一种turn-on型二氧化硫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检测细胞和组织中的二氧化硫的荧光探针，所述荧光探针CY，其化学结构式如下。本发明专利技术还公开了所述该荧光探针在检测环境和生物样本中的二氧化硫的应用。本发明专利技术的探针随二氧化硫含量的增加荧光强度显著增强，利用本发明专利技术的探针通过荧光成像技术检测细胞内二氧化硫的含量。

【技术实现步骤摘要】
一种turn-on型二氧化硫荧光探针及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种检测细胞中的二氧化硫的荧光探针及其应用，属于有机小分子荧光探针领域。
技术介绍
二氧化硫是大气中数量最大的有毒气体,是一种全球性的常见而且严重的大气污染物,是造成全球范围内“酸雨”的主要原因。其主要来源为燃煤发电厂、有色金属冶炼厂和硫酸厂。二氧化硫的主要毒害是对人的呼吸道产生刺激作用和腐蚀作用。通过对长期接触高浓度二氧化硫的人员进行调查,发现慢性鼻炎的患病率较高,主要表现为鼻粘膜肥厚或萎缩,鼻甲肥大,或嗅觉迟钝等还可能与一些呼吸系统疾病例如气管炎、支气管炎、哮喘、肺气肿等的发生相关。二氧化硫还可被人体吸收进入血液,对全身产生毒性作用,它能破坏酶的活力,影响人体新陈代谢,对肝脏造成一定的损害。另外,研究发现,内源性二氧化硫与某些心血管疾病密切相关,在心血管系统中就存在生成二氧化硫系统,并且内源性二氧化硫的水平在心血管系统的生理,病理的调节方面发挥着重要关系。小分子有机荧光探针是一种将分子间的相互作用转换为光学信号传递给外界的工具。因其具有高选择性,高的检测灵敏度、并能实时在线检测等优点而备受关注。被广泛用于生物医学、环境科学等领域。它与特定目标分析物发生作用后,荧光信号会发生变化,以达到检测目的。
技术实现思路
目前针对二氧化硫识别的小分子荧光探针报道的并不多，尤其是快速识别生物样本中的二氧化硫的荧光探针更是少之又少。因此,我们设计了一种线粒体靶向的Turn-On型二氧化硫荧光探针，从而实现对二氧化硫的特异性检测，并提供该探针的制备方法和应用。一种检测二氧化硫的双光子荧光探针CY，其特征在于，分子式为：C28H20Cl1N2O2，具体结构如下：。上述化合物CY的具体制备方法：反应容器中，，加入3.05g（Z）-3-氯-3-（7-（二乙基氨基）-2-氧代-2H-色烯-3-基）丙烯醛（1），3.01g2,3,3-三甲基吲哚季氨盐（2），2μL哌啶（3）再加入乙醇，回流7个小时反应生成化合物CY，具体反应方程式如下：。上述的化合物CY通过荧光增强的方式检测二氧化硫。尤其的，能应用于检测环境和生物样品中的二氧化硫浓度。具体的，使用CY与二氧化硫结合，通过荧光成像技术检测细胞中的线粒体与组织中的二氧化硫，用于评价和研究细胞内的二氧化硫的生理功能；所述的反应体系激发波长420nm，发射波长为490nm。本专利技术所述检测二氧化硫的双光子荧光探针CY本身没有荧光，当探针与二氧化硫分子作用后，化合物CY与二氧化硫发生迈克尔加成反应生成7-羟基-8-甲酰基-3-乙酯基香豆素（1），生成的CY-SO2具有强烈的发射荧光。识别机理如下：。有益效果响应速度极快，本专利技术50s即可完成与二氧化硫反应，检测出荧光，通过荧光成像技术得到生物样品内二氧化硫的实时聚集状态，对评价和研究生物样本中的细胞内的二氧化硫的生理功能具有重要意义。该结果及其现象为生物学成像应用奠定了理论基础，预示其在激光激发荧光生物标记领域具有潜在的应用价值。相应的，利用本专利技术的探针通过荧光成像技术检测二氧化硫可于评价和研究细胞内二氧化硫的含量和生理功能，对研究获得生物样品中二氧化硫的生理功能有潜在的应用价值。附图说明图1：探针CY的核磁谱图（氢谱）；图2：探针CY在水相中的选择性。其中激发波长为420nm；探针的浓度：5µM，选择性离子（或氨基酸）的浓度为2.5mM，活性氧（或者活性氮）浓度为100μM，醛酮浓度为40μM；图3：探针CY与二氧化硫作用的滴定实验。其中激发波长为420nm；探针的浓度：5µM；图4：探针CY与二氧化硫作用的动力学实验。