一种检测二氧化硫的可逆荧光探针及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种检测二氧化硫的可逆荧光探针，结构式为：

A Reversible Fluorescence Probe for the Detection of Sulfur Dioxide and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种检测二氧化硫的可逆荧光探针及其应用
本专利技术属于分析化学
，具体涉及一种检测二氧化硫的荧光探针及其应用。
技术介绍
二氧化硫是最常见、最简单的硫氧化物。中国二氧化硫是大气中主要污染物之一，是衡量大气是否遭到污染的重要标志。世界上有很多城市发生过二氧化硫危害的严重事件，使很多人中毒或死亡。在我国的一些城镇，大气中二氧化硫的危害较为普遍而又严重。SO2是一种无色具有强烈刺激性气味的气体，易溶解于人体的血液和其他黏性液。大气中的SO2会导致呼吸道炎症、支气管炎、肺气肿、眼结膜炎症等。同时还会使青少年的免疫力降低，抗病能力变弱。研究发现，暴露于高剂量的硫酸氢盐中，不仅是导致呼吸疾病，也与肺癌，心血管疾病的原凶，同时与许多神经系统疾病，如中风、偏头痛、阿尔兹海默症也有不可分的关系，尽量避免接触有害气体。SO2还能与大气中的飘尘黏附，当人体呼吸时吸入带有SO2的飘尘，会使SO2的毒性增强。研究表明，在高浓度的SO2的影响下，植物产生急性危害，叶片表面产生坏死斑，或直接使植物叶片枯萎脱落；在低浓度SO2的影响下，植物的生长机能受到影响，造成产量下降，品质变坏。因此，发展一种有效快速检测二氧化硫及其衍生物的技术具有重要意义。近年来，对生物体和环境中重要的物种进行识别和成像是一个重要的研究课题。与其他分析工具相比，荧光探针具有操作简单，检测限低，灵敏度高等优点，被广泛用于生物化学，药学以及环境研究和工业领域中的诊断，监测和分析工具。FRET（荧光能量共振转移机制）是目前设计比率荧光探针应用最广泛的方法之一，该机理设计的比值荧光探针有两个完全分开的发射峰，能有效的避免光谱重叠，能消除背景、环境、浓度的干扰。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种检测SO2的荧光探针，响应速度快、抗干扰能力强。本专利技术的另一目的是提供一种上述荧光探针在检测溶液、细胞或生物体内SO2的应用。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。一种检测二氧化硫的可逆荧光探针，简称DSF，其化学结构式如式（I）所示：式（I）。上述荧光探针的制备方法，包括以下步骤：（1）5-二甲氨基萘磺酰氯和1-(4-哌嗪-1-基-苯基)乙酮在二氯甲烷中以4-二甲氨基吡啶（DMAP）为催化剂，在二环己基碳二亚胺（DCC）存在、氮气保护下反应，反应结束后除去溶剂并提纯，得到化合物1：；（2）氮气保护下，化合物1和N,N-二乙基水杨醛在浓硫酸中加热搅拌反应，反应结束后反应液滴加入0-4℃的水中，滴加高氯酸至沉淀完全，抽滤后固体提纯得荧光探针。步骤（1）中，提纯方法为以二氯甲烷为淋洗剂，经硅胶柱提纯。步骤（2）中，反应温度为90℃。步骤（2）中，水与反应液的体积比为2-3:1。步骤（2）中，提纯方法为以二氯甲烷：甲醇=20:1为淋洗剂，经硅胶柱提纯。一种上述荧光探针在制备检测溶液、细胞或生物体中二氧化硫或亚硫酸氢盐试剂中的应用。本专利技术的机理如下：本专利技术利用FRET机制的优点根据亚硫酸氢或亚硫酸盐的亲核性，设计了基于丹酰氯为荧光团，以醛基C=O键为反应活性中心，亚硫酸氢或亚硫酸盐通过亲核加成进攻不饱和C=O键，使SO2衍生物与其进行加成反应，而在甲醛存在下荧光又恢复原来的状态。在二氧化硫存在下，该探针所发射的荧光由近红外变成了绿光，在甲醛存在下，发射的荧光又变为近红外：。本专利技术具有以下优点：本专利技术提供的可逆荧光探针通过光谱实验对二氧化硫进行评估，并对该探针进行生物成像。本专利技术所述的比率型荧光消除了背景、环境、浓度的干扰，该可逆的比率型的SO2荧光探针对于研究二氧化硫及其衍生物在生物体内的功能具有重要的意义。