一种检测β-半乳糖苷酶的荧光探针及制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种检测β‑半乳糖苷酶的荧光探针及制备方法和应用。所述检测β‑半乳糖苷酶的荧光探针的结构式为：

A fluorescent probe for detection of beta-galactosidase and its preparation and Application

The invention provides a fluorescent probe for detecting beta galactosidase, a preparation method and application thereof. The structure of the fluorescent probe for detecting beta galactosidase is as follows:

【技术实现步骤摘要】
一种检测β-半乳糖苷酶的荧光探针及制备方法和应用
本专利技术属于小分子荧光探针分析检测领域，具体涉及一种快速检测β-半乳糖苷酶的荧光探针。
技术介绍
β-半乳糖苷酶(β-gal)是一种能够将β-半乳糖苷水解成半乳糖和糖苷的酶。随着科学技术的快速发展，β-半乳糖苷酶在环境、生物、医学、化学、等领域的应用越来越多。在食品工业领域，利用β-半乳糖苷酶能够水解乳糖的性质来降低乳制品中的乳糖含量。在生物领域，β-半乳糖苷酶是一种被广泛应用的基因标记酶，可用来研究基因的转录调控和基因表达等。β-半乳糖苷酶基因是基因工程中最常用的报告基因，利用其表达产物β-半乳糖苷酶来研究目的基因的表达调控。最近报道的文献发现β-半乳糖苷酶与动物细胞的衰老有密切的关系。因此，在医学研究、基因诊断、生物免疫等方面，检测β-半乳糖苷酶活性显得十分重要。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种检测β-半乳糖苷酶的荧光探针，以GCTPOC作为荧光团，通过β-半乳糖苷酶选择性脱去半乳糖基团来实现对β-半乳糖苷酶的荧光检测。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。一种检测β-半乳糖苷酶的荧光探针，简称为Gal-Pro，其结构式如式（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）2,4-二羟基苯甲醛与2-环己烯-1-酮溶于H2O/1,4-二氧六环（dioxane）=1:1（v/v）的混合溶剂中，在三乙烯二胺（Dabco）催化下加热回流反应，产物分离纯化后得到化合物1：；（2）β-D-半乳糖五乙酸酯和HBr在乙酸存在下室温反应，产物分离纯化得化合物2：；（3）化合物1与化合物2在Na2SO4和Cs2CO3存在下于乙腈中室温反应，产物分离纯化得化合物3：；（4）化合物3与甲醇钠在甲醇中室温反应，产物分离纯化得荧光探针：。步骤（1）中，反应温度为100℃，反应时间为40h。步骤（1）中，分离纯化步骤为：产物用乙酸乙酯萃取，以无水硫酸钠干燥，减压蒸除溶剂得粗产品，再用硅胶柱进行分离，硅胶颗粒大小为200-300目，洗脱剂为乙酸乙酯/石油醚=1:4（v/v）。步骤（2）中，反应时间为1h。步骤（2）中，分离纯化步骤为：产物加入等体积的二氯甲烷和冰，分层后水相用二氯甲烷萃取，有机层以NaHCO3和饱和食盐水分别洗涤，再以无水硫酸钠干燥，蒸除溶剂。步骤（3）中，反应时间为24小时。步骤（3）中，分离纯化步骤为：产物用乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，蒸除溶剂得粗产品，再用硅胶柱进行分离，硅胶颗粒大小为200-300目，洗脱剂为乙酸乙酯/石油醚=1:3（v/v）。步骤（4）中，反应时间为4小时。步骤（4）中，分离纯化步骤为：产物蒸除溶剂得粗产品，再用硅胶柱进行分离，硅胶颗粒大小为200-300目，洗脱剂为二氯甲烷/甲醇=40:1（v/v）。一种上述β-半乳糖苷酶探针的用途，该荧光探针可以应用于溶液或者活细胞中β-半乳糖苷酶的含量传感检测；所述的传感检测包含荧光检测，细胞成像检测。本专利技术具有以下优点：本专利技术的荧光探针的合成只需要几步就可以完成，且后处理过程相对简单；该探针可以实现β-半乳糖苷酶分子探针的选择性快速检测，并且选择性好，抗其他分子干扰能力强。此外，在紫外灯下可以观察到荧光颜色增强，是一种具有生色传感功能的荧光探针。基于其特异性且显著的颜色变化，该试剂可作为显示水溶液中和生物细胞内β-半乳糖苷酶存在的专一性指示剂。故而，本专利技术是一种简单，快速，灵敏的β-半乳糖苷酶特异性检测试剂，在生物分子检测领域具有广阔的应用前景。附图说明图1是实施例1中探针的1HNMR图谱；图2是探针随β-半乳糖苷酶浓度增加荧光谱图的变化图；图3是探针对不同离子和分子的选择性荧光谱图；图4是探针对不同离子和分子的选择性柱状图；图5是探针在β-半乳糖苷酶加入前后紫外光下荧光颜色对比图；图6是探针应用于细胞中β-半乳糖苷酶的荧光成像图。