一种检测甲醛和pH的双功能荧光探针及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种检测甲醛和pH的双功能荧光探针及其制备方法及应用。所述荧光探针的结构如式(I)所示，其制备方法为：化合物(II)和化合物(III)在碳酸铯的作用下，生成化合物(IV)；化合物(IV)在碱性条件下，将叠氮还原为氨基，最终生成化合物(I)。本发明专利技术提供了所述荧光探针在检测甲醛和/或pH值中的应用。本发明专利技术提供了能同时检测细胞内甲醛和pH的荧光探针，为研究细胞中甲醛和pH的生理作用提供一种有效的研究工具。

A bifunctional fluorescent probe for detection of formaldehyde and pH and its preparation and Application

The invention discloses a bifunctional fluorescent probe for detecting formaldehyde and pH, and a preparation method and application thereof. The structure of the fluorescent probe is shown in formula (I), and the preparation method is as follows: compound (II) and compound (III) form compound (IV) under the action of cesium carbonate; compound (IV) reduces azide to amino group under alkaline condition, and finally forms compound (I). The invention provides an application of the fluorescent probe in detecting formaldehyde and / or pH value. The invention provides a fluorescent probe capable of simultaneously detecting formaldehyde and pH in cells, and provides an effective research tool for studying the physiological effects of formaldehyde and pH in cells.

