一种比率荧光氟离子探针及其制备和应用制造技术

发明专利技术涉及一种比率荧光氟离子探针及其制备方法以及在氟离子检测、细胞标记、成像领域中的应用。该探针主要有两部分组成，一部分为荧光的能量给体，一部分为含有异丁基二苯基硅氧基团的离子型铱配合物并作为能量受体，这两部分通过共价键连接在一起。利用配体中硅氧键与氟离子发生作用后，硅氧键会发生断裂，导致铱配合物激发态和光物理性质的改变从而影响能量给体和受体间的能量转移效率，实现对氟离子的比率荧光检测。该种配合物也可以用于生物比率成像。本发明专利技术的化合物作为氟离子磷光传感器，可用于对水相中氟离子的高灵敏度、高选择性检测，可实现比率法和比色法的检测，消除了背景荧光的干扰，提高了检测的准确性。n为1‑10的正整数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学/生物传感器
，具体涉及一种比率荧光氟离子探针及其制备和在水相氟离子检测和细胞成像领域中的应用。
技术介绍
生物识别和生物传感已经成为一个重要的研究领域，尤其是阴离子的检测变的尤为重要。氟广泛存在于自然界中，氟化物是人体必须的微量元素之一。但同时含氟化合物是有毒性的，氟化物对人体毒性取决于氟离子的浓度和摄入量。饮用水中含氟的适宜浓度为0.5-1.0mg/L，长期饮用高氟水则会给人体带来不利影响，严重的会引起氟斑牙和氟骨病。氟及氟化物作为重要的化学物质在各个行业有着广泛的应用。化肥、农药、化工、石化行业等在生产中使用含氟化学品或生产含氟化工产品，产生了相应的含氟废水，必须对含氟工业废水加以处理和监测。因此实现对氟离子简便、快速的检测在临床医学中表现出越来越重要的作用。检测氟离子的机理主要有两类：一是利用路易斯酸碱相互作用，即硼原子作为路易斯酸与作为路易斯碱的氟离子之间产生强的亲和力而实现选择性识别；二是利用氢键作用，即许多氢键给体如脲基、吡咯/杯吡咯、酰胺或咪唑能够与氟离子形成氢键从而达到检测的目的。但是，基于氢键相互作用的氟离子探针选择性较差；基于三芳基硼的氟离子探针选择性较好，但很难实现水相氟离子检测。对氟离子的检测往往很难在水溶液中实现，并且由于检测过程受到其它多种阴离子的干扰，专一性受到限制。近几年，利用硅与氟的特殊的相互作用，可以成功实现了纯水溶剂体系中氟离子的快速检测(Angew.Chem.Int.Ed.2010,49,4915–4918)。现在基于硅与氟相互作用实现氟离子检测的荧光探针都是基于荧光信号的检测，荧光信号检测在实际应用中容易受到背景荧光的干扰，从而降低了检测的灵敏度和信噪比。荧光比率法是通过两个波长荧光强度的比值变化检测目标物，可以通过自我校正消除不定因素的影响，所以比率法是目前检测离子的最佳选择。相比有机荧光，具有d6、d8和d10电子结构的磷光重金属配合物具有优异的光物理性质，如大的斯托克斯位移可以很容易区分激发和发射峰，能使用可见光进行激发，长的发射寿命有利于使用时间分辨技术有效地与背景荧光信号区分开以提高检测的信噪比和灵敏度等。为了进一步提高检测的信噪比和灵敏度，并实现水相溶液中的氟离子检测，有必要设计合成同时基于磷光信号和荧光信号的新型比率荧光氟离子探针。本专利技术提供了一种高灵敏度和高选择性的比率荧光氟离子探针，该探针提高了检测的准确性，，并可用于细胞标记和成像等领域中。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的在于提供一种比率荧光氟离子探针，所述探针为一类磷光铱配合物，给出该探针的制备方法，并提出这类配合物在检测氟离子及其在细胞标记、成像中的应用。同时，还利用紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱检测了该磷光铱配合物对氟离子的响应性能。本专利技术采用的技术方案如下所述。技术方案：本专利技术提供一种比率荧光氟离子探针，所述探针为一类磷光铱配合物，其具有如下结构通式：：其中n为1-10的正整数。由上述通式可知，该探针由两部分组成，一部分为荧光的能量给体，一部分为含有异丁基二苯基硅氧基团的离子型铱配合物并作为能量受体，这两部分通过共价键连接在一起。该探针在与氟离子相遇时，铱配合物配体中的硅氧键与氟离子发生作用，硅氧键会发生断裂，导致铱配合物激发态和光物理性质的改变从而影响能量给体和受体间的能量转移效率，外在表现为荧光效应的明显变化，从而通过对比这种变化，能够实现对氟离子的比率荧光检测。