一种基于荧光能量共振转移机理的双光子探针及应用制造技术

本发明专利技术涉及化学检测技术领域，特别涉及一种基于荧光能量共振转移机理的双光子探针及应用。以5‑氟‑1,3,7,9‑四甲基‑5H‑二吡咯并[1,3,2]重氮硼烷‑4‑氟化物作为荧光供体，7‑硝基苯并‑2‑氧杂‑1,3‑二唑基团作为受体，构建荧光能量共振转移(FRET)机理，以强亲核性的两个仲胺为响应位点，实现对Phosgene的特异性响应。当Phosgene出现的情况下，检测可以在6秒内完成，并且对液态和气态光气的检测限分别为0.36nM和10ppm,远低于危害人体健康的光气阈值浓度(20ppm)。更为重要的是，应用脱脂棉作为探针载体，并且应用于气态光气的检测，这对于检测光气的发展做出了重要的推动作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于荧光能量共振转移机理的双光子探针及应用
本专利技术涉及化学检测
，特别涉及一种基于荧光能量共振转移机理的双光子探针及应用。
技术介绍
光气(光气)是一种广泛应用于工业合成的中间体，常常出现在异氰酸酯的合成和聚碳酸酯的生产中。但令人恐怖的是，光气同时是一种毒性很高的无色气体，暴露在光气中会引起一系列的中毒症状，如非心源性肺水肿，肺气肿，严重时甚至会导致死亡。与其他神经毒剂(沙林(Sarin),索曼(Soman),和塔蹦(Tabum))有所不同，光气的生产不易受到法律的严格控制和监禁。现代医学已经证明，暴露在20ppm的光气环境下就会对人体肺部产生危害，甚至超过90ppm可能导致死亡。因此光气的泄露会对公众健康造成极大的威胁。在最近几年，已有数十个检测光气的荧光探针发表，然而这些探针大都基于光诱导电子转移机理(PET)和分子内电荷转移机理(ICT)，同时选择性实验和实际应用实验还有待改善。因此建立一种检测光气的，基于荧光能量共振转移机理(FRET)的双光子探针是及其迫切的。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种基于荧光能量共振转移机理的双光子探针及应用，以5-氟-1,3,7,9-四甲基-5H-二吡咯并[1,3,2]重氮硼烷-4-氟化物作为荧光供体，7-硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑基团作为受体，构建FRET机理，同时以1,4,7,10-四氮环中的4位和7位的仲胺作为响应位点，实现光气的特异性响应，使探针对光气有优越的选择性。本专利技术为实现上述目的采用的技术方案是：一种基于荧光能量共振转移机理的双光子探针，以5-氟-1,3,7,9-四甲基-5H-二吡咯并[1,3,2]重氮硼烷-4-氟化物作为荧光供体，7-硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑基团作为受体，以强亲核性的两个仲胺为响应位点，其化学名称为，5-氟-1,3,7,9-四甲基-10-(4-(7-(7-硝基苯并[c][1,2,5]恶二唑-4-基)-1,4,7,10-四氮杂环十二烷基十二烷基-1-基)苯基)-5H-二吡咯并[1,2-c：2'，1'-f][1,3,2]二氮杂硼-4-氟化物，其化学结构式为，本专利技术还包括一种基于荧光能量共振转移机理的双光子探针的应用，以脱脂棉作为双光子探针的载体，分别在单光子和双光子模式下，实现对安全阈值浓度上或下的气态光气检测、荧光成像及共聚焦成像。进一步的，所述检测的反应机理为：以5-氟-1,3,7,9-四甲基-5H-二吡咯并[1,3,2]重氮硼烷-4-氟化物作为荧光供体，7-硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑基团作为受体，以强亲核性的两个仲胺为响应位点，利用光气结构中强亲电性的碳原子，与其发生两次酰化反应。