一种反应型汞离子荧光探针的制备与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种反应型汞离子荧光探针及其制备方法和应用。该方法包括：(1)将5‑氨基苯基‑10,15,20‑三磺酸基苯基卟啉(PNH2)溶于蒸馏水中，形成7.5mg/mL的溶液，将三光气溶于二氯甲烷中，形成5μL/mL的溶液，两者等体积混合后常温下反应3～5h后提纯，得到5‑异硫氰酸基苯基‑10,15,20‑三磺酸基苯基卟啉(PNCS)；(2)5‑异硫氰酸基苯基‑10,15,20‑三磺酸基苯基卟啉(PNCS)与乙二胺衍生物以等摩尔比混合后溶于丙酮与蒸馏水的混合溶剂，形成总浓度为20mg/mL的溶液，在常温下反应6～10h，提纯后得到最终的产物卟啉–硫脲(PT)。该探针水溶性好，对汞离子显示出高的灵敏度和选择性，在检测汞离子时显示明显的颜色和荧光变化；结合激光共聚焦扫描显微技术，还可获得该探针在活细胞内的汞离子检测成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种反应型汞离子荧光探针的制备，具体涉及一种以乙二胺硫脲衍生物为反应基团、卟啉分子为荧光发色团的卟啉–硫脲(PT)类水溶性汞离子荧光探针的制备方法，以及该探针分子应用于水溶液及细胞中汞离子的灵敏检测。
技术介绍
汞是一种具有严重生理毒性的重金属，对人体及生态环境可造成严重的危害，即便在浓度很低的情况，也会对人类和动植物产生相当大的毒害作用。最典型的例子就是发生在日本的水俣病，对整个社会产生了极其恶劣的影响。基于上述原因，汞被优先列在全球环境监控系统(GEMS)清单上，环境中汞的检测及含汞废水的治理已引起人们极大关注，亦引起了我国政府的高度重视，被列为“十三五规划”重大专项，对重点地区、重点企业切实加强监测和监管。汞的分析与监测技术是汞污染防治的基础，然而目前成熟的汞离子检测技术多是借助大型分析仪器，成本高、耗时长，难以实现快速的现场检测需求。而商品化的快速检测仪器和汞试纸条，其灵敏度低(检测下限为0.1mg/L)，达不到国家标准规定的限值(污水0.05mg/L，饮用水0.001mg/L)，且选择性差、易受其他离子干扰，无法满足灵敏、准确的检测要求。因此，发展灵敏度高、选择性好、方便快捷的汞离子检测新方法迫在眉睫。光化学传感检测是近年来应运而生的一种新型汞离子检测方法，因其兼备便捷、灵敏、不破坏样品和易于实现实时原位检测而倍受人们青睐。目前，国内外众多的研究小组着眼于不同的传感机制报道了很多对汞离子具有光学响应的体系。其中，为了弥补基于金属离子结合机理的传感器在选择性方面的不足，发展基于探针分子与汞离子之间特定、专一化学反应原理构建的反应型汞离子光化学探针引起了研究者的广泛关注。这种探针分子通常由两部分组成：一部分是起到信号报告作用的发色团；另一部分是识别基团，可与汞离子发生特定、专一的化学反应改变整个探针分子结构，从而引起发色团光物理性质的变化，达到对汞离子特异性检测的目的。在反应型汞离子光化学探针的设计中，识别单元的选择十分重要，它决定了整个探针分子与汞离子的结合灵敏性和选择性，并进一步影响发色团的信号输出。汞离子具有嗜硫性，可以拔除某些硫脲及硫酮衍生物的硫原子，生成相应的脱硫产物。因此可通过巧妙的分子结构设计，将此类反应活性基团与发色团相结合，利用其与汞离子发生脱硫反应前后生成具有不同结构的产物，从而改变所连发色团分子的光物理性能来实现对汞离子的检测。其中，硫脲衍生物是最为常用的汞促有机反应活性基团。专利号为CN103980728B的专利“一类用于汞离子检测的尼罗蓝荧光染料”，专利号为CN201410341346.8的专利“来自罗丹明B、二亚乙基三胺和异硫氰酸苯酯的荧光探针及其制备方法和应用”，专利号为CN201510892168.2的专利“一种含双碳硫键结构罗丹明的Hg2+荧光探针及其制备方法与应用”均报道了硫脲衍生物在汞离子探针中的应用。然而，这些反应型汞离子荧光探针虽然具有较高的灵敏度与选择性，但在实际应用中、尤其是在生物成像和检测中仍然面临着很多问题：例如有些探针分子水溶性差，在检测中需添加一定比例的有机溶剂，这对于生物体内汞离子的检测十分不利；有些探针分子中荧光发色团的荧光发射波长小于590nm，对生物样品而言，其样品基体和一些杂质在此区域也会有吸收或荧光，往往会产生较为严重的背景干扰，限制了荧光分析法灵敏度的提高；此外，一些探针自身荧光的易漂白性给实时、高分辨动态汞离子监测也带来极大困难。改善探针分子的水溶性、选择具有良好稳定性、适用于生命体系与荧光成像分析的近红外荧光发色团，最终实现生物体内汞离子的高选择性灵敏检测是解决上述问题的关键所在。卟啉是一类由四个吡咯环通过次甲基相连构成的共轭大环化合物，具有高的荧光量子产率、大的Stokes位移，是一类性能优异的近红外荧光发色团信号分子，广泛应用于荧光分子探针的构建。卟啉化合物的易修饰性可使其大环外围联接不同的取代基与活性官能团，为调控该荧光信号基团的光物理性质及改善整个探针分子的亲疏水性能提供了极大方便。因此，可通过分子设计和化学反应将其与汞离子识别单元结合，合成一系列光物理和光化学性质可调的功能化荧光探针，应用于水体及生物体内汞离子的检测。