本专利技术还提供了上述探针分子的制备方法，具体过程为：(1)在氮气保护下，向2,7-二溴-芴中加入强碱和1-辛醇，搅拌并加热至150-220℃，减压蒸馏出过量的1-辛醇，分离提纯得到2,7-二溴-9-辛基芴；(2)向强碱和2-吡啶基苯并咪唑中加入离子液体，混合搅拌，加入1,6-二溴己烷，在室温下搅拌，分离提纯得到化合物4；(3)在氮气保护下，化合物4、2,7-二溴-9-辛基芴、强碱和有机溶剂的混合物加热到30-110℃，搅拌反应，分离提纯得到化合物5；(4)称取化合物5、Ar-B(OH)2和钯催化剂加入到两颈瓶中，反应体系避光、氮气保护，将2M的强碱水溶液、有机溶剂经过除氧操作，用注射器注入到反应体系中，升温至30-110℃，搅拌反应，分离提纯得到化合物6；(5)在氮气保护下，C^N配体与三水合三氯化铱在乙二醇乙醚/水(3:1，v:v)混合液中50-180℃密闭反应得到相应的铱二氯桥化合物；(6)再将得到的铱二氯桥化合物与化合物6在有机溶剂混合液中氮气保护下30-110℃密闭反应，冷却后得到化合物7；(7)将上述反应物冷却至室温后加入六氟磷酸钾继续反应，旋出溶剂，将得的固体用柱层析方法分离，即得到所述磷光氟离子探针；其中，所述强碱为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠等；步骤(2)中的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐；步骤(3)中的有机溶剂为DMSO；步骤(4)所述的钯催化剂为四(三苯基磷)钯等，所述有机溶剂为甲苯及乙醇的混合溶剂，且经过除氧操作；步骤(6)中的有机溶剂为二氯甲烷和甲醇的混合溶剂，且两者的体积比为2:1。其中，n为1-10的正整数。所述制备方法的制备过程可参照下述方程式：本专利技术还提供所述探针的应用，该比率荧光氟离子探针可以用于水相中氟离子的检测。将探针分子溶解在CH3OH/H2O(v/v，2:1，pH7.2)混合溶液中，逐次加入氟离子的CH3OH/H2O混合溶液中，每次滴加氟离子后，在37℃恒温水浴中加热搅拌5min，使氟离子与铱配合物Ir1充分反应，随后测试其荧光发射光谱，从光谱图中可以看到，随着体系中氟离子浓度的增加，化合物在600nm左右处的荧光强度逐渐变弱，而420nm左右处的荧光强度基本不变。以上结果表明，本专利技术的化合物对氟离子具有较高的灵敏度，而且可以实现比率法的检测。配制10μM的探针分子溶液(CH3OH/H2O(v/v，2:1，pH7.2))，移取2.5mL所配化合物溶液于比色皿中，加入过量的(超过200倍当量)的含CO32-,HSO4-,NO2-,NO3-,CH3COO-,HSO3-,HCO3-,Cl-,Br-的水溶液，分别测其发射光谱。从光谱图中观察加入各种阴离子前后化合物在600nm处的荧光强度变化，可以看出，化合物对除氟离子之外的其它常见阴离子的荧光基本没有响应。同时，本专利技术所述的比率荧光氟离子探针可用于细胞内比率成像。将消化后的细胞接种在96孔板中，每孔的接种密度为104个/孔，在37℃，5％CO2的条件下继续培养24h。吸除不新鲜的培养液后用不同浓度探针分子溶液(1、5、10、25、50μM)的细胞培养液继续培养细胞24h。每孔加入10μLMTT(5mg/mL)继续培养4h后终止培养。吸除培养液，每孔加入150μLDMSO，摇床震荡10min后使用酶标仪测试OD570。MTT细胞毒性实验结果显示，在配合物的浓度为1～50μM时，培养24h后的细胞存活率均大于80％，证明该配合物具有较低的细胞毒性，可用于细胞成像。本专利技术采用的细胞均为人宫颈癌HeLa细胞。将消化后的细胞接种在培养皿中，在37℃，5％CO2的条件下继续培养24h使之贴壁。将培养好的HeLa细胞用PBS缓冲溶液洗三次，然后用上述配好的探针分子溶液培养15m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种比率荧光氟离子探针，其特征在于，该探针有两部分组成，一部分为荧光的能量给体，一部分为含有异丁基二苯基硅氧基团的离子型铱配合物并作为能量受体，这两部分通过共价键连接在一起，具有如下结构通式：其中n为1‑10的正整数。

【技术特征摘要】
1.一种比率荧光氟离子探针，其特征在于，该探针有两部分组成，一部分为荧光的能量给体，一部分为含有异丁基二苯基硅氧基团的离子型铱配合物并作为能量受体，这两部分通过共价键连接在一起，具有如下结构通式：其中n为1-10的正整数。2.一种如权利要求1所述的比率荧光氟离子探针的制备方法，其特征在于，其制备路线如下：(1)在氮气保护下，向2,7-二溴-芴中加入强碱和1-辛醇，搅拌并加热至150-220℃，减压蒸馏出过量的1-辛醇，分离提纯得到2,7-二溴-9-辛基芴；(2)向强碱和2-吡啶基苯并咪唑中加入离子液体，混合搅拌，加入1,6-二溴己烷，在室温下搅拌，分离提纯得到化合物4；(3)在氮气保护下，化合物4、2,7-二溴-9-辛基芴、强碱和有机溶剂的混合物加热到30-110℃，搅拌反应，分离提纯得到化合物5；(4)称取化合物5、Ar-B(OH)2和钯催化剂加入到两颈瓶中，反应体系避光、氮气保护，将2M的强碱水溶液、有机溶剂经过除氧操作，用注射器注入到反应体系中，升温至30-110℃，搅拌反应，分离提纯得到化合物6；(5)在氮气...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵强，杨继光，许文娟，黄维，刘淑娟，秦妍妍，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32