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：2,4-二羟基苯甲醛（2eq），2-环己烯-1-酮（3eq）溶于H2O/dioxane=1：1（v/v）的溶液中，加入Dabco，加热回流40h，乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，减压旋干溶剂得粗产品，并用硅胶柱进行分离，硅胶颗粒大小为200-300目，洗脱剂体积比为乙酸乙酯/石油醚=1:4，得到化合物1。产率为70%；（2）化合物2的合成：β-D-半乳糖五乙酸酯（1eq，3.90g），溶于HBr（45%，10mL），AcOH（5mL）中，室温搅拌1h。加入二氯甲烷（20mL）和冰（20g），分层，水相用二氯甲烷萃取，NaHCO3（30mL），饱和食盐水（30mL）洗涤，无水硫酸钠干燥，减压旋干溶剂得化合物2；（3）化合物3的合成化合物1（1eq），Na2SO4（2.5eq），Cs2CO3（5eq）溶于乙腈中，将化合物2（1.5eq）缓慢加入上述反应液中，室温反应24小时，通过柱色谱分离得到化合物3。乙酸乙酯萃取，无水硫酸钠干燥，减压旋干溶剂得粗产品，并用硅胶柱进行分离，硅胶颗粒大小为200-300目，洗脱剂体积比为乙酸乙酯/石油醚=1:3，得到化合物3，产率为50%；（4）荧光探针的合成化合物3（1eq）溶于甲醇中，加入溶于甲醇的甲醇钠（3eq），室温反应4小时，减压旋干溶剂得粗产品，并用硅胶柱进行分离，硅胶颗粒大小为200-300目，洗脱剂体积比为二氯甲烷/甲醇=40：1，得荧光探针，产率为40%，1HNMR谱图如图1所示。实施例2荧光探针随β-半乳糖苷酶浓度升高荧光谱图的变化取实施例1制备的荧光探针溶于二甲基亚砜（DMSO）中，制成1mmol/L储备液。从储备液中取出20μL加入到5mL的离心管当中，加入不同单位（0-12U）的β-半乳糖苷酶标准溶液（80U/mL），用PBS缓冲溶液（0.1mol/L，pH=7.4）溶液稀释至2mL，测量其荧光性质（激发波长为450nm）。荧光光谱如图2所示。由图2可见，随着β-半乳糖苷酶加入量的增加荧光逐渐增强。实施例3荧光探针对不同分子或离子的选择性从实施例2中荧光探针储备液中取出20μL加入到5mL的离心管当中，分别加入竞争分子标准溶液（100eq），其中一个加入β-半乳糖苷酶溶液（4U），10min后检测溶液的荧光发射光谱变化，由图3和图4可以发现，其他离子对探针Gal-Pro的荧光几乎没有影响，而β-半乳糖苷酶溶液的加入使探针Gal-Pro的荧光显著增强。实施例4荧光探针对β-半乳糖苷酶的可视化检测从实施例2中荧光探针储备液中取出30μL加入到5mL的样品管当中，加入β-半乳糖苷酶标准溶液（40U），β-半乳糖苷酶可以使荧光探针的水溶液发生明显的颜色变化，溶液颜色变深。伴随着紫外灯下肉眼可视的β-半乳糖苷酶诱导溶液颜色加深（图5），说明是一种具有生色传感功能的荧光探针。实施例5荧光探针对细胞内源性β-半乳糖苷酶的荧光成像将实施例1中获得的探针应用于OVCAR-3和HeLa细胞中对内源性的β-半乳糖苷酶进行荧光成像，具体操作步骤如下：将20μM探针DMSO溶液加入到育有HeLa细胞以及的OVCAR-3细胞培养液中在二氧化碳培养箱中培养50min后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测β‑半乳糖苷酶的荧光探针，其结构式如式（I）所示：

【技术特征摘要】
1.一种检测β-半乳糖苷酶的荧光探针，其结构式如式（I）所示：式（I）。2.一种如权利要求1所述的荧光探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）2,4-二羟基苯甲醛与2-环己烯-1-酮溶于H2O/1,4-二氧六环=1:1（v/v）的混合溶剂中，在三乙烯二胺催化下加热回流反应，产物分离纯化后得到化合物1：；（2）β-D-半乳糖五乙酸酯和HBr在乙酸存在下室温反应，产物分离纯化得化合物2：；（3）化合物1与化合物2在Na2SO4和Cs2CO3存在下于乙腈中室温反应，产物分离纯化得化合物3：；（4）化合物3与甲醇钠在甲醇中室温反应，产物分离纯化得荧光探针：。3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，步骤（1）中，反应温度为100℃，反应时间为40h；步骤（2）中，反应时间为1h；步骤（3）中，反应时间为24小时；步骤（4）中，反应时间为4小时。4.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，步骤（1）中，分离纯化步骤为：产物用乙酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伟英，李子红，任明光，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37