基于喹啉骨架的Cu2+和Fe3+双靶点荧光探针及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种基于喹啉骨架的Cu2+和Fe3+双靶点荧光探针及其制备方法和应用，该双靶点荧光探针具有式I所示的结构。本发明专利技术的双靶点荧光探针对Cu2+和Fe3+的识别具有高灵敏度和高选择性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物荧光探针领域，更具体地，涉及一种基于喹啉骨架的Cu2+和Fe3+双靶点荧光探针及其制备方法和应用。
技术介绍
铜和铁是人类生产生活中被广泛使用的金属，两者作为过渡元素具有显著的生物相关性。它们常常作为辅酶或其他辅助因子参与生物体的生长代谢。过量的Cu2+和Fe3+会引起机体代谢障碍及其他严重疫病。Cu2+和Fe3+引起的代谢障碍疾病主要包括器官功能紊乱或者神经退行性疾病。因此对于过渡金属的检测十分重要。荧光检测具有高灵敏度、高选择性、操作简易、快速响应等优势。细胞荧光成像作为生物和药物科学领域里一种高效的探测手段备受关注。而用于细胞成像的荧光物质，应当有良好的水溶性、高亮度、光稳定性和低毒性。荧光小分子由于其良好的生物相容性、优越的光物理特性被应用于细胞内成像检测。喹啉是一个大的共轭体系，可以很容易地产生π到π*的电子跃迁，喹啉基衍生物不仅具有较强的荧光，而且其杂环氮原子能参与配位，即同时具有识别和荧光功能。近年来基于喹啉骨架特异性识别Zn2+，Ag+，Fe3+，Cu2+等离子的小分子荧光探针被广泛报道。然而，同时识别双靶点或多靶点的荧光探针被较少报道。双靶点荧光探针具有高效、低成本、操作简易的优势，因此，设计一种能够同时识别双靶点、生物相容性好的荧光探针显得日益重要。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种基于喹啉骨架的Cu2+和Fe3+双靶点荧光探针，以及提供该双靶点荧光探针的制备方法和其在细胞成像中的应用。本专利技术的第一方面是提供一种基于喹啉骨架的Cu2+和Fe3+双靶点荧光探针(以下简称QLBM)，该双靶点荧光探针具有式I所示的结构：本专利技术的第二方面是提供该双靶点荧光探针的制备方法，该方法包括：(i)在第一有机溶剂存在下，使喹哪啶酸与草酰氯反应，得到式II所示化合物；(ii)在第二有机溶剂存在下，使式II所示化合物与2-氨基苯并咪唑反应，得到式I所示化合物。本专利技术的第三方面是提供该双靶点荧光探针在细胞成像中的应用。本专利技术的效果表现在：(1)QLBM对Cu2+和Fe3+的识别具有高灵敏度和高选择性。(2)该探针的反应体系为纯水相。(3)首次提出利用抗坏血酸对Cu2+和Fe3+进行区分。(4)利用质谱、DFT分析了其作用机制，并将其作为Cu2+和Fe3+双靶点探针应用于细胞成像。本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。附图说明通过结合附图对本专利技术示例性实施方式进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。图1为本专利技术双靶点荧光探针的氢谱。图2为本专利技术双靶点荧光探针的碳谱。图3为本专利技术双靶点荧光探针的紫外吸收谱图。图4(a)示出了将200μM的不同金属离子加入QLBM(20μM)的Tris-HCl(50mM，pH 7.2)溶液后的荧光发射谱图；图4(b)示出了将200μM的不同金属离子加入QLBM(20μM)的Tris-HCl(50mM，pH 7.2)溶液后紫外光下的颜色图。图4(c)和图4(d)分别示出了QLBM(20μM)在Tris-HCl(50mM，pH 7.2)溶液中与Cu2+(200μM)，Fe3+(200μM)和其他金属离子(500μM)的荧光发射谱图。黑条代表其他竞争金属离子。红条代表在加入竞争金属离子后加入Cu2+(200μM)和Fe3+(200μM)。图5(a)示出了在QLBM(20μM)的Tris-HCl(50mM，pH 7.2)溶液中不断滴加Cu2+的荧光发射谱图。图5(b)示出了在QLBM(20μM)在Tris-HCl(50mM，pH 7.2)溶液中不断滴加Cu2+在508nm处的荧光值与Cu2+滴加浓度的滴定曲线。内部曲线为QLBM荧光值与Cu2+离子浓度的线性区间曲线。图5(c)示出了在QLBM(20μM)的Tris-HCl(50mM，pH 7.2)溶液中不断滴加Fe3+的荧光发射谱图。图5(d)示出了在QLBM(20μM)在Tris-HCl(50mM，pH 7.2)溶液中不断滴加Fe3+在508nm处的荧光值与Fe3+滴加浓度的滴定曲线。