一种特异性识别汞离子的荧光探针制造技术

本发明专利技术公开了一种可以特异性识别汞离子的荧光探针。其分子结构式如下：

A specific fluorescence probe for identifying mercury ions

The invention discloses a fluorescent probe which can specifically identify mercury ions. Its molecular structure is as follows:

【技术实现步骤摘要】
一种特异性识别汞离子的荧光探针
本专利技术属于化学分析检测
，具体涉及一种可以特异性识别Hg2+的荧光探针，具体研究了该探针的制备方法以及在体外和活细胞内检测Hg2+的应用。
技术介绍
汞是一种运用在电子、化工、制药、生物等方面必不可少的重金属元素，是所有的重金属中对人类和环境毒害最大的。汞广泛分布于土壤、水、空气中。并可以通过冶金、使用化石燃料、焚烧固体垃圾等各种人类活动和火山爆发等自然活动的方式将汞排放到环境中。汞通常以汞单质、离子、络合物和有机汞的形式存在。水溶性的汞离子可以通过细菌转化成甲基汞(CH3HgX,X＝Cl-,AcO-等)，甲基汞随后可以被生物体吸收，通过食物链方式在人体内富集。由于生物放大作用，汞的危害呈现生物富集和生物放大作用。在伊拉克、日本就有甲基汞中毒导致流行病的事件。无机汞及其衍生物可以无障碍地通过皮肤、粘膜。由于汞离子具有很强的结合性，容易与酶和蛋白质中的巯基发生反应。汞的积累会使细胞功能紊乱，从而导致一系列前脑、神经系统、肾脏、认知、有丝分裂、内分泌、运动各个方面疾病。即使只摄取少量的汞，也会对人体产生严重或者慢性伤害，环保组织规定了饮用水、食物中最大汞含量为2ppb(0.01μM)。因此研发快速、高效的方法检测环境和生物体内Hg2+含量很有必要。迄今为止，各种传统应用于检测Hg2+的分析技术包括：高效液相(HPLC)、毛细管电泳(CE)、原子吸收光谱(AAS)、诱导耦合质谱(ICP-Mass)。然而这些传统的分析方法有着一些不可忽略的弊端，例如：耗时长、样品前处理复杂等。最近几十年，大量基于蛋白质、核酸、DNA、纳米粒子、有机荧光团、比色法、聚合物的特异性检测汞离子的方法相继被研发出来。荧光探针在检测痕量汞离子方面相比其他方法具有独特的优势，因其具有良好选择性、灵敏性、操作简单、可以用于生物成像。发射波长在红外或者近红外区域的荧光染料因为可以减少背景干扰、减少对生物样品的光损伤以及具有深的组织穿透能力等优势，在生物成像方面更受欢迎。
技术实现思路
本专利技术目的之一是提供一种合成简单、反应条件温和、成本较低的荧光探针合成方法；目的之二是提供一种灵敏度高、选择性好，抗干扰能力强，斯托克斯位移130nm，发射波长在625nm，能够对体外或者活细胞内的Hg2+进行快速监测或者细胞成像的荧光探针。本专利技术解决问题采取的技术方案为，其分子结构式如下：合成路线如下：具体合成方法如下：(a)468mg化合物1、1504mg1,2-二溴乙烷溶于30mL乙腈中，边搅拌边加入1112mg碳酸钾，氩气保护回流反应20h。抽滤，滤饼用30mL二氯甲烷洗涤，旋干溶剂，粗产品柱层析体提纯，得到化合物2，暗黄色固体120mg，产率17.6％。(b)120mg化合物2溶于5mLDMSO，80mg叔丁醇钾加入到反应液中。氩气保护，室温搅拌6h。反应结束后，将反应液倒入到150ml去离子水中，用50mL乙酸乙酯萃取，重复3次，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，旋干，柱层析体提纯，得到化合物3，油状物60mg，产率60.7％。(c)60mg化合物3、30mg丙二腈溶于10mL色谱甲醇中，加入15μL哌啶。氩气保护、室温搅拌8h。停止反应，旋干溶剂，余物进行柱层析分离提，得到探针，红色粉末45mg，产率63.6％。本专利技术的荧光探针的作用机理如下：由于烯醚部分的光致转移发光(PET)效应导致探针分子几乎没有荧光发射。汞离子可以特异性与烯醚键进行加成反应，再脱去一个有机汞分子，形成一个过渡态，然后经历一个合环反应产生染料。