一种快速检测硫化氢的纳米荧光探针及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种快速检测硫化氢的纳米荧光探针及其制备方法，所述荧光探针为PAAO‑UCNPs‑EM1，制备方法如下：首先采用热分解法制备了UCNPs，再通过超声辅助在溶液中自组装制备了探针PAAO‑UCNPs‑EM1的储备液；由于荧光共振能量转移（FRET）效应，PAAO‑UCNPs‑EM1上转换荧光被淬灭，硫化氢（H

【技术实现步骤摘要】
一种快速检测硫化氢的纳米荧光探针及其制备方法
本专利技术涉及到一种识别硫化氢的荧光探针及其制备方法，属于小分子荧光探针领域。
技术介绍
硫化氢(H2S)是继一氧化氮和一氧化碳之后参与生命系统的第三重要气体信号分子。它在调节广泛的生理过程中发挥多功能作用，例如神经传递，血管舒张，肾脏排泄，炎症，氧化应激的细胞保护和局部缺血再灌注损伤。在哺乳动物细胞中，内源性H2S的产生通常依赖于胱硫醚γ-裂合酶(CSE)和胱硫醚β-合酶(CBS)催化合成。H2S也可以由D-半胱氨酸生产，并由D-氨基酸氧化酶(DAO)和3-巯基乙酸硫转移酶(3-MST)催化。人体组织中H2S的浓度可以在微摩尔范围内。用于维持生理细胞功能。据记录，内源性H2S的异常水平与多种人类疾病有关，包括结肠直肠癌，神经退行性疾病，阿尔茨海默氏病和高血压。在生理水平，H2S调节细胞内氧化还原状态和基本信号处理过程，包括监管血管紧张度，心肌收缩力，神经传递和胰岛素分泌。除H2S相关疾病的生物标志物外，据报道H2S还可以抑制次氯酸介导的氧化损伤，H2S相关探针可用于次氯酸相关研究，因此，H2S是与H2S相关疾病的理想生物标志物，对H2S进行检测对这些疾病的诊断具有重要意义。传统的H2S检测方法包括比色法，电化学分析和气相色谱法。由于样品处理复杂，细胞或组织破坏，不适合实时和原位监测内源性H2S。然而，荧光探针的出现为H2S的实时原位监测提供了新的选择，其具有多种优点，例如高灵敏度和选择性，低侵入性和良好的相容性。与传统的有机荧光探针相比，上转换颗粒(UCNPs)具有反斯托克斯位移，高信噪比，高光稳定性，无闪烁，穿透力更强，自发荧光背景为零，以及细胞毒性低等多种特征。由于这些优势，基于UCNPs的纳米探针在生物医学领域引起了广泛的关注，特别是活细胞和体内生物分析物的检测和成像。此外，电致变色材料是指具有独特性质的膜或膜系统的材料，具有可逆的电势变化以及光学特性的变化。由于它们的良好的光电和电化学特性以及与电荷对应的颜色变化，它们已广泛用于液晶彩色显示器，智能窗，自动调光镜，电子开关，传感器，LED和腐蚀抑制剂等领域。但是，很少有文献记载电变色材料的例子被应用于生命系统的生物检测和成像。截至目前，尚未检索到基于上转换和EM1/PAA的荧光纳米探针及其H2S检测的国内外文献和专利的报道。
技术实现思路
针对现有技术中有机小分子荧光探针在H2S分子的实时原位检测中面临的各种问题，本专利技术的第一个目的是提供一种一种具有响应时间快速和选择性好的H2S纳米荧光探针；本专利技术的第二个目的是提供上述纳米荧光探针的制备方法。本专利技术采用以下技术方案合成：一种快速检测硫化氢的纳米荧光探针，其特征在于，所述荧光探针为PAAO-UCNPs-EM1，其中与H2S反应的主要基团是探针上连接的电致变色材料EM1，其分子结构式如下所示：研究发现，1,1,4,4-四芳基丁二烯(EM1)具有显著的电致变色行为，在H2S的存在下可以从紫色变成几乎无色的二烯(EM2)。它的特定吸收波长范围在500-850nm之间，我们将EM1作为H2S响应生色团组装到UCNPs中，以基于Foster共振能量转移(FRET)开发出可H2S激活的荧光纳米探针。作为本申请的优选技术方案，所述UCNPs为NaYF4：Yb，Tm@NaYF4：Yb，Er。在本专利技术中，我们首次设计了一种与电致变色生色团组装的新型上转换纳米探针，用于检测H2S；该纳米探针由三部分组成：NaYF4：Yb，Tm@NaYF4：Yb，Er(UCNPs)，1,1,4,4-四芳基丁二烯(EM1)和聚丙烯酸(PAA)。在980nm的激发下，纳米探针可以发射540nm的绿光，660nm的红光和800nm的近红外光。随后，由于吸收光谱重叠，可以用EM1淬灭540nm和660nm处的光。在H2S存在下，EM1可以转化为EM2，从而导致540nm，660nm和800nm处的光连续增强。最后，这种纳米探针可以通过上转换发光(540nm和660nm)成像，以高选择性和低细胞毒性灵敏地监测活细胞中的内源性和外源性H2S。作为本申请的优选技术方案，所述PAAO、UCNPs、EM1均可以通过自行制备或者商业购买而来。一种快速检测硫化氢的纳米荧光探针，其荧光探针的制备路径、检测方法如图1所示。一种快速检测硫化氢的纳米荧光探针的制备方法如下：首先采用热分解法制备UCNPs，再通过超声辅助在溶液中自组装制备探针PAAO-UCNPs-EM1的储备液具体的，通过以下步骤制备：按体积比1mL：500μL：300uL量取PAAO溶液、UCNPs溶液和EM1溶液；将UCNPs溶液加入到PAAO溶液中，并加入蒸馏水和EM1溶液，然后将混合物置于超声细胞破碎仪中处理，在黑暗中蒸发氯仿，将得到的最终溶液在离心机中离心，并且将收集的探针沉淀物溶解在去离子水中。作为本申请的优选技术方案，所述UCNPs的质量浓度为50mg/mL；所述EM1的质量浓度为0.43mg/mL；所述PAAO由PAA制备而来，PAA的质量浓度为15mg/mL。作为本申请的优选技术方案，所述UCNPs的制备方法如下：(1)NaYF4：Yb，Tm的合成：采用高温热分解法合成，首先准备氯化铥、氯化钇、氯化铒和氯化镱；按摩尔比75％：25％：0.3％将含有Y，Yb和Tm的1mmol/L的RECl3添加到反应釜中，然后加入15mL1-十八烯和6mL油酸到上述混合物；在室温下氮气排空20分钟后，将溶液加热到160℃30分钟；然后将混合物冷却至25℃；同时，将包括2.5mmol/L的NaOH和4mmol/LNH4F的甲醇5mL溶液添加到上述溶液中；在25℃搅拌30分钟后，将混合物加热以除去甲醇；快速将系统温度升至300℃并连续加热1小时后，停止加热，并将混合物的温度冷却至25℃，然后添加无水乙醇以沉淀混合物；然后将混合物用体积比v/v＝1/1的环己烷和无水乙醇洗涤；离心后，将其溶解在环己烷中以获得NaYF4：Yb，Tm的溶液UCNP；(2)NaYF4：Yb，Tm@NaYF4：Yb，Er的合成：以步骤(1)的NaYF4：Yb，Tm为种子制备NaYF4：Yb，Tm@NaYF4：Yb，Er，实验步骤和方条件同步骤(1)，即的UCNPs。优选的，所述氯化铥的制备方法如下：在反应容器中加入168mg氧化铥，3mL蒸馏水和3mL盐酸并加热直至粉末完全溶解；回流30分钟后，将混合物冷却至室温；然后将溶液转移至10mL容量瓶中，并用蒸馏水补足至10mL，即得氯化铥溶液。优选的，所述氯化钇、氯化铒和氯化镱的制备同氯化铥，不同点在于，原料是对应的氧化物。作为本申请的优选技术方案，所述PAAO的制备方法如下：分别称取0.48gNHS、0.8gEDCI添加到0.6gPAA的3mLDMF溶液中；搅拌6小时后，将含有233μL正辛胺的1mLDMF添加至上述混合溶液中；搅拌12小时后，将溶液透析纯化，得到PAAO溶液。作为本申请的优选技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速检测硫化氢的纳米荧光探针，其特征在于，所述荧光探针为PAAO-UCNPs-EM1，其中与硫化氢反应的主要基团是探针上连接的电致变色材料EM1，其分子结构式如下所示：/n

