CN111087362B - 一种高选择性检测甲醛的荧光探针及其合成方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于检测甲醛的新型荧光探针分子及其制备方法和应用，属于化学分析检测技术领域。其分子结构式如下：
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE002
此探针的荧光团为苯并噻唑骨架结构，对甲醛的响应基团为烷基胺。单独的探针在溶液呈现蓝色荧光发射，发射波长492 nm。与甲醛反应后，探针的荧光发射红移至552 nm。该探针分子对甲醛有高的选择性和灵敏度，检测范围为0–500μmol·L‑1，检测限为0.58μmol·L‑1。该探针可用于水体及生物体系中甲醛的检测。

Description

一种高选择性检测甲醛的荧光探针及其合成方法与应用
技术领域
本发明属于化学分析检测技术领域，具体涉及一种荧光法检测甲醛的分子探针及其制备方法和在检测甲醛方面的应用。
背景技术
甲醛不仅是一种化工原料也是一种重要的生物活性含碳分子。甲醛作为细胞中一种重要的单碳原料，可以参与重要生物分子的合成，并与某些生理功能(例如认知能力和空间记忆能力)紧密相关。但是，甲醛含量过高会导致各种疾病，包括痴呆，糖尿病(包括糖尿病)，癌症和神经退行性疾病。因此，开发高灵敏、高选择检测醛基的方法对人体健康状况及相关疾病发展的有效检测非常有利。传统的甲醛检测方法有比色法，毛细管电泳法，高效液相色谱法等(文献Soman A.J.Chromatogr.Sci.,2008,46,461；Fu Y.Electrophoresis,2019,40,1027.)。但这些方法一般操作繁琐，而且难以实现生物活性样品的原位检测。而利用分子探针荧光法检测生物巯基化合物具有操作简单、测量速度快、能实现原位实时检测等优点，近年来得到了发展与利用。但目前开发的用于检测生物醛基化合物的探针分子存在一些缺陷，如灵敏度低，合成繁琐，制备成本高生物相容性低等(文献DongB.Angew.Chem.Int.Ed.,2016,55,3356；Cheng H.Chem.Commun.,2016,52,11247.)。因此，亟待开发性能优良的甲醛检测探针去克服存在的上述问题。
发明内容
对于上述情况，本发明目的是提供一种新的易于制备、性能稳定的高灵敏检测甲醛的荧光探针，并提供该探针的合成方法，还在此基础开发出对甲醛进行高选择性和高灵敏度的检测方法。
为实现本发明目的，本发明一方面利用甲醛的反应特性，能与烯丙基胺发生2-氮杂-Cope重排反应生成醛基产物；另一方面醛基化的苯并噻唑分子具有优良的光谱特性，其醛基衍变烯丙基胺后发射光谱将发生蓝移动，与甲醛反应后又会回到醛基的结构，荧光性质得到恢复。基于此，设计了一种烯丙基胺为响应基团，醛基化的苯并噻唑分子作为发光团的用于检测甲醛的荧光分子探针。
本发明所述检测醛基的荧光探针，其分子结构式为，
Figure BDA0002323811500000021
该荧光探针的合成路线如下：
Figure BDA0002323811500000022
具体制备方法为：将醛基化的苯并噻唑分子(化合物2)与烯丙基硼酸频哪醇酯溶解在甲醇与氨甲醇的混合溶液中，在0℃-5℃条件下搅拌，然后将反应液移至室温下反应。反应完后减压旋干溶剂，得到的粗品经层析柱分离，得目标探针分子。
本发明荧光分子探针使用方法如下：将探针分子溶解在含有二甲基亚砜、pH为7.4的磷酸缓冲溶液中，室温下进行测试。当加入甲醛后，由于其可以与烯丙基胺发2-氮杂-Cope重排反应，使荧光发生红移。
探针分子与甲醛作用原理如下：
Figure BDA0002323811500000023
本发明醛基荧光探针的具体特征如下：探针分子的荧光发射在492nm处，但与醛基作用后，探针分子在492nm处的发射减弱且在552nm出现了明显的新的发射峰。
本发明所述的探针分子合成简单，成本较低，对甲醛的选择性好、抗干扰能力强、响应速度快(30分钟)。光学性能稳定(探针溶液能在室内稳定存放三个月以上，其光谱性质保持不变)，检测范围为0–500μmol·L-1，检测限低(0.58μM)，因此，该类型探针可用于水体及生物体系中甲醛的检测。因此，该荧光探针在生物化学检测及成像中具有实际的应用价值。
附图说明
图1为本发明合成的分子探针的核磁共振氢谱。
图2为本发明分子探针与甲醛反应前后的紫外谱图A与荧光光谱图B，其中，A图中，1-反应前，2-反应后；B图中，1-反应前，2-反应后；
图3为本发明10μmol·L-1分子探针在加入不同浓度甲醛后荧光发射光谱图，从a至p，甲醛浓度分别为0、0.01、0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.5、0.7、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0mmol·L-1、溶液体系为磷酸缓冲溶液与二甲基亚砜的混合溶液、横坐标为波长、纵坐标为荧光强度。
