一种检测二氧化硫的可逆性比率型荧光探针制造技术

本发明专利技术提供了一种检测二氧化硫的可逆性比率型荧光探针，其化学结构式为：

A Reversible Ratio Fluorescence Probe for the Detection of Sulfur Dioxide

The invention provides a reversible ratio type fluorescent probe for detecting sulfur dioxide. The chemical structure formula of the fluorescent probe is as follows:

【技术实现步骤摘要】
一种检测二氧化硫的可逆性比率型荧光探针
本专利技术属于分析化学
，具体涉及一种检测二氧化硫的荧光探针及其应用。
技术介绍
在日常生活中，SO2衍生物被广泛用作酶抑制剂、抗菌剂、医药产品、食品和饮料必不可少的防腐剂，它们大量用于范围广泛的行业。研究发现，暴露于高剂量的硫酸氢盐中，不仅是导致呼吸疾病，也与肺癌，心血管疾病的发生率提高有一定关联，同时与许多神经系统疾病，如中风、偏头痛、阿尔兹海默症也有不可分的关系。此外，二氧化硫还是雾霾的主要成分之一，在环境中被进一步氧化转变为硫酸，造成酸雨。气态二氧化硫作为主要大气污染物，危及着人类健康，酸雨将损害水生和陆地生态系统。它还可以由生物系统中的含硫氨基酸内源性产生，过量产生二氧化硫容易导致严重不良反应和急性症状，如潮红，低血压，腹泻，荨麻疹和腹痛。因此，发展一种有效快速检测二氧化硫及其衍生物的技术具有重要意义。目前，针对检测二氧化硫的分子荧光探针已有文献报道，但这些常见的荧光探针多有背景干扰、响应时间较长、散射干扰等缺陷，这样有可能影响在复杂生理环境中对二氧化硫检测的应用。
技术实现思路
针对目前二氧化硫检测探针背景干扰、散射干扰大，响应时间较长等问题，本专利技术提供一种检测二氧化硫的可逆性比率型荧光探针，响应速度快、抗干扰能力强。本专利技术的另一目的是提供一种上述荧光探针在检测溶液中或生物细胞内硫酸氢根的应用。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。一种检测二氧化硫的可逆性比率型荧光探针，其化学结构式如式（I）所示：式（I）。一种上述荧光探针的制备方法，包括以下步骤：（1）在N2保护下，4-溴-1,8-萘二甲酸酐与氨基丙烷于无水乙醇中加热反应，分离、提纯得固体，即为化合物1：；（2）在N2保护下，化合物1与1-（4-哌嗪-1-基-苯基）乙酮于乙二醇甲醚中加热反应，反应结束，分离、提纯得到化合物2：；（3）在N2保护下，化合物2与N,N二乙基水杨醛于浓硫酸中加热反应，反应结束后，分离、提纯得探针NaP：。步骤（1）中，所述物料4-溴-1,8-萘二甲酸酐与氨基丙烷的物质的量比为18:19。步骤（1）中，所述反应温度为85℃，反应时间为3h。步骤（1）中，所述分离、提纯过程为：将反应液冷却至室温时，出现沉淀后抽滤，然后经硅胶色谱柱分离提纯，洗脱液为石油醚：二氯甲烷（V/V）=1:2，得到灰色固体，即化合物1。步骤（2）中，所述化合物1与1-（4-哌嗪-1-基-苯基）乙酮的物质的量比为5:6。步骤（2）中，所述反应温度为130℃，反应时间为5h。步骤（2）中，所述分离、提纯过程为：将反应液旋蒸后经柱色谱提纯，洗脱液为石油醚：二氯甲烷（V/V）=1:1），得到化合物2。步骤（3）中，所述化合物2与N,N二乙基水杨醛的物质的量比为1:1。步骤（3）中，所述反应温度为90℃，反应时间为6h。步骤（3）中，所述分离、提纯过程为：将反应液滴加至冰水中，用70％高氯酸洗涤抽滤后，经硅胶柱，洗脱液为二氯甲烷：甲醇（V/V）=30:1，提纯后得到探针NaP。一种上述荧光探针在检测溶液、细胞或生物体中硫酸氢根的应用。本专利技术的机理如下：。根据亚硫酸氢盐或亚硫酸盐的亲核性，设计合成了以FRET荧光信号传感为原理的可逆性二氧化硫比率型荧光探针，亚硫酸氢或亚硫酸盐通过亲核加成进攻不饱和C=C键，导致近红外光消失，只释放萘酰亚胺荧光。而在甲醛存在下荧光又恢复原来的状态。本专利技术具有以下优点：本专利技术所述的快速识别二氧化硫的荧光探针的水溶液，在二氧化硫存在下，所发射的荧光由640nm（近红外）变成了540nm，该现象说明探针对二氧化硫有响应，这一现象为生物及环境检测二氧化硫的的应用奠定了可靠的理论基础。通过动力学实验证明，该探针识别速度极快。此外，该探针成功应用于细胞成像，同时也可用于小鼠活体成像，在生物体分析检测中显示出很大的优越性。