其中激发波长为420nm；探针的浓度：5µM。二氧化硫的浓度为6μM，测试时间：50s；图5：通过荧光成像技术，探针CY在HeLa细胞中的成像结果。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，实施例中化合物的号码对应上述方案中化合物的号码。实施例1:化合物CY的合成：在100mL圆底烧瓶中，加入3.05g（Z）-3-氯-3-（7-（二乙基氨基）-2-氧代-2H-色烯-3-基）丙烯醛(1)，3.01g2,3,3-三甲基吲哚季氨盐(2)，2μL哌啶（3）再加入乙醇，回流7个小时反应生成化合物CY。实施例2:化合物CY二氧化硫荧光探针对不同分子或离子的选择性配制5mL浓度为40mM的各种常规的离子及氨基酸的PBS水溶液及浓度为1mM的本专利技术所述检测二氧化硫的荧光探针CY母液作为备用。加入25μL探针母液、225μLDMSO和500当量的各离子(或氨基酸)溶液，用磷酸缓冲液PBS定容至5mL，摇匀后进行荧光检测（λex=420nm,λem=490nm），建立荧光强度与各离子(或氨基酸、活性氧、活性氮)的曲线图(结果见图2)。50s后检测溶液的荧光发射光谱变化，由图2可以发现，其他离子(或氨基酸)对化合物CY的荧光几乎没有影响，而二氧化硫的加入使化合物CY的荧光增强。实施例3：不同浓度的二氧化硫对探针CY的荧光滴定检测配制10mL浓度为100mMNaHSO3(SO2供体)二氧化硫的水溶液及浓度为1mM的本专利技术所述检测二氧化硫的荧光探针CY母液作为备用。配制探针浓度为5μM，分别与不同浓度的二氧化硫（0-6μM）相互作用，并进行荧光检测（λex=420nm,λem=490nm），计算各体系中荧光强度，建立荧光强度与二氧化硫浓度标准曲线。如图3所示，随着二氧化硫浓度的增加，反应体系荧光强度逐渐增强，当二氧化硫浓度达到6μM时，反应体系荧光强度达到饱和状态。实施例4：探针CY与二氧化硫相互作用的动力学测试配制10mL浓度为100mM二氧化硫的水溶液及浓度为1mM的本专利技术所述检测二氧化硫的荧光探针CY母液作为备用。配制探针CY和二氧化硫的溶液，其浓度分别为：探针5μM；二氧化硫浓度：6μM。进行荧光检测（λex=420nm,λem=490nm），每隔2s测试一次，测试50s，计算各体系中随时间变化的荧光强度，建立荧光强度与作用时间标准曲线。如图4所示，大约反应44s，反应体系荧光强度达到饱和状态。实施例5：探针CY在细胞中对SO2的成像测试配置1mL浓度为8μM的探针PBS溶液，然后加入到HeLa细胞中孵育30min成像；另一组是将1mL浓度为8μM的探针PBS溶液加入到HeLa细胞中孵育30min后加入50μM的NaHSO3(SO2供体)水溶液继续孵育30min后成像。如图5所示，只加入探针的细胞出现基本没有荧光，加入NaHSO3后，细胞出现很强的蓝色荧光，说明探针能够在细胞中检测SO2。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测二氧化硫的双光子荧光探针CY，其特征在于，分子式为：C28H20Cl1N2O2，具体结构如下：

【技术特征摘要】
1.一种检测二氧化硫的双光子荧光探针CY，其特征在于，分子式为：C28H20Cl1N2O2，具体结构如下：。2.一种权利要求1的检测二氧化硫的双光子荧光探针的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：在反应器中，加入3.05g（Z）-3-氯-3-（7-（二乙基氨基）-2-氧代-2H-色烯-3-基）丙烯醛(1)，3.01g2,3,3-三甲基吲哚季氨盐(2)，2μL哌啶（3）再加入乙醇，回流7个小时反应生成化合物CY，具体反应方程式如下：。...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伟英，孔秀琪，李敏，董宝利，张楠，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37