一种比率型荧光分子探针及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种一种比率型荧光分子探针及其制备方法与应用，其结构式如式Ⅰ所示，

【技术实现步骤摘要】
一种比率型荧光分子探针及其制备方法与应用
本专利技术属于有机合成与分析检测
，具体涉及一种比率型荧光分子探针及其制备方法与应用。
技术介绍
环境样本的酸碱度是一项重要的监测指标，例如江河的酸碱度通常在6-8之间，而湖水则主要在7.2-8.5之间。当水体的酸碱度偏离正常范围后，无论是偏酸性还是偏碱性，都会导致水生生物的种群生长受抑，数量减少，严重影响水体的自净能力。因此在环境样本监测中，对酸碱度值的测定具有十分重要的意义。而在医学与生命科学方面，酸碱度也占据重要位置：作为新陈代谢的重要参数之一，在维持细胞的正常生长、增殖以及信号传导等生理过程中起着关键性作用。在生物体各器官、组织以及体液中，酸碱度值的稳定主要通过酸碱稳态的过程来稳定在一定的范围内，例如血液通常维持在弱碱性(酸碱度＝7.365)，这一酸碱度值也在生物学和医学中被广泛接受为生理酸碱度。而当酸碱稳态出现紊乱时，即会导致酸中毒或碱中毒，抑制多种激素与酶的活性，降低组织与机体的正常功能，长期的酸碱紊乱甚至会对各器官造成不可逆的器质性损伤。此外，偏酸性的细胞环境还不利于细胞摄取钙离子，易造成骨质疏松，并与癌症、老年痴呆症等严重疾病密切相关。目前，常见用于酸碱度值检测的方法主要有酸碱度试纸与电化学酸碱度计，前者仅能通过吸光度的变化实现酸碱度的粗略估量，后者主要通过微电极的电压变化实现对酸碱度的检测，仅适用于单点检测，且不能应用于细胞、组织等复杂样本检测。而荧光光谱法则是利用荧光强度或荧光寿命等的变化来实现对酸碱度值的测定，灵敏度高，选择性好，响应速度快。例如申请号为201910103410.1“一种酸性pH探针化合物及其制备方法”中报道了一种荧光强度增强型的荧光探针，在偏酸性的环境内对酸碱度具有良好的响应效果，能够适用于强酸水体的环境。更重要的是，通过与荧光分子探针的共孵育，荧光光谱法能够实时对细胞内酸碱度变化的原位无损监测。如专利201910332192.9“一种比率型红光发射荧光材料及其作为比率型荧光pH探针的应用”中报道了一种比率型荧光酸碱度检测方法，该方法具有较高的光化学稳定性，且比率型响应能够很大程度上减少由于试剂使用浓度或分布不匀而引起的误差，并具有良好的生物相容性。又如专利201610142707.5“一种比率型pH荧光探针及其制备方法与应用”中报道了一种具有双发射带的比率型荧光探针，可应用于化学体系和生物或细胞内酸碱度的检测；但是其合成路线较为复杂，探针的分离纯化难度大。而基于激发态分子内质子转移(Exited-stateintramolecularprotontransfer,ESIPT)机理的荧光材料合成工艺较为简单，且其过程容易受到环境酸碱度的影响，随着酸碱度的升高，可导致长波长发射的降低，并伴随短波长烯醇式发射的增强，基于此可设计用于酸碱度检测的比率型荧光探针。例如专利201910141848.9“一种检测细胞内pH的比率型荧光探针及其制备方法和应用”中公开了一种基于羟基型ESIPT的比率型检测的荧光探针，可实现细胞内酸碱度的快速检测，但是其长波长的发射强度要比短波长低得多，极大地限制了其在环境检测的应用。因此，构建新型的ESIPT荧光材料，发展合成工艺简单、对酸碱环境响应区别明显的比率型荧光探针用来检测酸碱度非常具有实际应用前景。
技术实现思路
本专利技术提供了一种比率型检测酸碱度的荧光分子探针及其制备方法与应用，本专利技术的荧光探针具有快速响应、高灵敏度、强抗干扰能力、宽检测范围、可反复使用的优点。本专利技术这种比率型检测酸碱度的荧光分子探针，其结构如式Ⅰ所示：其中：R1为氟、氯、溴、碘中的一种；R2为氢、卤素、烷基、烷氧基、胺基、二甲氨基中的一种。优选的，所述比率型检测酸碱度的荧光分子探针，其结构是如式Ⅱ所示：本专利技术这种比率型检测酸碱度的荧光分子探针的制备方法，包括以下步骤：(1)向圆底烧瓶中加入化合物1和溶剂，室温搅拌条件下向反应溶液中加入化合物2，接着在设定温度和搅拌条件下进行反应，待反应完毕将反应液倾入水中，析出大量黄灰色固体沉淀，调节溶液pH至6～7，溶液进行抽滤，滤渣经洗涤干燥纯化后，得到化合物3，其合成路线如下：(2)向圆底烧瓶中加入步骤(1)制备的化合物3与溶剂，氮气保护、冰水浴条件下滴加对甲基苯磺酰氯，滴加完毕后，在冰水浴下搅拌一段时间，然后再移至设定温度下进行反应，待反应完毕后将反应液倾入水中，调节溶液pH至5～7后析出大量黄色固体沉淀，反应液进行抽滤，滤渣经洗涤干燥纯化后，得到式Ⅰ结构的荧光探针：所述步骤1)中，溶剂为冰醋酸、二氯甲烷、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜中的一种或多种，化合物1与溶剂的摩尔体积比为(1-3):10mmol/mL；化合物1与化合物2的投料摩尔比为1:(1-1.5)；设定温度为20-60℃，反应时间为2-12h。所述步骤2)中，溶剂为吡啶、哌啶、吗啉、二氯甲烷、乙醇、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜中的一种或混合溶剂，化合物3与溶剂的摩尔体积比为(1-4):10mmol/mL；化合物3与对甲基苯磺酰氯的投料摩尔比为1:(1-5)。冰水浴中搅拌时间为10-60min；后续反应的设定温度为20-60℃，反应时间为2-24h。所述步骤(1)中，纯化过程为：抽滤，饱和氯化钠水溶液洗涤，环己烷重结晶。所述步骤(2)中，纯化过程为：柱层析(石油醚/二氯甲烷＝5/1,v/v)。一种所述荧光分子探针在比率型检测溶液、生物样本和环境样本中酸碱度的应用。一种比率型荧光酸碱度探针试剂盒，该探针试剂盒中包括所述的荧光分子探针。一种可循环重复应用的酸碱度检测方法，该方法中包括所述的荧光分子探针。本专利技术的机理如下：本专利技术所述的荧光分子探针具有2-(2’-氨基苯基)苯并噻唑基团，由于氨基经过强吸电子基团对甲基苯磺酰基修饰后，其氨基氢具有较高的酸性，极易与分子内部的苯并噻唑形成分子内氢键。在酸性环境中，由于激发态分子内质子转移过程的进行，烯胺式转换为亚胺式，从而释放出长波长的亚胺式荧光，且酸性的增强可增强该过程，表现为黄色荧光随着酸碱度的降低而逐渐增强；而当酸碱度逐渐向碱性靠拢时，探针上的2’位氨基可被解离形成氮负离子，阻碍激发态分子内质子转移过程，导致长波长的亚胺式荧光降低，短波长的烯胺式荧光增强，表现为黄色荧光随着酸碱度值的升高而降低，蓝色荧光随着酸碱度的升高而增强。因此，根据荧光检测器对这两个波长的荧光强度进行监测，即可实现对酸碱度的比率型检测。本专利技术的具有以下优点：本专利技术提供的比率型检测酸碱度的荧光分子探针的制备方法简单，原料便宜易得，合成工艺简单，产率高，适合规模化生产以及推广运用。本荧光探针由于具有激发态分子内质子转移性质，可有效避免自吸收与生物背景荧光的干扰，且比率型的响应可避免由于探针使用浓度、探针分布不均等导致的误差。在实际检测中，本荧光探针响应快速，检测范围宽，灵敏度高，对于样本中常见的共存物质具有高抗干扰性，并对酸碱度的检测具有良好的可重复性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种比率型检测酸碱度的荧光分子探针，其特征在于，结构如式Ⅰ所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种比率型检测酸碱度的荧光分子探针，其特征在于，结构如式Ⅰ所示：