【技术特征摘要】
20200721 CN 20201070347901.一种快速检测硫化氢的纳米荧光探针，其特征在于，所述荧光探针为PAAO-UCNPs-EM1，其中与硫化氢反应的主要基团是探针上连接的电致变色材料EM1，其分子结构式如下所示：





2.根据权利要求1所述的一种快速检测硫化氢的纳米荧光探针，其特征在于，所述UCNPs为NaYF4：Yb，Tm@NaYF4：Yb，Er。


3.权利要求1或2所述的一种快速检测硫化氢的纳米荧光探针的制备方法，首先采用热分解法制备UCNPs，再通过超声辅助在溶液中自组装制备探针PAAO-UCNPs-EM1的储备液。


4.根据权利要求3所述的一种快速检测硫化氢的纳米荧光探针的制备方法，其特征在于，通过以下步骤制备：按体积比1mL：500μL：300uL量取PAAO溶液、UCNPs溶液和EM1溶液；将UCNPs溶液加入到PAAO溶液中，并加入蒸馏水和EM1溶液，然后将混合物置于超声细胞破碎仪中辅助处理，接着在黑暗中蒸发氯仿，将得到的最终溶液在离心机中离心，并且将收集的探针沉淀物溶解在去离子水中。


5.根据权利要求4所述的一种快速检测硫化氢的纳米荧光探针的制备方法，其特征在于，所述PAAO和EM1均可以自行制备或通过商业购买得到。


6.根据权利要求3-5所述的一种快速检测硫化氢的纳米荧光探针的制备方法，其特征在于，所述UCNPs的制备方法如下：
(1)NaYF4：Yb，Tm的合成：采用热分解法合成，首先准备氯化铥、氯化钇、氯化铒和氯化镱；按摩尔比75％：25％：0.3％将含有Y，Yb和Tm的1mmol/L的RECl3添加到反应釜中，然后加入15mL1-十八烯和6mL油酸到上述混合物；在室温下氮气排空20分钟后，将溶液加热到160℃30分钟；然后将混合物冷却至25℃；同时，将包括2.5mmol/L的NaOH和4mmol/LNH4F的甲醇5mL溶液添加到上述溶液中；在25℃搅拌30分钟后，将混合物加热以除去甲醇；快速将系统温度升...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，崔梦园，任翔宇，刘天广，徐艳琪，
申请(专利权)人：中国药科大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32