CN108727592B - 一种检测铝离子的有机硅高分子荧光探针及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种检测铝离子的有机硅高分子荧光探针：
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE001
其中，a、c与d之和为28‑115；a、c和d分别为不为0的正整数。上述荧光探针可用于检测溶液、细胞和生物体中的铝离子。

Description

一种检测铝离子的有机硅高分子荧光探针及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及一种检测铝离子的荧光探针及其应用，属于有机高分子荧光探针领域。
背景技术
铝是地壳中第三重要元素，仅次于氧和硅，这决定了它在生活中的广泛使用。此外，由于其独特的物理和化学性质，铝已广泛用于催化剂，电子材料，传感器等许多领域。铝的广泛使用为我们的生活带来了各种便利。同时，在不断发展的道路上留下了许多不可避免的问题。众所周知，大量的人类活动和铝的广泛使用使得铝以铝离子而不是单体的形式存在于自然界中。但是，高浓度的铝离子会对环境和人体造成一定的危害。传统的用于检测铝离子的方法有原子吸收光谱法、离子质谱法、电感藕合等离子体原子发射光谱法和电化学方法等。但是这些方法大多分析时间长,所需要的仪器价格昂贵且不易于操作。而与这些方法相比，荧光探针则拥有选择特异性好、灵敏度高、易操作、即时检测和响应迅速等众多优势。
有机硅的种类繁多，是因为聚硅氧烷包含多种基团结构。所谓功能化的有机硅材料就是将多种功能基团接在聚硅氧烷上。有机硅高分子有许多优越的性能。常用的有机硅高分子材料主要含硅油，硅橡胶和有机硅树脂，具有电绝缘，耐高低温，耐老化，生理惰性好等优点，是其他碳基高分子材料无法比拟的。相反，有机聚合物广泛应用于航空航天，化工，纺织，医疗，轻工，农业，电子等诸多领域。
近年来，能特异性检测铝离子的小分子荧光探针被大量报道。但是，较少有关于有机硅高分子的荧光材料及功能化的探针被报道。另一方面，硅的阻断作用可避免聚合物聚集而使放光光谱变宽等缺点。因此设计快速灵敏的聚硅氧烷的铝离子检测的荧光探针具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有技术中缺乏高分子铝离子荧光探针的问题，本发明提供一种基于聚硅氧烷的检测铝离子的有机高分子荧光探针；本发明还提供了上述荧光探针的制备方法和在检测溶液和生物体中铝离子的用途。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种检测铝离子的有机硅高分子荧光探针，其结构式如式（I）所示：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
式(I)。
其中，a、c与d之和为28-115；a、c和d分别为不为0的正整数。
一种上述荧光探针的合成方法，包括以下步骤：
将罗丹明B与氨丙基聚硅氧烷在乙醇中加热回流反应，反应后旋蒸、干燥得荧光探针。
所述罗明丹B与氨丙基聚硅氧烷的质量比为1:10。
所述氨丙基聚硅氧烷的分子量为4800-20010。
所述加热温度为80℃。
反应式如下：
Figure 17422DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，b为c与d之和，a与b之和为28-115；a、b、c和d分别为不为0的正整数。
一种上述荧光探针在检测溶液、细胞和生物体中铝离子的应用。
本荧光探针的检测机理如下：
本发明所述的检测铝离子的荧光探针，由于探针本身罗丹明处于关环的状态，因此探针只发射有机硅聚合物的荧光；加入铝离子之后，探针中的罗丹明与铝离子作用而开环，使探针发射罗丹明的荧光：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
。
本发明具有以下优点：
本发明的检测铝离子的荧光探针原料易得、合成步骤简单，特异性强、能够抗多种干扰物质，能够利用荧光成像测定生物体中铝离子的的含量和生理功能，对研究获得生物样品中铝离子的生理功能有潜在的应用价值。
附图说明
图1为荧光探针的1H NMR谱图和局部放大图；
图2为荧光探针在水相中的选择性；
图3为荧光探针对铝离子的滴定实验；
图4为荧光探针对铝离子的动力学实验；
图5为荧光探针对斑马鱼外源性铝离子成像。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但本发明不受下述实施例的限制。
实施例1 荧光探针的合成
称取氨丙基聚硅氧烷（分子量7341）2g，溶于100 ml乙醇中；称取0.2g罗丹明B，溶于50 ml的乙醇，加入250 mL圆底烧瓶中，80℃加热搅拌回流24h。旋蒸、干燥得到化合物，即检测铝离子的有机硅高分子荧光探针，其1H NMR图谱见图1：