其中：R1为氟、氯、溴、碘中的一种；R2为氢、卤素、烷基、烷氧基、胺基、二甲氨基中的一种。


2.根据权利要求1所述比率型检测酸碱度的荧光分子探针，其特征在于，结构式如式Ⅱ所示：

。


3.一种根据权利要求1或2所述的比率型检测酸碱度的荧光分子探针的制备方法，包括以下步骤：
(1)向圆底烧瓶中加入化合物1和溶剂，室温搅拌条件下向反应溶液中加入化合物2，接着在设定温度和搅拌条件下进行反应，待反应完毕将反应液倾入水中，析出大量黄灰色固体沉淀，调节溶液pH至6～7，溶液进行抽滤，滤渣经洗涤干燥纯化后，得到化合物3，其合成路线如下：



(2)向圆底烧瓶中加入步骤(1)制备的化合物3与溶剂，氮气保护、冰水浴条件下滴加对甲基苯磺酰氯，滴加完毕后，在冰水浴下搅拌一段时间，然后再移至设定温度下进行反应，待反应完毕后将反应液倾入水中，调节溶液pH至5～7后析出大量黄色固体沉淀，反应液进行抽滤，滤渣经洗涤干燥纯化后，得到式Ⅰ结构的荧光探针：





4.根据权利要求3所述的比率型检测酸碱度的荧光分子探针的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，溶剂为冰醋酸、二氯甲烷、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜中的一种或多种，化合物1与溶剂的摩尔体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾文彬，冯斌，毕桉耀，吴佳欣，范多阳，刘翊，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43