具有细胞渗透性的Hg离子高灵敏可逆探针及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于药物化学技术领域，具体涉及一种具有细胞渗透性的Hg离子高灵敏可逆探针及其制备方法和应用，该探针结构中含有Yb

A highly sensitive reversible probe for Hg ion with cell permeability and its preparation and Application

The invention belongs to the technical field of pharmaceutical chemistry, in particular to a highly sensitive reversible probe for Hg ion with cell permeability, its preparation method and application, and the probe structure contains Yb.

【技术实现步骤摘要】
具有细胞渗透性的Hg离子高灵敏可逆探针及其制备方法和应用
本专利技术属于药物化学
，具体涉及一种具有细胞渗透性的Hg离子高灵敏可逆探针及其制备方法和应用。
技术介绍
由于产业迅猛发展及经营粗放，导致世界上许多地区的重金属污染已超出了常规的限制，这个问题很快得到人们的广泛关注。其中，汞(II)离子由于其自身对巯基的强亲和力，容易导致大多数蛋白质和酶的功能障碍，因而成为人类健康的重大威胁之一。而且，由于其生物聚集性和不可降解性，这种污染物可以通过食物链积聚在人体内，即使在低浓度下也会引起大脑和神经系统受损、肾衰竭和认知障碍等有害疾病。因此，这种危害的严重性促使广大研究者们致力于开发汞离子探针，使其能应用在生物和环境传感和监控中。由于荧光传感器可以定量检测重金属离子，因而是监测汞污染的有用工具。近年来，有大量的工作集中在开发各种基于荧光基团的传感器，例如罗萨明荧光团，半方酸菁荧光团和卟啉荧光团等。其中，基于罗丹明B的传感器是一种设计新颖的具有可逆化学特性的传感器。其金属诱导的开环过程在灵敏度，选择性和响应时间方面有着明显的光物理优势。但是，就像其他有机染料传感器一样，这种荧光传感器仍然需要克服重大挑战。例如：其水溶性差，导致大多数传感器需要水和有机溶剂的混合溶液。而且，由于有机染料的斯托克斯位移较窄，来自激发光的干扰也限制了它的应用。而荧光共振能量转移(FRET)是克服这种离子化学传感的问题的有效工具之一。FRET是被激发的施主和受主之间具有距离依赖性的相互作用，因而能帮助我们清楚地观察受主发射。而镧系元素螯合物由于其施主吸收和金属受主发射之间存在较宽的波长漂移，较长的发光寿命(微秒到毫秒)和特征性的尖峰形发光，因此在发光传感器方面具有很大的发展潜力。先前报道的一些基于Yb(III)的Hg2+传感器YbPor-L也具有一些较高灵敏度和选择性的特征。但值得注意的是，传感器的发射虽然位于近红外光谱区，可以穿透生物组织，然而传感器的水溶性差，仅在有机溶剂中有响应，不能将其运用在活细胞或组织中。而且，由于在有机溶剂和缓冲液的混合溶液中，传感器的检测极限处于微摩尔级(10μM)，因而对于许多应用来说，这种传感器的灵敏度不高。另外，其还存在着可见响应信号的波长非常接近激发波长等缺点。这些缺点使传统的Hg2+传感器不适用于活细胞中，促使了我们开发出更灵敏及具有生物相容性的Hg2+荧光探针。中国公开专利CN105486668A公开了一种基于罗丹明-噻吩衍生物的快速响应性Hg2+显色-荧光探针的制备方法，其主要是用于水环境中复杂样品的测量，然而其并未报道适应于活细胞或组织中使用。
技术实现思路
本专利技术主要提供了一种具有细胞渗透性的Hg离子高灵敏可逆探针及其制备方法和应用，该探针具有快速检测响应，低检测限和可逆等特性，适用于生物应用。其技术方案如下：一种含有Yb3+配合物与罗丹明B感应单元组合而成的双通道传感器，所述传感器为探针RPYb001，探针结构中含有Yb3+配合物、罗丹明B感应单元、二硫代甲酸酯片段和4-(苯基乙炔基)吡啶片段，RPYb001的结构式如式(A)所示：式中：(1)左侧部分为Yb3+配合物，充当显示发射响应单元(NIR)及特高化合物的水溶性；(2)右侧部分包含了PY、二硫代甲酸酯和罗丹明B片段，充当收集光子、能量传递、Hg2+的“捕捉”单元以及显示发射响应(可见)。本专利技术设计的双通道传感器RPYb001是基于Yb3+配合物与罗丹明B感应单元组合设计而成。本专利技术制得的Yb3+配合物是利用易进行取代的大环多胺作为Yb3+阳离子的配位单元，因而具有优异的水溶性；二硫代甲酸酯部分充当Hg2+的“捕捉”单元，此外，它还能触发罗丹明B单元的开环过程，从而使传感器具有高选择性和高灵敏度。本专利技术通过进行取代的4-(苯基乙炔基)吡啶(PY)单元收集光子，并通过FRET将能量传递至开环的罗丹明B和Yb3+离子。这种新型传感器在Hg2+存在下，能在可见光和近红外区域显示发射响应，形成RPYb001-Hg复合物，所述RPYb001-Hg复合物在巯基化合物存在下恢复形成低荧光的不含Hg2+的RPYb001。可见光和近红外这两种发射通道都远离激发波长，具有快速检测响应，低检测限和可逆等特性，因此使其适用于生物应用。上述工作原理如下：采用上述方案，本专利技术具有以下优点：Yb3+配合物具有优异的水溶性；二硫代甲酸酯部分充当Hg2+的“捕捉”单元，Hg2+被“捕捉”后，触使罗丹明B开环。而4-(苯基乙炔基)吡啶(PY)单元被激发后，并通过FRET将能量传递至开环的罗丹明B和Yb3+离子，使其分别具有可见和近红外发射。由于Hg2+对巯基化合物具有很高的结合能力，因此巯基将从RPYb001-Hg复合物上剥离结合的Hg2+，从而恢复低荧光的不含Hg2+的传感器，使此探针具有可逆性。总而言之，这种新型传感器在Hg2+存在下，能在可见光和近红外区域显示发射响应。这两种发射通道都远离激发波长，具有快速检测响应，灵敏度高和可逆等特性。本专利技术的Yb3+配合物和罗丹明B化合物RPYb001作为检测Hg离子的荧光探针，可以选择性的与分析物汞离子反应，其灵敏度高，可逆性强。而且与传统的探测器相比，强荧光增强效应明显，并且具有更好的水溶性，能更好的应用在水或者血清之中，有效的实现了对汞离子的非破坏性的和快速的监测，因此其作为检测Hg离子的荧光探针在生物医药学中具有广阔的应用前景。附图说明图1为RPYb001化合物的光谱图；图2为RPYb001化合物的功能实施图；图3为RPYb001化合物的细胞毒活性情况图；图4为RPYb001化合物的细胞成像图。具体实施方式实施例1(2-((吡咯烷-1-硫羰基)硫基)乙酰基)苯甲酸(化合物I-3)的制备过程及反应流程如下。一、4-(2-溴乙酰基)苯甲酸甲酯(化合物I-1)的制备在茄形瓶中加入4-乙酰基苯甲酸甲酯(5.00g，28.08mmol)，p-TsOH·H2O(8.01g，42.12mmol)和100mLMeCN的溶液，随后加入NBS(5.22g，29.48mmol)。将反应物加热至85℃并搅拌4小时。析出固体后加入300mL水。用DCM(200mL×3)萃取混合物，然后用饱和NaHCO3水溶液(300mL)洗涤。用无水Na2SO4干燥得粗品，经柱层析分离纯化，用己烷/乙酸乙酯(4:1，v/v)作为洗脱剂，得到为白色固体产物4-(2-溴乙酰基)苯甲酸甲酯5.80g，产率80.3％(化合物I-1)。1HNMR(400MHz,CDCl3)δ＝8.15(d,J＝8.7Hz,2H),8.04(d,J＝8.7Hz,2H),4.47(s,2H),3.96(s,3H).13CNMR(101MHz,CDCl3)δ＝190.78,165.91,137.12,134.58,129.98,128.84,52.57,30.71。二、4-(2-((吡咯烷-1-硫羰基)硫代)乙酰基)苯甲酸甲酯(化合物I-2)的制备在4-(2-溴乙酰基)苯甲酸甲酯(化合物I-1)(4.00g，15.52mmol)和丙酮(120mL)的溶液中加入吡咯烷-1-二硫代磷酸铵(3.82g，23.27mmol)。将反应混合物在室温下搅拌8小时。析出固体后加入300mL水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有细胞渗透性的Hg离子高灵敏可逆探针，其特征在于：所述探针为RPYb001，探针结构中含有Yb3+配合物、罗丹明B感应单元、二硫代甲酸酯片段和4‑(苯基乙炔基)吡啶片段，RPYb001的结构式如式(A)所示：

