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荧光探针及其制备方法和应用，该荧光探针的化学结构如式(1)所示含有2,2‑联吡啶、酰肼和酚基团，该探针溶于水‑二甲基亚砜溶液中，随着Al3+浓度的增加，体系荧光强度在500nm处荧光强度显著增强，且对铝离子体现较低的检出限9nM；除铜离子外，三价铬与三价铁等离子对体系荧光光谱不产生干扰；这探针还具有合成路线简化，产率高，使用方便，适合于实际应用，在生物检测环境治理等领域有很广的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有机材料合成以及环境和生物金属离子检测，特别是涉及具有铝离子识别功能的荧光探针及其制备方法和应用。
技术介绍
铝是在自然界分布最广泛的金属之一，也在社会生活中使用频繁，并广泛分布在生物组织中。生物组织中铝离子含量的多少直接影响到生物体的健康，以人为例，世界卫生组织规定，饮用水中铝离子含量不能超过7.41mM，同时人体中铝离子含量不能高于7mg.kg-1，随着现代化生活的推进，城市和乡镇都饮用纯净水，而水的纯化中可能涉及到铝的使用，并且工业的日益发展壮大，是铝元素在水中，土壤中含量日益增加，而水中铝离子可以通过直接饮用进入生物组织，土壤中可以进入食用植物，最后通过生物富集，使人体中铝离子含量超标，研究表明，铝离子过量可以影响智力，对人的生长发育造成极大的损害，所以针对于铝离子在各环境下的检测一直以来都是科学热点。荧光传感器以其高选择性，高灵敏度，低检测限和取样少对环境危害小的优点成为生物化学学科的一个热点话题和前沿的研究领域，其在化学学科、生命科学、生物技术和环境科学领域有许多重要应用，用荧光传感器来检测铝离子的方法在国际上也得到广泛的认可和应用，如用来跟踪铝离子在生命活动中的分布。与传统的原子吸收光谱，离子选择性电极分析等方法相比较，其在分子识别与传感器中优势突出，在环境与生物领域具有相当大的应用前景。由于荧光探针检测金属具有上述的多种优点，迅速得到研究人员的认可，目前已有荧光检测铝离子的报道，例如文献DyesandPigments,Volume101,February2014,Pages58-66报道的以罗丹明B为发色团的荧光探针，产率24％，检测限0.59uM，三价铁离子产生干扰；文献SensorsandActuatorsB:Chemical,Volume220,1December2015,Pages1196-1204报道以罗丹明B为基础的探针，产率93％，检测限0.14uM，二价汞离子、三价铬离子产生干扰；文献TetrahedronLetters,Volume54,Issue28,10July2013,Pages3630-3634报道的以罗丹明B为发色团的探针，产率75％，检测限30uM，干扰离子为二甲铜离子和三价铁离子；文献InorganicaChimicaActa,Volume398,24March2013,Pages64-71报道的以萘酰亚胺为发色团的探针，产率89％，检测限10uM，三价铬离子干扰；文献SpectrochimicaActaPartA:MolecularandBiomolecularSpectroscopy,Volume127,5June2014,Pages329-334报道的以萘酰亚胺为发色团的探针，产率80％，检测限0.5uM，三价铬离子干扰；文献InorganicChemistryCommunications,Volume30,April2013,Pages21-25以萘酰亚胺为发色团的探针，产率无表述，检测限无表述，Ag+,Cr3+,Zn2+,Pb2+,Cd2+等离子产生干扰等等，如上述部分已报道文献所言，目前荧光探针仍然具有合成成本高，合成步骤复杂，合成产率低的不足，不利于适应市场的大规模应用和检测等缺点，同时荧光发色团也过于单一，可用于金属铝离子荧光检测合成的官能团也日趋单一化，逐步局限在罗丹明、萘酰亚胺、喹啉等传统发色团之上，不利于对铝离子检测的进一步研究，并且在对铝离子的检测中，传统三价离子，包括铁离子，铬离子会对铝离子产生较大干扰，基于目前所报道的研发现状，亟待解决研发方向单一，原料易得，产率高，抗干扰能力强，并且能一定程度在有机混合溶液环境中检测铝离子的探针，来满足实际研发、生产和生活的需要。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有铝离子识别功能的荧光探针及其制备方法和应用，实现对铝离子的高灵敏度、高选择性的检测，且制作和使用方便。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种荧光探针，该荧光探针的化学结构如式(1)所示含有2,2-联吡啶、酰肼和酚基团，进一步地：在320nm激发波长下，探针在350nm到600nm波长范围内对铝离子检测限为9nM。在对铝离子的荧光探测过程中，在水-二甲亚砜的混合溶剂的环境。