图4为甲醛的浓度标准曲线图，即10μmol·L-1分子探针，反应前后在552nm和492nm处荧光发射强度的比值(I552/I492)和甲醛浓度的线性关系；横坐标为甲醛的浓度，纵坐标为I552/I492。
图5为本发明分子探针对甲醛选择性；即10μM本发明分子探针，加入5mmol·L-1不同物质(甲醛、乙醛、丙酮、乙酸钠、亚硫酸钠、过氧化氢、葡萄糖、抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽、高半胱氨酸)后，在552nm和492nm处荧光发射强度的比值(I552/I492)的变化；横坐标为测试的干扰离子，纵坐标为I552/I492。
图6为本发明分子探针检测人胃癌细胞(MGC-803)甲醛的成像图片。(A，B，C)分别是本发明荧光探针(10μmol·L-1)培养的MGC-803细胞的明场图片，蓝光通道荧光图片，黄光通道荧光图片；(D，E，F)分别是本发明荧光探针(10μmol·L-1)和甲醛(1mmol·L-1)培养的MGC-803细胞的明场图片，蓝光通道荧光图片，黄光通道荧光图片。标尺：50μm。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明、但不用来限制本发明的范围。
实施例1：荧光分子探针的合成
将醛基化的苯并噻唑荧光分子(化合物2)(0.269g,1mmol)与烯丙基硼酸频哪醇酯(0.201g,1.2mmol)加入甲醇(10mL)与氨甲醇(5mL,氨的浓度为5mol·L-1)的混合溶液中、控温度0℃反应1h，将反应液移至室温继续反应5h。停止反应，反应液减压旋干、得到的粗品经层析柱分离、便可得探针分子(0.274g,88.4％)。探针分子的表征如下：1H NMR(400MHz,DMSO):δ8.03(d,J＝7.4Hz,1H),7.99(d,J＝1.6Hz,1H),7.93(d,J＝7.9Hz,1H),7.45(dd,J＝11.1,4.1Hz,1H),7.33(t,J＝7.0Hz,1H),6.94(d,J＝2.2Hz,1H),5.80(td,J＝17.1,7.0Hz,1H),5.16–5.04(m,2H),4.17(t,J＝6.9Hz,1H),2.67–2.53(m,2H),2.26(s,3H)(Fig.S1).13C NMR(100MHz,DMSO)δ165.08,160.97,152.06,135.77,135.08,131.73,127.07,126.92,126.11,124.13,122.03,121.83,119.70,118.60,54.67,20.75.(Fig.S2).MS[ESI]:m/z,calcd for[M+H]+311.1213；found 311.1221(Fig.S3).
实施例2本发明探针对溶液中甲醛的检测
将上述制得分子探针溶解于水与二甲基亚砜(DMSO)的混合缓冲溶液(H2O/DMSO＝1/1,v/v,10mM PBS,pH 7.4))中，配制成10μmol·L-1的探针溶液。在3mL的比色皿中加入2mL配制的10μmol·L-1本发明探针溶液，然后分别加入不同浓度的甲醛后均匀混合、测试其荧光光谱、结果如图3所示。以溶液在552nm和492nm处荧光发射强度的比值对甲醛的浓度作图，甲醛浓度在0–500μmol·L-1范围内时，两者之间呈现良好的线性关系(图4)，根据标准图，实现该浓度范围内待测样品中甲醛的定量检测，而且溶液从无色变为黄色，也适用于裸眼检测。并且此探针不受其它一些常见干扰物质的影响，如：乙醛、丙酮、乙酸钠、亚硫酸钠、过氧化氢、葡萄糖、抗坏血酸、半胱氨酸、谷胱甘肽、高半胱氨酸。在上述干扰物质存在的条件下，探针对甲醛仍具有良好的选择性和灵敏度(图5)。
实施例3本发明探针对细胞中甲醛的测试
将培养好的人胃癌细胞(MGC-803)在37℃下置于10μM本发明探针的PBS溶液中培养2h后得到的细胞图像无荧光。而将MGC-803细胞在37℃下先置于1mM甲醛的PBS溶液中培养2h、再在37℃下置于10μM本发明探针的PBS溶液中培养2h、经PBS缓冲液冲洗之后、能够获得细胞的荧光成像。由此说明本发明探针具有良好的细胞膜渗透性、可用于生物医学领域的细胞成像分析。

Claims (2)

1.一种检测甲醛的荧光分子探针，其特征在于，其结构式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
2.制备如权利要求1所述的检测甲醛的荧光分子探针的方法，其特征在于，通过如下方法实现：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
将化合物2与烯丙基硼酸频哪醇酯溶解在甲醇与氨甲醇的混合溶液中，在0 oC-5 oC条件下搅拌，然后将反应液移至室温下反应；反应完后减压旋干溶剂，得到的粗品经层析柱分离，得目标探针分子。
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