一种氟离子荧光探针及应用制造技术

本发明专利技术公开一种氟离子荧光探针及其应用，其具有如下结构式通式：式中，R1、R2分别独立的选自氢、甲基、乙基、丙基或异丙基。本发明专利技术的氟离子荧光探针对氟离子的选择性高，该荧光探针对氟离子的识别基于电子转移机制，并且是反应型探针，具有良好的选择性和灵敏度。其对氟离子的检测限低，完全符合美国环保署(EPA)规定安全饮用水中最大氟离子浓度的检测要求。而且，将探针负载到纳米水凝胶中，使得其在水相中分散的较好，便于检测，具有细胞成像等生物方面的潜在应用。

【技术实现步骤摘要】
一种氟离子荧光探针及应用
本专利技术涉及荧光探针领域。更具体地，涉及一种在水环境中检测氟离子的荧光探针。
技术介绍
氟离子是最小的阴离子，有着特殊的化学性质。在人体健康方面，适量的氟离子对于防治龋齿和临床治疗骨质疏松症有很好的效果，因此，氟化盐通常添加到饮用水和牙膏中，但是摄入过量的氟化物又会引起牙齿或者骨质“氟中毒”；在环境方面，氟离子是某些化学武器(比如，沙林)残留物的重要检测指标。因此，在环境保护、生命科学等众多领域，定性定量地检测氟离子都有着重要的意义。由于各种复杂的测试环境及检测方法的限制，氟离子的定量检测往往存在很大的干扰。传统的电位分析法由于灵敏度差、易引起误差而逐渐被后来的氟离子选择性电极和离子色谱等方法代替，但是由于这些新的检测方法存在设备昂贵、操作复杂且不能随时随地进行检测等缺陷。相对而言，基于化学传感器原理设计的氟离子荧光探针则具有方便、快捷、灵敏度高等优点。荧光探针的信号报告基团一般是有机荧光染料，存在水溶性差的问题。为了解决这个问题，本专利技术将荧光探针负载到纳米水凝胶中，使其分散到了水相中。纳米水凝胶是纳米尺寸的水凝胶纳米颗粒，具有由交联的高分子链形成的三维网状结构。三维网状结构使得纳米水凝胶能够将探针分子稳定地包裹在其纳米空间内，从而起到增容作用。本专利技术将设计合成的荧光探针负载到纳米水凝胶中，成功用于水相氟离子检测，而且显示出了良好的选择性和灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种氟离子荧光探针。本专利技术的另一个目的在于提供一种氟离子荧光探针在检测水相中的氟离子的应用。为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：一种氟离子荧光探针，具有如下结构式通式：式中，R1、R2分别独立的选自氢、甲基、乙基、丙基或异丙基。具有上述结构式通式的氟离子荧光探针通过下述方法制备得到：a)参考文献(Chem.Eur.J.,2010,16,9154–9163或Chem.Mater.,2002,14,2369-2377)合成原料化合物1-芘甲醇，合成路线如下：将芘、N-甲基甲酰苯胺、三氯氧磷溶于邻二氯苯中，在100℃下反应1h，经纯化，得到1-芘甲醛。再将合成的1-芘甲醛溶于四氢呋喃中，加入硼氢化钠还原，得到1-芘甲醇。b)合成氟离子荧光探针分子，合成路线如下：在氮气保护下，先将二异丙基二氯硅烷、咪唑、带有不同取代基的氨基苯酚溶于四氢呋喃中，在40℃下反应，带有不同取代基的氨基苯酚完全反应后，加入1-芘甲醇和咪唑，在40℃下接着反应。经柱层析分离，得到氟离子荧光探针分子。上述式中，R1、R2分别独立的选自氢、甲基、乙基、丙基或异丙基。为达到上述第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：上述氟离子荧光探针在检测水相中的氟离子的应用，包括如下检测步骤：1)将氟离子荧光探针分子负载到纳米水凝胶中，得到水相分散体系；2)确定不同浓度氟离子荧光探针分子的检测限；3)通过荧光光谱绘制氟离子荧光探针分子检测氟离子的工作曲线；4)测定目标溶液中氟离子的浓度。优选地，步骤1)中，所述将氟离子荧光探针分子负载到纳米水凝胶中，得到水相分散体系的具体步骤为：①配制氟离子荧光探针分子的四氢呋喃溶液；②配制纳米水凝胶水溶液；③将步骤①配制的溶液加入到步骤②配制的水溶液中，得到水相分散体系。优选地，所述纳米水凝胶由羰基二咪唑活化的Poloxamer(环氧丙烷与环氧乙烷共聚物)和支链聚乙烯亚胺(PEI)交联得到。进一步地，所述Poloxamer为三嵌段聚醚高分子，其中间为聚丙二醇嵌段，两端为聚乙二醇嵌段。优选地，所述Poloxamer的数均分子量Mn为4400或5800；所述支链聚乙烯亚胺分子中伯胺：仲胺：叔胺＝1：2：1，数均分子量Mn为1000、1200或1800，所述支链聚乙烯亚胺可市售购买获得。优选地，所述羰基二咪唑活化的poloxamer与聚乙烯亚胺的质量比为3：1-10：1。