在有机溶剂环境中对Al3+检测时，在0-10μM浓度范围内不受Mg2+、Fe3+、Cr3+、Cd2+、Cu2+、Na+、K+、Ni2+、Ba2+、Zn2+、Pb2+干扰。一种对铝离子荧光识别功能的传感器，包含所述的荧光探针。一种制备所述的荧光探针的制备方法，以联吡啶为基础通过与醇类、肼类、醛类反应制备而成如式(1)所示的含有2,2-联吡啶、酰肼和酚基团，进一步地：所述制备方法包括以下步骤：(1)合成制备4,4-二甲酸乙酯-2,2-联吡啶；(2)将步骤(1)的产物酰肼化得到4,4-二甲酸酰肼-2,2-联吡啶；(3)利用乙醇和水杨醛将步骤(2)的产物合成荧光探针。所述制备方法包括以下步骤：(1)将10.60～13.80质量份乙醇加入2.44质量份4,4-二羧酸-2,2-联吡啶中，同时加入1.00质量份浓硫酸，在60～80摄氏度下反应5小时，之后用减压蒸馏蒸去0.50～0.75质量份溶剂，按6.20:5.50质量比的氯仿与水对反应物进行萃取分离，即将7.40质量份氯仿加入1.00质量份水中，分离2～3次，蒸干溶剂得到粗产物4,4-二甲酸乙酯-2,2-联吡啶；(2)按步骤(1)制备得到的粗产物4,4-二甲酸乙酯-2,2-联吡啶，取1.50～4.50质量份粗产物溶解在15.80～23.70质量份甲醇中。然后加入水合肼，质量比1.00:5.00～8.00，将5.00～8.00质量份水合肼加入反应体系中，室温350rpm转速搅拌下，直至有白色絮状物产生，然后加热到35摄氏度，在搅拌下反应4小时，制备得到4,4-二甲酸酰肼-2,2-联吡啶；(3)称取步骤(2)制备产物4,4-二甲酸酰肼-2,2-联吡啶，将1.36～4.08质量份产物溶于23.70～39.50质量份乙醇中，最后升温至65摄氏度，按1.00:0.90～1.80质量比，将27.20质量份酰肼与24.40～48.80质量份水杨醛混合，在350rpm下剧烈搅拌，反应4小时，冷却后得到浅绿色固体，并用乙醇重结晶。一种所述的荧光探针的应用，使用所述荧光探针对铝离子进行荧光检测。进一步地，在对铝离子的荧光检测过程中，在水-二甲亚砜的混合溶剂的环境下使用。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种对铝离子具有高灵敏荧光检测功能的荧光探针及其制备方法和应用，本专利技术以联吡啶为基础合成荧光探针，该荧光探针的化学结构如式(1)所示含有2,2-联吡啶、酰肼和酚基团。该荧光探针以联吡啶为发色团检测铝离子，有优良的荧光检测性能：探针溶于水-二甲基亚砜溶液中，随着Al3+浓度的增加，体系荧光强度在500nm处荧光强度显著增强，且对铝离子体现较低的检出限9nM；除铜离子外，三价铬与三价铁等离子对体系荧光光谱不产生干扰；这探针还具有合成路线简化，产率高，使用方便，适合于实际应用，在生物检测环境治理等领域有很广的应用前景。本专利技术的制备方法简单，所制备的荧光传感器能够在有机混合溶液中实现对铝离子的高灵敏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种荧光探针，其特征在于,该荧光探针的化学结构如式(1)所示含有2,2‑联吡啶、酰肼和酚基团，

【技术特征摘要】
1.一种荧光探针，其特征在于,该荧光探针的化学结构如式(1)所示含有2,2-联吡啶、酰肼和酚基团，2.如权利要求1所述的荧光探针，其特征在于，在320nm激发波长下，探针在350nm到600nm波长范围内对铝离子检测限为9nM。3.如权利要求2所述的荧光探针，其特征在于，在对铝离子的荧光探测过程中，在水-二甲亚砜的混合溶剂的环境。4.如权利要求2所述的荧光探针，其特征在于，在有机溶剂环境中对Al3+检测时，在0-10μM浓度范围内不受Mg2+、Fe3+、Cr3+、Cd2+、Cu2+、Na+、K+、Ni2+、Ba2+、Zn2+、Pb2+干扰。5.一种对铝离子荧光识别功能的传感器，其特征在于，包含如权利要求1至4任一项所述的荧光探针。6.一种制备如权利要求1至4任一项所述的荧光探针的制备方法，其特征在于，以联吡啶为基础通过与醇类、肼类、醛类反应制备而成如式(1)所示的含有2,2-联吡啶、酰肼和酚基团，7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)合成制备4,4-二甲酸乙酯-2,2-联吡啶；(2)将步骤(1)的产物酰肼化得到4,4-二甲酸酰肼-2,2-联吡啶；(3)利用乙醇和水杨醛将步骤(2)的产物合成荧光探针。8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将10.60～13.80质量份乙醇加入2.44质量份4,4-二羧酸-2,2-联吡啶中，同时加入1.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚有为，董运生，万学娟，刘天奇，刘丽君，
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