【技术特征摘要】
1.一种具有细胞渗透性的Hg离子高灵敏可逆探针，其特征在于：所述探针为RPYb001，探针结构中含有Yb3+配合物、罗丹明B感应单元、二硫代甲酸酯片段和4-(苯基乙炔基)吡啶片段，RPYb001的结构式如式(A)所示：2.根据权利要求1所述的具有细胞渗透性的Hg离子高灵敏可逆探针，其特征在于：所述探针在Hg2+存在下，能在可见光和近红外区域显示发射响应，形成RPYb001-Hg复合物。3.根据权利要求1所述的具有细胞渗透性的Hg离子高灵敏可逆探针，其特征在于：下式(B)为Yb3+配合物，充当近红外显示发射响应单元及特高化合物的水溶性；下式(C)包含了4-(苯基乙炔基)吡啶、二硫代甲酸酯和罗丹明B片段，二硫代甲酸酯为Hg2+的“捕捉”单元，触使罗丹明B开环，4-(苯基乙炔基)吡啶单元用于收集光子，通过FRET将能量传递至开环的罗丹明B片段，罗丹明B片段用于显示可见光发射响应；4.根据权利要求2所述的具有细胞渗透性的Hg离子高灵敏可逆探针，其特征在于：所述RPYb001-Hg复合物在巯基化合物存在下恢复形成低荧光的不含Hg2+的RPYb001。5.一种权利要求1所述的具有细胞渗...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄嘉良，鲍国臣，
申请(专利权)人：常熟浸大科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32