技术实现思路
本专利技术针对现有荧光探针所存在的制备复杂、水溶性差及背景干扰严重等问题，提供了一种以乙二胺硫脲衍生物为反应基团、卟啉分子为荧光发色团的卟啉–硫脲类水溶性汞离子荧光探针及其制备方法，以及该探针分子在水体与细胞中汞离子检测的应用。一种卟啉–硫脲类水溶性汞离子荧光探针(PT)，具有如下结构通式：其中，R1＝R2＝H，或R1＝H,R2＝CH3，或R1＝H,R2＝C2H5一种卟啉–硫脲类水溶性汞离子荧光探针(PT)的制备方法，包括如下步骤：将5-氨基苯基-10,15,20-三磺酸基苯基卟啉(PNH2)溶于蒸馏水中，将三光气溶于二氯甲烷中，两者等体积混合后常温下反应3～5h后，提纯、冷冻干燥后得到5-异硫氰酸基苯基-10,15,20-三磺酸基苯基卟啉(PNCS)；将5-异硫氰酸基苯基-10,15,20-三磺酸基苯基卟啉(PNCS)与乙二胺衍生物混合后溶于丙酮与蒸馏水的混合溶剂，在常温下反应6～10h后，采用旋转蒸发仪旋干溶剂，于1000kDa的透析袋中透析48～56h，冷冻干燥36～42h后得到最终的产物卟啉–硫脲(PT)。所述的卟啉–硫脲类水溶性汞离子荧光探针(PT)的制备方法，具体包括如下步骤：(1)以市售四苯基卟啉(TPP)为起始原料，参照文献：硝基苯基卟啉的合成及反应(R.Luguya,L.Jaquinod,F.R.Fronczek,A.G.H.Vicente,K.M.Smith,Synthesisandreactionsofmeso-(p-nitrophenyl)porphyrins,Tetrahedron60(2004)2757-2763)中记载的制备方法，将TPP经过三氟乙酸/亚硝酸钠混合体系硝化、氯化亚锡/盐酸混合体系还原，制备得到5-氨基苯基-10,15,20-三苯基卟啉(ATPP)。TPP的结构式为：ATPP的结构式为：(2)将5-氨基苯基-10,15,20-三苯基卟啉(ATPP)溶于浓硫酸中，形成0.04g/mL的溶液，加热至回流，反应6～9h后停止加热；反应液加入1mol/L的氢氧化钠溶液中和至溶液的pH为7，于1000kDa的透析袋中透析45～50h，冷冻干燥22～28h后得到5-氨基苯基-10,15,20-三磺酸基苯基卟啉(PNH2)。PNH2的结构式为：(3)将5-氨基苯基-10,15,20-三磺酸基苯基卟啉(PNH2)溶于溶剂一中，将三光气溶于溶剂二中，两者等体积混合后常温下反应3～5h后，于1000kDa的透析袋中透析45～50h，冷冻干燥34～38h后得到5-异硫氰酸基苯基-10,15,20-三磺酸基苯基卟啉(PNCS)。PNCS的结构式为：(4)5-异硫氰酸基苯基-10,15,20-三磺酸基苯基卟啉(PNCS)与乙二胺衍生物以等摩尔比混合后溶于丙酮与蒸馏水的混合溶剂，形成总浓度为20mg/mL的溶液，在常温下反应6～10h后，采用旋转蒸发仪旋干溶剂，于1000kDa的透析袋中透析48～56h，冷冻干燥36～42h后得到最终的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反应型汞离子荧光探针，其特征在于，所述的探针分子的结构式如下：其中，R1＝R2＝H，或R1＝H,R2＝CH3，或R1＝H,R2＝C2H5 。

【技术特征摘要】
1.一种反应型汞离子荧光探针，其特征在于，所述的探针分子的结构式如下：其中，R1＝R2＝H，或R1＝H,R2＝CH3，或R1＝H,R2＝C2H5。2.一种反应型汞离子荧光探针的制备方法，包括如下步骤：(1)将5-氨基苯基-10,15,20-三磺酸基苯基卟啉(PNH2)溶于溶剂一中，将三光气溶于溶剂二中，两者等体积混合后常温下反应3～5h后，于1000kDa的透析袋中透析45～50h，冷冻干燥34～38h后得到5-异硫氰酸基苯基-10,15,20-三磺酸基苯基卟啉(PNCS)。(2)5-异硫氰酸基苯基-10,15,20-三磺酸基苯基卟啉(PNCS)与乙二胺衍生物混合后溶于丙酮与蒸馏水的混合溶剂，形成浓度为20mg/mL的溶液，在常温下反应6～10h后，采用旋转蒸发仪旋干溶剂，于1000kDa的透析袋中透析48～56h，冷冻干燥36～42h后得到最终的产物卟啉–硫脲(PT)。3.根据权利要求2所述的一种反应型汞离子荧光探针的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述溶剂一是蒸馏水，所述溶剂二是二氯甲烷。4.根据权利要求2所述的一种反...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕媛媛，顾伟，黄文斌，孙晓译，宣贵达，王俊波，
申请(专利权)人：浙江大学城市学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33