具体地，参考文献(GeneTherapy,2000,7,126-138和MolecularPharmaceutics,2005,2,449-461)，所述纳米水凝胶(Poloxamer-cl-PEI)的合成路线如下：其中，上述纳米水凝胶的合成过程中，a＝10，b＝68时，Poloxamer的商品名为PluronicL121(Mn＝4400)，相应的纳米水凝胶记为PluronicL121-cl-PEI；a＝39，b＝69时，Poloxamer的商品名为PluronicP123(Mn＝5800)，相应的纳米水凝胶记为PluronicL123-cl-PEI；支链PEI的数均分子量Mn为1000、1200、1800，相应的纳米水凝胶记为Poloxamer-cl-PEI(1K)、Poloxamer-cl-PEI(1.2K)、Poloxamer-cl-PEI(1.8K)；羰基二咪唑活化的Poloxamer和支链PEI的质量比为3：1-10：1，相应的纳米水凝胶记为Poloxamer-cl-PEI(质量比)，比如Poloxamer-cl-PEI(3:1)。现有技术中大多数探针分子不溶于水，只能检测有机溶液中的氟离子，不能用于水相氟离子的检测。本专利技术利用纳米水凝胶的增容作用，将氟离子荧光探针负载到纳米水凝胶中，防止不溶于水的探针分子在水中聚集，从而将不溶于水的探针分子分散于水相中以达到检测水中氟离子的目的。本专利技术中纳米水凝胶的支链聚乙烯亚胺(PEI)部分作为一种阳离子聚合物可以通过静电相互作用有效地富集带负电荷分析物(氟离子)；另一部分Poloxamer是由聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇组成的三段共聚物，在水中能够自组装成胶束，能负载探针分子分散到水相中。本专利技术提供的荧光探针对氟离子的识别基于电子转移机制，且为反应型荧光探针，具有良好的选择性。该荧光探针与氟离子作用原理如图1所示：用硅烷将1-芘甲醇和带有不同取代基的氨基苯酚连接之后，由于存在电子转移过程，1-芘甲醇的荧光被部分猝灭，荧光减弱；加入氟离子后，氟离子选择性切割硅氧键，阻断了电子转移过程，1-芘甲醇的荧光恢复。具体的，氟离子荧光探针应用于检测水相中的氟离子的具体步骤如下：S1：配制氟离子荧光探针分子浓度为0.1-5.0mM的四氢呋喃溶液；S2：配制浓度为1.0-3.0g/L的纳米水凝胶水溶液；S3：取1-100μL的步骤S1中配制的溶液加入到的10mL的步骤S2中配制的溶液中，得到氟离子荧光探针水相分散体系；S4：取3ml一系列氟离子荧光探针水相分散体系，分别加入10-30μL浓度为10-2M的F-、Br-、Cl-、SO42-、NO3-、HSO4-、AcO-、H2PO4-的水溶液，放置10-60分钟后，分别测量出377nm处的荧光强度，由此验证荧光探针对氟离子的选择性；S5：取3mL一系列氟离子荧光探针的水相分散体系，分别加入10-30μL不同浓度的氟离子(0,40,80,120,160,200μM)，放置10-60分钟后，分别测量出377nm处的荧光强度，由此确定各荧光探针的检测限；S6：取3mL一系列氟离子荧光探针的水相分散体系，分别加入10-30μL不同浓度的氟离子(0,0.4,0.8,1.2,1.6,2.0mM)，放置10-60分钟后，根据荧光强度与氟离子浓度的关系制作工作曲线；S7：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氟离子荧光探针，其特征在于，所述氟离子荧光探针具有如下结构式通式：式中，R1、R2分别独立的选自氢、甲基、乙基、丙基或异丙基。

【技术特征摘要】
1.一种氟离子荧光探针，其特征在于，所述氟离子荧光探针具有如下结构式通式：式中，R1、R2分别独立的选自氢、甲基、乙基、丙基或异丙基。2.如权利要求1所述的氟离子荧光探针在检测水相中的氟离子的应用，其特征在于，包括如下检测步骤：1)将氟离子荧光探针分子负载到纳米水凝胶中，得到水相分散体系；2)确定不同浓度氟离子荧光探针分子的检测限；3)通过荧光光谱绘制氟离子荧光探针分子检测氟离子的工作曲线；4)测定目标溶液中氟离子的浓度。3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤1)中，所述将氟离子荧光探针分子负载到纳米水凝胶中的具体步骤为：①配制氟离子荧光探针分子的四...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾毅，周婵，李嫕，邱波，于天君，陈金平，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11