【技术实现步骤摘要】
一种检测甲醛和pH的双功能荧光探针及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种检测甲醛和pH的双功能荧光探针及其制备方法和应用
技术介绍
1、甲醛属于活性碳簇，是一种公认的致癌物质。甲醛源于细胞内氧化酶和去甲基酶产生的内源性代谢物，在正常的细胞中，甲醛的浓度可达到0.4mM左右。体内过高的甲醛能够引起神经退行性疾病、阿兹海默病和各种癌症等等。然而目前的甲醛检测方法大多不能实时监测细胞内的甲醛浓度，因此，发展一种新型荧光探针以检测细胞内的甲醛势在必行。2、pH和甲醛的浓度水平在生理环境下是相互依赖的，pH通过改变赖氨酸特异性脱甲基酶的活性，以影响甲醛的产生，而FA和酸性微环境可以协同诱导骨癌疼痛。因此，在复杂的生物体内同时对pH和甲醛成像，将可能有助于进一步了解相互之间的关系。近年来，荧光探针的发展可用于活细胞或组织中的pH或甲醛成像。但是，没有单一的探针可以同时对同一系统中的两种分析物成像。3、荧光探针由于其高灵敏度、实时检测、生物损伤小等优点而受到研究者的关注。本专利技术目的在于开发一个新型的甲醛和pH荧光探针，可以精确检测细胞内的甲醛浓度和pH值。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种能检测甲醛浓度和pH值的双功能荧光探针。本专利技术第二个目的是提供一种所述荧光探针制备方法。本专利技术第三个目是提供所述荧光探针在甲醛和pH检测中的应用。本专利技术为实现上述目的采用以下技术方案：一种荧光探针，其结构如式(I)所示：一种所述的荧光探针的制备方法，所述制备方法为：化合物(II)和化合物(III)在碳酸铯的作用下，生成化合物(IV)；化合物(IV)在碱性条件下，将叠氮还原为氨基，最终生成化合物(I)；反应路线如下：进一步，所述制备方法具体按照如下步骤进行：(1)将化合物(III)、Cs2CO3按物质的量比1:1～1.5(优选为1:1)，混合在无水DMF中的溶液中滴加化合物(II)，并将该混合物在N2保护下于40℃～50℃搅拌过夜；旋蒸除去溶剂，并通过二氧化硅柱色谱法(优选以体积比为1:10的乙酸乙酯/石油醚为洗脱试剂)纯化所得残余物，即得化合物(IV)；(2)将二氯化锡、三乙胺、苯硫酚按物质的量比1:2～3.5:2～3.5(优选为1:3:3)加入到乙腈溶剂中，在30℃～40℃下搅拌15min～30min，然后加入化合物(IV)，其中化合物(IV)与二氯化锡二水合物的物质的量比为0.5～1：1(优选0.7：1)，并在30℃～40℃下继续搅拌12h～14h；将反应物减压浓缩，通过二氧化硅柱层析(优选以体积比1：3的乙酸乙酯/石油醚作为洗脱试剂)进行纯化，得到化合物(I)。本专利技术化合物(II)为公开的化合物，其制备方法可参考文献(K.J.Bruemmer,R.R.Walvoord,T.F.Brewer,G.Burgos-Barragan,N.Wit,L.B.Pontel,K.J.PatelandC.J.Chang,DevelopmentofaGeneralAza-CopeReactionTriggerAppliedtoFluorescenceImagingofFormaldehydeinLivingCells,J.Am.Chem.Soc.,2017,139,5338.)本专利技术化合物(III)为公开的化合物，其制备方法可参考文献(2.H.Park,S.-K.Chang,Signalingofwatercontentinorganicsolventsbysolvatochromismofahydroxynaphthalimide-basedmerocyaninedye.DyesandPigments,2015,122,324.)本专利技术提供所述的荧光探针在检测甲醛中的应用。进一步，所述甲醛优选为细胞内甲醛，浓度不高于1mmol/L。更进一步，所述细胞为人宫颈癌细胞Hela细胞。本专利技术还提供了所述的荧光探针在检测pH值中的应用。进一步，所述pH值优选为细胞内溶酶体的pH值，浓度为pH4.5-5.5。更进一步，所述细胞为人宫颈癌细胞Hela细胞。本专利技术进一步提供了所述的荧光探针在检测甲醛和pH值中的应用。进一步，所述甲醛为细胞内甲醛，浓度不高于1mmol/L；所述pH值为细胞内溶酶体的pH值，浓度为pH4.5-5.5。更进一步，所述细胞为人宫颈癌细胞Hela细胞。本专利技术所述化合物(I)作为一种荧光探针，可应用于甲醛的荧光定量检测。所述的定量甲醛浓度的荧光检测原理为：化合物(I)在与甲醛进行反应后，反应基团脱去，生成荧光物质化合物(III)，测定在激发为455nm时发射波长555nm处探针的荧光强度变化，从而获得甲醛浓度。使用本专利技术的荧光探针检测甲醛浓度的原理如下所示：本专利技术所述化合物(I)作为一种荧光探针，可应用于pH的荧光定量检测。所述的定量pH浓度的荧光检测原理为：化合物(I)在与pH进行反应后，氨基作为pH敏感基团，得到一个质子，形成NH3+反应基团，荧光强度增加，测定在激发为365nm时，发射波长455nm处探针的荧光强度变化，从而获得pH值。使用本专利技术的荧光探针检测pH浓度的原理如下所示：共聚焦荧光显微镜成像实验很好地证明了本专利技术所述荧光探针能够在细胞中检测甲醛浓度的变化，以及细胞内的酸碱环境，为研究细胞内的代谢机制提供了新的工具，在生物领域具有很好的前景。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了能同时检测细胞内甲醛和pH的荧光探针，为研究细胞中甲醛和pH的生理作用提供一种有效的研究工具。附图说明图1为本专利技术中实施例1制备的化合物(I)的核磁氢谱。图2为本专利技术中实施例1制备的化合物(I)的核磁碳谱。图3为本专利技术中实施例1制备的化合物(I)，在DMSO/PBS缓冲液(pH＝7.4，v/v＝1/199)条件下，加入不同当量的甲醛溶液时的荧光吸收光谱图。图4为本专利技术中实施例1制备的化合物(I)，在pH分别为3.5、7.5的DMSO/PBS缓冲液(v/v＝1/199)中的荧光吸收光谱图。图5为本专利技术中实施例1制备的化合物(I)，在DMSO/PBS缓冲液(pH＝7.4，v/v＝1/199)条件下，加入不同当量的甲醛溶液时的荧光发射光谱图。图5激发波长455nm，发射波长555nm。图6为本专利技术中实施例1制备的化合物(I)(0.5μM)，在DMSO/PBS缓冲液(pH＝7.4，v/v＝1/199)条件下，与甲醛(0.5mM)作用过程中的随时间变化的荧光图。图6激发波长455nm，发射波长555nm。图7为本专利技术中实施例1制备的化合物(I)，在DMSO/PBS缓冲液(pH＝7.4，v/v＝1/199)条件下，选择性结果的荧光图。1-15分别为PBS、乙醛、苯甲醛、对硝基苯甲醛、对羟基苯甲醛、丙酮、甲酸、葡萄糖、谷胱甘肽、同型半胱氨酸、半胱氨酸、硫酸氢钠、双氧水、叔丁基过氧化氢、甲醛。图7激发波长455nm，发射波长555nm。图8为本专利技术中实施例1制备的化合物(I)，在DMSO/PBS缓冲液(pH＝7.4，v/v＝1/199)条件下，加入甲醛前后的的高效液相色谱图以及质谱图。图9为本专利技术中实施例1制备的化合物(I)对宫颈癌细胞中甲醛荧光成像。图10为本专利技术中实施例1制备的化合物(I)对宫颈癌细胞中内源性甲醛荧光成像。图11为本专利技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种荧光探针，其结构如式(I)所示：

【技术特征摘要】
1.一种荧光探针，其结构如式(I)所示：2.一种如权利要求1所述的荧光探针的制备方法，所述制备方法为：化合物(II)和化合物(III)在碳酸铯的作用下，生成化合物(IV)；化合物(IV)在碱性条件下，将叠氮还原为氨基，最终生成化合物(I)；反应路线如下：3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法具体按照如下步骤进行：(1)将化合物(III)、Cs2CO3按物质的量1:1～1.5，混合在无水DMF中的溶液中滴加化合物(II)，并将该混合物在N2保护下于40℃～50℃搅拌过夜；旋蒸除去溶剂，并通过二氧化硅柱色谱法纯化所得残余物，即得化合物(IV)；(2)将二氯化锡、三乙胺、苯硫酚按物质的量比1:2～3.5:2～3.5加入到乙腈溶剂中，在30℃～40℃下搅拌15min～30min，然后加入化合物(IV)，其中化合物(IV...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱勍，付曼琳，谢振达，尹彪，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33