附图说明图1：探针DSF的1HNMR谱；图2：探针DSF的13CNMR谱；图3：探针DSF不同浓度的二氧化硫的滴定测试；图4：探针DSF不同浓度的甲醛的滴定测试；图5：探针DSF在PBS缓冲液中二氧化硫和甲醛的动力学测试实验；图6：DSF探针对不同离子的选择性；图7：DSF荧光探针的细胞成像测试；图8：DSF荧光探针在小鼠体内的成像测试。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）称取1.345g5-二甲氨基萘磺酰氯（5mmol）于合适的反应瓶中，加入1.3g的1-(4-哌嗪-1-基-苯基)乙酮（6mmol）再加入二环己基碳二亚胺（1.5g，7.5mmol）和4-二甲氨基吡啶（30mg，0.25mmol），然后在加入10mL的无水二氯甲烷在氮气保护下室温反应24h，旋干后以二氯甲烷为淋洗剂，经硅胶柱提纯后得到化合物1：；（2）称取4.38g化合物2（10mmol）和氮氮二乙基水杨醛（1.93g，10mmol）于合适的反应瓶中，加入10mL的浓硫酸作溶剂在氮气保护下90℃条件下搅拌6h。加热后颜色为灰褐色且随时间颜色逐渐加深。反应结束后，将其慢慢滴加入冰水中加入1mL高氯酸然后抽滤，以二氯甲烷：甲醇=20:1为淋洗剂，经硅胶色谱柱提纯后得到荧光探针DSF：。其1HNMR图谱如图1所示，其13CNMR图谱如图2。实施例2荧光探针对不同浓度二氧化硫和甲醛的响应测试溶液为2mL体系，使得测试液中，探针的浓度为10μM，测试使用的亚硫酸氢钠的浓度分别为1µM、2µM、5µM、10µM、15µM、20µM、30µM、40µM、50µM、60µM、70μM，其中含乙腈的体积分数为20%。继而进行吸收光谱测试和荧光检测（λex=365nm）。如图3所示，随着亚硫酸氢钠浓度的增加，550nm处的荧光强度逐渐增加，635nm处的荧光强度逐渐降低，当亚硫酸氢钠浓度达到50μM时，反应体系荧光强度达到饱和状态。测试试液为2mL体系，探针的浓度为10μM，加入50µM亚硫酸氢钠于溶液中。然后加入不同浓度的甲醛浓度分别为5µM、10µM、20µM、30µM、40µM、50µM、60µM、70µM、80µM、90µM、100µM、150µM、200µM、300μM。如图4所示，随着甲醛浓度的增加，550nm处的荧光强度逐渐减弱，635nm处的荧光强度逐渐增强，当甲醛浓度达到200μM时，反应体系荧光强度达到饱和状态。实施例3荧光探针检测二氧化硫和甲醛的动力学配制探针终浓度为10μM，含20%乙腈溶液的PBS溶液，体系pH为7，每隔30s进行荧光检测（λex=365nm，λem=550nm和635nm）。第90s时加入亚硫酸氢钠（终浓度为50μM）反应，第4min再加入甲醛（FA），使其终浓度为200μM，得不同时间点体系中荧光强度，建立荧光强度比值与时间的标准曲线，结果如图5所示：加入亚硫酸氢钠后荧光比值迅速升高，能够在30s内达到平衡；加入甲醛后荧光比值下降。说明探针能够通过加入甲醛实现对二氧化硫的可逆检测。实施例4荧光探针对不同离子的选择性配制探针终浓度为10μM，含20%乙腈溶液的PBS溶液，体系pH为7，测试离子的浓度为2.5mM，氨基酸的浓度为5mM，活性氧活性氮浓度为100μM。进行荧光检测（λex=365nm,λem=550nm，635nm），建立荧光强度比值与不同离子相对应的柱状图，如图6所示，其中，1-28号测试体系分别为：探针、KCl、乙二醛、DTBP（过氧化二叔丁基）、NaBr、KNO3、Mg本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测二氧化硫的可逆荧光探针，其化学结构式如式（I）所示：

【技术特征摘要】
1.一种检测二氧化硫的可逆荧光探针，其化学结构式如式（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）5-二甲氨基萘磺酰氯和1-(4-哌嗪-1-基-苯基)乙酮在二氯甲烷中以4-二甲氨基吡啶（DMAP）为催化剂，在二环己基碳二亚胺（DCC）存在、氮气保护下反应，反应结束后除去溶剂并提纯，得到化合物1：；（2）氮气保护下，化合物1和N,N-二乙基水杨醛在浓硫酸中加热搅拌反应，反应结束后反应液滴加入0-4℃的水中，滴加高氯酸至沉淀...

【专利技术属性】
技术研发人员：林伟英，马燕燕，高雯杰，赵玉萍，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37