CN104860957A

CN104860957A - 一种近红外汞离子荧光探针的制备及应用

Info

Publication number: CN104860957A
Application number: CN201510266120.0A
Authority: CN
Inventors: 王姣亮; 龙立平; 谢丹
Original assignee: Hunan City University
Current assignee: Hunan City University
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2035-05-22
Also published as: CN104860957B

Abstract

本发明公开了一种基于开关环的近红外汞离子荧光探针检测汞离子，本发明对汞离子的检测具有高灵敏、高选择性识别汞离子。该探针与汞离子响应后，吸收和发射波长均在近红外区，有利于避免生物样品背景荧光的干扰，且响应前后颜色呈明显变化，可用于可视化检测汞离子。制备的荧光探针具有经典罗丹明的光谱特性，可基于荧光增强或色度增强检测化学样品、生物样品或医学样品中的汞离子，并适合荧光成像。

Description

一种近红外汞离子荧光探针的制备及应用

技术领域

本发明属于荧光探针领域，具体设计一种具有类似罗丹明开关环响应的近红外汞离子荧光探针的制备方法和应用。

背景技术

汞是一种对人体极具生理毒性的金属离子。汞离子中毒可以导致多种疾病，包括对中枢神经***的缺陷、异常兴奋以及心律失常心肌病和肾脏损害。

荧光探针就是以荧光物质作为指示剂，并在一定波长光的激发下使指示剂产生荧光，通过检测所产生的荧光强度的变化或波长的变化实现对被检测物质的定性或者定量分析。荧光分析方法具有灵敏度高，选择性好，试样量小，响应时间快等优点，在分析化学，特别是在分子生物化学、生物学以及医学等领域中有较广泛的应用。

与可见光相比，近红外光具有独特的优势，在进行生物成像时，由于它发出是近红外光在生物体系内能最低程度的减少对生物样品的光损伤，并具有较强的渗透能力以及与生物体内分子自身的背景荧光有较小的干涉。

发明内容

本发明的目的在于提供一种近红外汞离子探针针对性检测汞离子及该探针的制备方法及用途，从而快速准确、灵敏地检测化学样品、生物样品或医学样品中的汞离子的定量和定性分析与荧光成像。

为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：

一种针对汞离子检测的近红外汞离子荧光探针，其特征在于，所述的荧光探针的结构式为：

所述的近红外荧光探针具有和传统罗丹明染料一样的荧光开关响应机理，而且具有近红外的吸收和发射波长的优点。

所述的近红外汞离子荧光探针的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

称取摩尔比为1:20的罗丹明B与氢氧化钾，先将氢氧化钾溶于蒸馏水中，冷却到室温，将先称取的罗丹明B溶于其中，在搅拌的条件下加热到105℃恒温加热8 h，冷却再加入少量水稀释并缓慢滴加HCl溶液中和反应液，溶液颜色变浅，出现黄色絮状沉淀，过滤，在滤液中再滴加少量的稀盐酸，直到不产生絮状沉淀，过滤，当溶液中再加入适量的盐酸溶液时会有片状的晶体析出，此晶体也为中间产物1。

在250ml的圆底烧瓶中加入浓硫酸并搅拌，冷却至0°C，再逐滴加入环己酮，随后在剧烈搅拌下一次性加入化合物1。之后，将混合物加热到90℃，保持温度继续反应1-1.5 h。停止反应，将反应混合物冷却至室温，在搅拌下将反应混合物倒入盛有冰水的烧杯中，随即加入高氯酸，立即产生大量红色沉淀。抽滤，用冰水洗涤固体，干燥后得到红色的固体化合物2。

产品未经进一步纯化，直接用于下一步反应。将化合物2和费舍尔氏醛溶解在醋酸酐中，加热到50℃。将混合物保持温度继续反应30 min后，往反应混合物中加入水淬灭反应，减压下蒸除溶剂得粗产品，通过柱层析梯度分离得绿色固体化合物3。