探针的响应过程如下：本专利技术的荧光探针在测试体系为乙醇和20mMpH＝7.4的HEPESNa混合溶液(体积比为3比7)，室温下进行测试。可以对Hg2+进行定量测试，具体实施方法在实施例中介绍。本专利技术的荧光探针与Hg2+响应后的荧光发射峰在625nm处，完全响应后荧光强度增强了102倍。本专利技术所述的探针分子合成路线简单，操作简单，成本较低，对Hg2+的选择性好、抗干扰能力强，斯托克斯位移大，发射波长在近红外，该荧光探针在生物诊断、分析化学、环境科学等领域具有实际的应用价值。附图说明图1为本专利技术荧光探针的选择性，荧光探针(1.0×10-5mol/L)在乙醇和20mMpH＝7.4的HEPESNa混合溶液(体积比为3比7)中，与不同物质响应后的荧光光谱，横坐标为波长，纵坐标为荧光强度。图2为本专利技术荧光探针的抗干扰能力，Hg2+与其它干扰物共存时，与荧光探针(1.0×10-5mol/L)在乙醇和20mMpH＝7.4的HEPESNa混合溶液(体积比为3比7)中，与Hg2+响应后的荧光强度比值(I/I0)柱状图。图3为本专利技术的荧光探针(1.0×10-5mol/L)在乙醇和20mMpH＝7.4的HEPESNa混合溶液(体积比为3比7)中，与不同浓度Hg2+响应后的荧光光谱变化，横坐标为波长，纵坐标为荧光强度。图4为本专利技术的荧光探针(1.0×10-5mol/L)pH在乙醇和20mMpH＝7.4的HEPESNa混合溶液(体积比为3比7)中，与Hg2+浓度的线性关系，横坐标为浓度，纵坐标为荧光强度。图5为本专利技术的荧光探针(1.0×10-5mol/L)在乙醇和20mMpH＝7.4的HEPESNa混合溶液(体积比为3比7)中，与Hg2+响应过程中荧光强度随时间的变化，横坐标为时间，纵坐标为荧光强度。图6为本专利技术的荧光探针(1.0×10-5mol/L)在不同pH的乙醇和20mMpH＝7.4的HEPESNa混合溶液(体积比为3比7)中，与Hg2+响应前后的荧光强度，横坐标为pH，纵坐标为荧光强度。图7为本专利技术的荧光探针(1.0×10-5mol/L)在不同条件下的细胞(Hela细胞)成像图(a)探针和Hg2+溶液处理的细胞中明场成像(b)探针和Hg2+溶液处理的细胞中荧光成像中荧光成像(c)探针和Hg2+溶液处理的细胞中复合场成像(d)探针在细胞中明场成像(e)探针在细胞中荧光成像(f)探针在细胞中复合场成像。具体实施实例实施例1：中间产物化合物2的合成468mg化合物1、1504mg1,2-二溴乙烷溶于30mL乙腈中，边搅拌边加入1112mg碳酸钾，氩气保护回流反应20h。抽滤，滤饼用30mL二氯甲烷洗涤，旋干溶剂，粗产品柱层析体提纯，得到化合物2，暗黄色固体120mg，产率17.6％。HRMS(EI)m/z:理论值C15H21BrN2O2[M+Na]+,363.0684；实验值,363.0572.1HNMR(500MHz,CDCl3)δ10.22(s,1H),7.01(s,1H),6.04(s,1H),4.35(t,J＝6.2Hz,2H),3.67(t,J＝6.2Hz,2H),3.55–3.50(m,2H),3.42(q,J＝7.1Hz,2H),3.34(q,J＝7.1Hz,2H),3.22–3.17(m,2H),1.24(t,J＝7.1Hz,3H),1.18(t,J＝7.1Hz,3H).13CNMR(126MHz,CDCl3)δc186.83,157.01,143.22,114.81,108.59,94.72,69.68,47.77,45.74,45.32,44.79,29.21,10.76,9.96。实施例2：化合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特异性识别汞离子的荧光探针，其结构为：

【技术特征摘要】
1.一种特异性识别汞离...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋相志，谭倩，廖立德，苏远安，任晓杰，杨雷，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43