附图说明图1：探针NaP的1HNMR谱；图2：探针NaP的13CNMR谱；图3：探针NaP不同浓度的二氧化硫的滴定测试；图4：探针NaP不同浓度的甲醛的滴定测试；图5：探针NaP在不同pH的PBS缓冲液中的实验；图6：NaP探针对不同离子的选择性；图7：探针NaP的响应速度；图8：NaP荧光探针的细胞成像测试；图9：NaP荧光探针的小鼠活体成像测试。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不受下述实施例的限制。实施例1荧光探针的合成（1）化合物1的合成称取5.0g的4-溴-1,8-萘二甲酸酐（18mmol）和1.64g的氨基丙烷（19mmol）于合适的反应瓶中，加入10mL无水乙醇，在氮气保护下85℃加热回流3h，等体系温度冷却至室温时出现沉淀然后抽滤，经硅胶色谱柱分离提纯，洗脱液为石油醚：二氯甲烷（V/V）=1:2，得到灰色固体。（2）化合物2的合成称取1.5g化合物1（5mmol）于合适的反应瓶中，加入1.3g的化合物1-（4-哌嗪-1-基-苯基）乙酮（6mmol）再加入10mL乙二醇甲醚在氮气保护下130℃下搅拌5h，旋蒸后经柱色谱提纯，洗脱液为石油醚：二氯甲烷（V/V）=1:1），后得到化合物2。（3）探针NaP的合成称取1.04g化合物2（25mmol）和N,N二乙基水杨醛（4.8g，25mmol）于合适的反应瓶中，加入5mL的浓硫酸作溶剂在氮气保护下90℃条件下搅拌6h。加热后颜色为灰褐色且随时间颜色逐渐加深。反应完后，将其慢慢滴加入冰水中后加入70％HClO4，然后抽滤，经硅胶柱，洗脱液为二氯甲烷：甲醇（V/V）=30:1，提纯后得到探针NaP。其1HNMR谱图如图1，13CNMR谱图如图2。实施例2荧光探针对不同亚硫酸氢根的可逆响应配制浓度为1mM的实施例1所得检测二氧化硫的荧光探针NaP的二甲基亚砜(DMSO)的测试母液溶液待用。测试试液为20%的乙腈和80%的PBS缓冲液组成的2mL体系，使得测试液中，探针的终浓度为10μM，测试使用的亚硫酸氢钠的浓度分别为5µM、10µM、15µM、20µM、30µM、40µM、50µM、55µM。继而进行吸收光谱测试和荧光检测（λex=420nm，λem=540nm，637nm）。得各体系中荧光强度，建立荧光强度与亚硫酸氢钠浓度标准曲线，如图3所示。由图3可知，随着亚硫酸氢钠浓度的增加，540nm处的荧光强度逐渐增加，637nm处的荧光强度逐渐降低，当亚硫酸氢钠浓度达到50μM时，反应体系荧光强度不在随浓度的改变而发生变化，反应体系达到饱和状态。配制2mL测试试液体系，使测试液中探针的终浓度为10μM，亚硫酸氢钠的浓度为50µM，其中含乙腈的体积分数为20%。然后加入不同浓度的甲醛浓度分别为10µM、20µM、40µM、50µM、60µM、70µM、100µM、150µM、200µM、300µM。继而进行吸收光谱测试和荧光检测（λex=420nm，λem=540nm，637nm），得各体系中荧光强度，建立荧光强度与甲醛浓度标准曲线，如图4所示。由图4可知，随着甲醛浓度的增加，540nm处的荧光强度逐渐减弱，637nm处的荧光强度逐渐增强，当甲醛浓度达到200μM时，随着甲醛浓度的升高，该体系的荧光强度不再随之而变，反应体系荧光强度达到饱和状态。实施例3荧光探针在不同pH溶液中的稳定性配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测二氧化硫的可逆性比率型荧光探针，化学结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种检测二氧化硫的可逆性比率型荧光探针，化学结构式为：。2.一种如权利要求1所述的可逆性比率型荧光探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在N2保护下，4-溴-1,8-萘二甲酸酐与氨基丙烷于无水乙醇中加热反应，分离、提纯得固体，即为化合物1：；（2）在N2保护下，化合物1与1-（4-哌嗪-1-基-苯基）乙酮于乙二醇甲醚中加热反应，反应结束，分离、提纯得到化合物2：；（3）在N2保护下，化合物2与N,N二乙基水杨醛于浓硫酸中加热反应，反应结束后，分离、提纯得探针：。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，物料4-溴-1,8-萘二甲酸酐与氨基丙烷的物质的量比为18:19；步骤（2）中，化合物1与1-（4-哌嗪-1-基-苯基）乙酮的物质的量比为5:6；步骤（3）中，化合物2与N,N二乙基水杨醛的物质的量比为1:1。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伟英，高雯杰，马燕燕，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37