将化合物3，NHS和DCC溶解在CH₂Cl₂（50 ml）中，反应混合物在室温下避光搅拌反应0.5 h，减压下旋转蒸干溶剂，以柱色谱分离，得到绿色的固体化合物。将中间体重新溶解CH₂Cl₂中，加入4-苯基-3-氨基硫脲和三乙胺，反应混合物在氮气保护下室温搅拌反应10 h。随后减压下旋转蒸干溶剂，以柱色谱梯度分离，得到黄绿色的固体化合物4（即近红外汞离子荧光探针）。

本发明提供的探针是基于类似罗丹明的开关环的新颖结构，具有经典罗丹明的光谱特性，即光稳定性好，较高的摩尔消光系数、较高的荧光量子产率、和对pH不敏感等特性，并且吸收和发射波长均在近红外区，非常适合荧光显微镜分析检测生物样品中汞离子的定量和定性分析与荧光成像。

本发明提供的荧光探针可以用于化学样品、生物样品或医学样品中汞离子的定量分析与荧光成像。

本发明提供的探针，突出的优点是：

探针本身在长波长处没有紫外吸收和荧光发射，当与Hg²⁺作用后，在725 nm处吸收显著增强，同时在750 nm处的荧光也显著增强，荧光强度与浓度在一定范围内呈线性关系，可以作为定量检测Hg²⁺的依据。

由于吸收波长和发射波长均在近红外区，有利于避免生物样品背景荧光的干扰。

本探针是荧光增强型的，灵敏度高。

由于本探针的设计是基于Hg²⁺的亲硫性反应，所以选择性高，其它金属离子几乎都不响应。

探针本身呈很浅的米黄色，当与Hg²⁺响应后，闭环结构发生开环，共轭程度增大，溶液颜色变为绿色，响应前后颜色呈明显变化，可用于可视化检测汞离子。

附图说明

图1 探针的合成路线

图2 探针与不同浓度的汞离子响应的荧光光谱

图3 探针与不同浓度的汞离子响应的紫外光谱

图4 探针对汞离子的选择性分析

具体实施方式

下面的实施例只是用于详细说明本发明，并不以任何方式限制发明的范围。

实施例探针的合成：

称取KOH（5.612g, 100 mmol）于圆底烧瓶中，加蒸馏水溶解，冷却到室温，称取罗丹明B（2.2178 g，5mmol），加入KOH溶液中，搅拌加热到105℃恒温加热8 h，冷却再加入少量水稀释并缓慢滴加HCl溶液中和反应液，溶液颜色变浅，出现黄色絮状沉淀，过滤，在滤液中再滴加少量的稀盐酸，直到不产生絮状沉淀，过滤，当溶液中再加入适量的盐酸溶液时会有片状的晶体析出，此晶体也为中间产物1。

在250ml的圆底烧瓶中加入浓硫酸(70 ml)，在冰浴中开启搅拌，冷却至0°C，再逐滴加入环己酮(6.6 ml，63.7 mmol)，随后在剧烈搅拌下一次性加入化合物1。之后，将混合物加热到90℃，保持温度继续反应1-1.5 h。停止反应，将反应混合物冷却至室温，在搅拌下将反应混合物倒入盛有300 g冰水的烧杯中，随即加入7 ml 70%高氯酸，立即产生大量红色沉淀。抽滤，用100 ml的冰水洗涤固体，干燥后得到红色的固体化合物2。

产品未经进一步纯化，直接用于下一步反应。将化合物2（99.8 mg，0.21 mmol）和费舍尔氏醛（44.2 mg，0.22 mmol）溶解在8 ml醋酸酐中，加热到50℃。将混合物保持温度继续反应30 min后，往反应混合物中加入8 ml水淬灭反应，减压下蒸除溶剂得粗产品，通过柱层析梯度分离得绿色固体化合物3。

将化合物3（0.46 mmol，302.1 mg），NHS（0.63 mmol，72.2 mg）和DCC（0.46 mmol，93.5 mg）溶解在CH₂Cl₂（50 ml）中，反应混合物在室温下避光搅拌反应0.5 h，减压下旋转蒸干溶剂，以柱色谱分离，得到绿色的固体化合物。将中间体（0.21 mmol，140.7 mg）重新溶解CH₂Cl₂（25 ml）中，加入4-苯基-3-氨基硫脲（或具有取代基的4-苯基-3-氨基硫脲）（1.46 mmol，244.2 mg）和3滴三乙胺，反应混合物在氮气保护下室温搅拌反应10 h。随后减压下旋转蒸干溶剂，以柱色谱梯度分离，得到黄绿色的固体化合物4，即为近红外汞离子荧光探针。