内部曲线为QLBM荧光值与Fe3+离子浓度的线性区间曲线。图6(a)示出了在QLBM(20μM)的Tris-HCl(50mM，pH 7.2)溶液中加入Fe3+(200μM)离子后，又加入抗坏血酸(500μM)后的荧光发射谱图变化。图6(b)示出了在QLBM(20μM)的Tris-HCl(50mM，pH 7.2)溶液中加入Cu2+(200μM)离子后，又加入抗坏血酸(500μM)后的荧光发射谱图变化。图6(c)示出了在包含Cu2+(200μM)和Fe3+(200μM)的QLBM(20μM)的Tris-HCl(50mM，pH 7.2)溶液中加入抗坏血酸(500μM)后最大发射波长处(508nm)时间梯度的荧光值变化。图6(d)示出了在QLBM(20μM)的Tris-HCl(50mM，pH 7.2)溶液中加入Cu2+(200μM)和Fe3+(200μM)后加入抗坏血酸(500μM)紫外灯照射下的颜色变化。图7示出了QLBM-CuCl2与2当量QLBM-FeCl3的质谱结果。图8(a)、图8(b)、图8(c)分别示出了DFT计算分析的QLBM、QLBM-Cu2+和QLBM-Fe3+的最优化结构。图9示出了不同浓度QLBM的细胞毒性。图10(a)为HeLa细胞与20μM QLBM共孵育6h后的共聚焦显微镜成像。图10(b)为HeLa细胞与20μM QLBM共孵育6h后，加入200μM Cu2+孵育30min的共聚焦显微镜成像。图10(c)为HeLa细胞与20μM QLBM共孵育6h后，加入200μM Fe3+孵育30min的共聚焦显微镜成像。标尺：50μm。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术。本专利技术提供一种基于喹啉骨架的Cu2+和Fe3+双靶点荧光探针，该双靶点荧光探针具有式I所示的结构：本专利技术提供上述双靶点荧光探针的制备方法，该方法包括：(i)在第一有机溶剂存在下，使喹哪啶酸与草酰氯反应，得到式II所示化合物；(ii)在第二有机溶剂存在下，使式II所示化合物与2-氨基苯并咪唑反应，得到式I所示化合物。根据本专利技术，优选地，步骤(i)中，喹哪啶酸与草酰氯的摩尔比为1：5-20。步骤(i)中的所述第一有机溶剂可以为本领域常规的非质子有机溶剂，优选为二氯甲烷、甲苯和正己烷中的至少一种。进一步优选地，上述有机溶剂为干燥处理后的有机溶剂。具体地，步骤(i)可包括：将溶解在第一有机溶剂中的草酰氯滴加到喹哪啶酸溶液中，混合均匀后，在惰性气体存在下，蒸馏搅拌反应。其中，所述喹哪啶酸溶液优选为喹哪啶酸溶解于第一有机溶剂中形成的溶液，喹哪啶酸溶液的浓度可以根据需要确定。所述滴加优选在低温下进行，例如冰浴条件。所述惰性气体例如可以为氮气。步骤(i)还可以包括常规的后处理步骤，例如冷却、旋蒸溶剂等。根据本专利技术，步骤(ii)中，式II所示化合物与2-氨基苯并咪唑的摩尔比优选为1：1-2。步骤(ii)中的所述第二有机溶剂可以为本领域常规的非质子有机溶剂，优选为二氯甲烷、甲苯和正己烷中的至少一种。进一步优选地，上述有机溶剂为干燥处理后的有机溶剂。优选地，步骤(ii)包括：向反应体系中加入缚酸剂。所述缚酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于喹啉骨架的Cu2+和Fe3+双靶点荧光探针，其特征在于，该双靶点荧光探针具有式I所示的结构：

【技术特征摘要】
1.一种基于喹啉骨架的Cu2+和Fe3+双靶点荧光探针，其特征在于，该双靶点荧光探针具有式I所示的结构：2.权利要求1所述的双靶点荧光探针的制备方法，其特征在于，该方法包括：(i)在第一有机溶剂存在下，使喹哪啶酸与草酰氯反应，得到式II所示化合物；(ii)在第二有机溶剂存在下，使式II所示化合物与2-氨基苯并咪唑反应，得到式I所示化合物。3.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤(i)中，喹哪啶酸与草酰氯的摩尔比为1：5-20。4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一有机溶剂为二氯甲烷、甲苯和正己烷中的至少一种。5.根据权利要求2所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋宇扬，谭英，谭春燕，张碧波，刘海洋，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44