1HNMR (400 MHz, CDCl3): δ 7.94 - 7.90 (m, ArH), 7.46 - 7.39 (m, ArH),7.27 (d, J = 12.7 Hz, ArH), 7.11 - 7.06 (m, ArH), 6.46 - 6.26 (m, ArH), 3.40- 3.27 (m, NCH2CH3), 2.68 (t, J = 7.0 Hz,NCH2), 1.55 - 1.39 (m, NCH2CH2), 1.32- 1.23 (m, NCH2CH3), 0.58 - 0.49 (m,Si-CH2), 0.16 - 0.31 (m,Si-CH3)。
实施例2 荧光探针的选择性
配制5 mL浓度为40 mM的各种常规的离子及氨基酸的PBS水溶液及浓度为1 mM的实施例1中制备的检测铝离子的荧光探针母液作为备用。
加入25 μL探针母液、225 μL DMSO和500当量的氯化钠、亚硫酸氢钠、硫化钠、硫酸钠、硫酸亚铁、溴化钠、次氯酸钠、过氧化氢、亚硝酸钠、半胱氨酸、同型半胱氨酸、谷胱甘肽、一氧化氮、硫酸镁、氯化钙、氯化铜、硫酸铜、碘化钠、氯化铝溶液，用磷酸缓冲液PBS定容至5mL，其中，测试离子 (或氨基酸) 的浓度为2.5 mM，活性氧和活性氮的浓度为100 mΜ，醛酮化合物的浓度为100 μM。30 min后进行荧光检测（λex = 508 nm，λem = 575 nm），建立荧光强度与各干扰物质的柱状图，结果如图2所示，其中，1-20加入的物质分别为：探针、氯化钠、亚硫酸氢钠、硫化钠、硫酸钠、硫酸亚铁、溴化钠、次氯酸钠、过氧化氢、亚硝酸钠、半胱氨酸、同型半胱氨酸、谷胱甘肽、一氧化氮、硫酸镁、氯化钙、氯化铜、硫酸铜、碘化钠、氯化铝。由图2可以发现，其他离子 (或氨基酸) 对荧光探针的荧光几乎没有影响，而铝离子的加入使其荧光显著增强。
实施例3 荧光探针检测不同铝离子浓度的溶液
配制10 mL浓度为100 mM铝离子的水溶液及浓度为1 mM的实施例1中检测铝离子的荧光探针母液作为备用。
配制探针浓度为10 μM，分别与不同浓度的铝离子（0-20 μM）相互作用，并进行荧光检测（λex = 508 nm，λem = 575 nm），计算各体系中荧光强度，建立荧光强度与铝离子浓度标准曲线，如图3所示：随着铝离子浓度的增加，反应体系荧光强度逐渐增加，当铝离子浓度达到20 μM时，反应体系荧光强度达到饱和状态。
实施例4 荧光探针与铝离子相互作用的动力学
配制10 mL浓度为100 mM铝离子的水溶液及浓度为1 mM的实施例1中检测铝离子的荧光探针母液作为备用。
配制探针和铝离子的溶液，其浓度分别为：探针10 μM；铝离子浓度：20 μM。进行荧光检测（λex = 508 nm，λem = 575 nm），每隔5 min测试一次，测试100 min，计算各体系中随时间变化的荧光强度，建立荧光强度与作用时间的曲线，如图4所示：大约反应75 min，反应体系荧光强度达到饱和状态。
实施例5 荧光探针在斑马鱼中的成像
将斑马鱼在35 mm培养皿中分成2组实验组进行培养：
(1) 斑马鱼外加10 μM探针孵育30 min；
(2) 斑马鱼外加10 μM探针孵育30 min后再外加20 μM铝离子孵育60 min；
待培养结束后，用荧光显微镜在单光子模式下拍摄这两组条件下培养的斑马鱼的荧光照片，结果如图5所示：第（2）组的斑马鱼发出强烈荧光。

Claims (6)

1.一种检测铝离子的有机硅高分子荧光探针，其结构式如式（I）所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式(I)；
其中，a、c与d之和为28-115；a、c和d分别为不为0的正整数。
2.一种如权利要求1所述的荧光探针的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：将罗丹明B与氨丙基聚硅氧烷在乙醇中加热回流反应，反应后旋蒸、干燥得荧光探针。
3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述罗明丹B与氨丙基聚硅氧烷的质量比为1:10。
4.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述氨丙基聚硅氧烷的分子量为4800-20010。
5.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述加热温度为80℃。
6.一种如权利要求1所述的荧光探针在检测溶液、细胞和生物体中铝离子的应用。
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