实施例光谱的测定

在试管中加入 0.03 mL探针母液（5×10^-4mol/L），0.27 mL乙醇，和 2.7 mL pH值为7.4的PBS缓冲溶液，混合均匀，然后加入0-6 μL的汞离子溶液，反应1 min后进行光谱测定。激发光波长为680 nm, 激发光狭缝宽度为5.0 nm, 发射峰狭缝宽度为5.0 nm。图2-3可知，探针的对汞离子的灵敏度高。

各种分析物如：氯化汞（HgCl₂）,氯化铝（AlCl₃·6H₂O），硝酸银（AgNO₃），氯化镉（CdCl₂·1/2H₂O），氯化铜（CuCl₂·2H₂O），氯化钴（CoCl₂·6H₂O），氯化亚铁（FeCl₂），硫酸锰（MnSO₄·H₂O），氯化铁（FeCl₃），氯化锌（ZnCl₂），氯化镍（NiCl₂·6H₂O），氯化钯（PdCl₂），氯化金（AuCl₃），氯化镁（MgCl₂），硝酸铅（Pb(NO₃)₂），氯化钙（CaCl₂），配成 5 mM的水溶液，测试溶液配制：在试管中加入 0.03 mL探针母液，0.27 mL乙醇，和 2.7 mL pH值为7.4的PBS缓冲溶液，混合均匀，然后分别加入各种分析物溶液，1分钟后，测它们的紫外吸收和荧光光谱。激发光波长为680 nm, 激发光狭缝宽度为5.0 nm, 发射峰狭缝宽度为5.0 nm。图4可知探针对汞离子具有很强的选择性。

Claims

1.一种用于汞离子检测的近红外荧光探针，其结构如下：

2.权利要求1所述荧光探针的制备方法，其特征步骤包含以下几个步骤：

(1)称取摩尔比为1:20的罗丹明B与氢氧化钾，先将氢氧化钾溶于蒸馏水中，冷却到室温，将先称取的罗丹明B溶于其中，在搅拌的条件下加热到105℃恒温加热8h，冷却再加入少量水稀释并缓慢滴加HCl溶液中和反应液，溶液颜色变浅，出现黄色絮状沉淀，过滤，在滤液中再滴加少量的稀盐酸，直到不产生絮状沉淀，过滤，当溶液中再加入适量的盐酸溶液时会有片状的晶体析出，此晶体也为中间产物1。

(2)在250ml的圆底烧瓶中加入浓硫酸并搅拌，冷却至0℃，再逐滴加入环己酮，随后在剧烈搅拌下一次性加入化合物1。之后，将混合物加热到90℃，保持温度继续反应1-1.5h。停止反应，将反应混合物冷却至室温，在搅拌下将反应混合物倒入盛有冰水的烧杯中，随即加入高氯酸，立即产生大量红色沉淀。抽滤，用冰水洗涤固体，干燥后得到红色的固体化合物2。

(3)产品未经进一步纯化，直接用于下一步反应。将化合物2和费舍尔氏醛溶解在醋酸酐中，加热到50℃。将混合物保持温度继续反应30min后，往反应混合物中加入水淬灭反应，减压下蒸除溶剂得粗产品，通过柱层析梯度分离得绿色固体化合物3。

(4)将化合物3，NHS和DCC溶解在CH₂Cl₂(50ml)中，反应混合物在室温下避光搅拌反应0.5h，减压下旋转蒸干溶剂，以柱色谱分离，得到绿色的固体化合物。将中间体重新溶解CH₂Cl₂中，加入4-苯基-3-氨基硫脲和三乙胺，反应混合物在氮气保护下室温搅拌反应10h。随后减压下旋转蒸干溶剂，以柱色谱梯度分离，得到黄绿色的固体化合物4(即近红外汞离子荧光探针)。

3.权利要求1所述荧光探针用于化学样品、生物样品或医学样品中汞离子的定量分析与荧光成像。