔纸上,潜在指纹的荧光成像非常清晰并且其荧光发射强度很大,在下图中标出的六个特殊指纹图案,包含了潜在指纹的一些信息点,比如一些隆起线的主要方向(观察图中指纹线的大致方向即可得出);比如隆起线的分叉点和端点位置(如图1中2(分叉点)和3(端点)、4(端点)所标出的位置);以及特征点之间的隆起数目;具有代表性的纹形形状(如图1中1、5、6(单独的特殊形状纹路)所标出的位置)。得到这些指纹特征之后,我们可以对指纹文件进行存储、检索、处理和传输,然后在各个指纹分析系统数据库中进行联系和文件交换,就可以通过指纹信息锁定个人信息。
由图2可以看出,在用365nm的紫外灯照射得到的不锈钢板的指纹样品染色图片中可以看到清晰且完整的指纹纹路。
由图3中放大图片后可以看到塑料板上清晰且完整的指纹纹路,只是其荧光发射强度比较弱。
与本实施例的荧光探针分子结构相似的,比如R1
Figure BDA0002235978990000091
Figure BDA0002235978990000092
Ar1
Figure BDA0002235978990000093
Ar2
Figure BDA0002235978990000094
Figure BDA0002235978990000095
时,制备方法和本实施例的荧光探针分子结构类似。且采用相同的方法进行指纹成像时,也可取得较好的指纹成像效果。
实施例2
首先配制出染料的水溶液。将染料和一定量的水混合在玻璃瓶中,然后放入超声波清洗器中超声混合均匀,直至溶液没有肉眼可见的颗粒。至此,用于潜在指纹显色检测的荧光探针溶液配制完毕。
其中染料即为本发明的荧光探针,其分子结构式如式(一)所示,其中,R3为羟乙基;Ar1
Figure BDA0002235978990000096
Ar2
Figure BDA0002235978990000097
其可通过简单的一步反应合成即可得到。与实施例1类似,同样为醛
Figure BDA0002235978990000101
与甲基吡啶反应得到最终产物。
同实施例1,将该荧光探针用于基底为塑料培养皿的潜在指纹的荧光成像检测可得到如图4,由图可知,指纹成像清晰,且指纹的特征辨识度很高。
实施例3
首先配制出染料的的水溶液。将染料和一定量的水混合在玻璃瓶中,然后放入超声波清洗器中超声混合均匀,直至溶液没有肉眼可见的颗粒。至此,用于潜在指纹显色检测的荧光探针溶液配制完毕。
其中染料即为本发明的荧光探针,其分子结构式如式(一)所示,其中,R3为羟乙基;Ar1
Figure BDA0002235978990000102
Ar2
Figure BDA0002235978990000103
其可通过简单的一步反应合成制备得到。与实施例1类似,同样为为醛
Figure BDA0002235978990000104
与甲基吡啶反应得到最终产物。
同实施例1,将该荧光探针用于基底为塑料培养皿的潜在指纹的荧光成像检测可得到如图5,由图可知,指纹成像清晰,且指纹的特征辨识度很高。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种聚集诱导荧光探针在指纹荧光成像中的应用,其特征在于,所述荧光探针具有如式(一)所示的结构通式:
Figure FDA0002660609300000011
其中Ar1和Ar2为芳环,R1和R2为Ar1和Ar2中任一位置的取代基,且R1和R2中至少有一个亲水基团;
所述荧光探针在潜在指纹的脊线处聚集,在紫外光激发下,激发态的该荧光探针分子通过辐射衰减回到基态,发出荧光,从而实现潜在指纹的荧光成像。
2.如权利要求1所述的应用,其特征在于,Ar1和Ar2各自独立地为如下式(二)至式(十二)中的一种:
Figure FDA0002660609300000012
其中,R3为氢、烷基、端胺基烷基或端羟烷基。
3.如权利要求1所述的应用,其特征在于,R1和R2中至少有一个为
Figure FDA0002660609300000013
4.如权利要求1所述的应用,其特征在于,将含有所述荧光探针的溶液滴在含有潜在指纹的载体上,或者将含有所述荧光探针的溶液喷在含有潜在指纹的载体上,或者将含有所述含有潜在指纹的载体浸泡在所述荧光探针的溶液中,以使所述荧光探针的溶液与含有潜在指纹的载体接触。
5.如权利要求4所述的应用,其特征在于,所述荧光探针的溶液为荧光探针的水溶液、荧光探针的有机溶液或荧光探针溶于混合溶剂得到的溶液。
6.如权利要求4所述的应用,其特征在于,所述荧光探针的溶液中荧光探针的浓度为0.1μmol/L至2mol/L。
7.如权利要求4所述的应用,其特征在于,所述紫外光的波长为190纳米至520纳米。
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