进一步的，建立探针对光气响应性的荧光光谱，(1)配制探针浓度为10mM的三氯甲烷溶液，配制三光气浓度为10mM，且包含摩尔分数为5％的三乙胺的三氯甲烷溶液，即为光气浓度为30mM的溶液；(2)先在5mL的Ep管中加入10uL的探针溶液，加入2mL三氯甲烷溶液，分别取0μL、1μL、2μL、3μL、4μL、5μL、6μL、7uL、8μL、9μL和10μL浓度为10mM的三光气的溶液共11份，分别加入到Ep管中；(3)反应1min后，在455nm的激发波长下通过荧光分光光度计测试荧光强度，得到荧光强度和荧光滴定光谱；(4)一倍当量的三光气在三乙胺的作用下分解为三倍当量的光气，以光气的浓度为横坐标，以荧光强度比值为纵坐标，得到关于探针分子对光气浓度、荧光强度比值的线性方程。进一步的，建立探针对光气选择性的荧光光谱，(1)配制浓度为10mM的DCP,DECP,DNCP,POC,(COCl)2,BsCl,P-TsCl,CH3COCl,POCl3,三光气,TEA溶液，溶剂为三氯甲烷；配制探针浓度为10mM的三氯甲烷溶液；(2)先在5mL的Ep管中加入10uL,10mM的探针溶液，加入2mL三氯甲烷溶液，混合均匀，分别取60uL的上述配置好的溶液，分别加入到Ep管中；(3)反应5min后，通过荧光分光光度计测试荧光强度，得到荧光强度比值，检测光气荧光强度的激发波长为455nm；(4)以物质种类为横坐标，以荧光强度比值为纵坐标，得到关于探针对光气选择性的柱状图。进一步的，建立探针对光气的响应时间图谱，(1)配制探针浓度为10mM的三氯甲烷溶液，配制三光气浓度为10mM，且包含摩尔分数为5％的三乙胺的三氯甲烷溶液；(2)在5mL的Ep管中加入10uL的探针溶液，加入2mL三氯甲烷溶液，混合均匀，分别取0μL、6μL、12μL、18μL、24μL和30μL浓度为30mM的光气的溶液共6份，分别加入到Ep管中；(3)反应5min后，通过荧光分光光度计测试荧光强度，得到荧光强度比值，检测光气荧光强度的激发波长为455nm。进一步的，探针对气态光气进行检测，(1)将干净的脱脂棉裁剪成1×1cm的小块，将其浸泡在10mM的探针溶液0.5分钟，取出后自然晾干；(2)分别配制0ppm、10ppm、20ppm、50ppm、75ppm和100ppm的气态光气在100mL锥形瓶中，将含有探针的脱脂棉置于各个锥形瓶中，密封，五分钟后取出置于365nm紫外灯下观察，得到探针与气态光气在实际检测紫外灯下的样品图。进一步的，探针对气态光气检测的共聚焦成像实验，(1)将干净的脱脂棉裁剪成1×1cm的小块，将其浸泡在10mM的探针溶液0.5分钟，取出后自然晾干；(2)将含有探针的脱脂棉置于已配制好的10ppm的气态光气锥形瓶中，密封，五分钟后取出；(3)将检测前后的含有探针的脱脂棉分别进行共聚焦实验，分别在单光子模式下和双光子模式下进行成像实验，其中单光子模式的激发波长为488nm，双光子模式的激发波长为808nm，收集绿色光通道的共聚焦成像。本专利技术基于荧光能量共振转移机理的双光子探针及应用的有益效果是：(1)荧光能量共振转移机理能够转移能量从供体到受体，因此具有某些特别的性质，如高效的能量转移，较大的斯托克斯位移和优秀的发射信号。本专利技术的探针是以5-氟-1,3,7,9-四甲基-5H-二吡咯并[1,3,2]重氮硼烷-4-氟化物作为荧光供体，7-硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑基团作为受体，构建FRET机理，同时以1,4,7,10-四氮环中的4位和7位的仲胺作为响应位点，实现光气的特异性响应，使探针对光气有优越的选择性。(2)本专利技术的开放型荧光标记试剂响应灵敏，对光气的响应时间在数秒内。(3)本专利技术的开放型荧光标记试剂检测限远远低于光气对人体造成伤害的最低阈值(20ppm)。(4)本专利技术的开放型荧光标记试剂，不仅能在单光子模式下响应，同时也能在双光子模式下对光气有响应，双光子模式相比于单光子模式，具有穿透能力更强，光损伤更小，定位更准确等优点。(5)本专利技术所用于检测气态光气的探针载体是脱脂棉，具有获取简单，价格低廉，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于荧光能量共振转移机理的双光子探针，其特征在于：以5-氟-1,3,7,9-四甲基-5H-二吡咯并[1,3,2]重氮硼烷-4-氟化物作为荧光供体，7-硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑基团作为受体，以强亲核性的两个仲胺为响应位点，其化学名称为，5-氟-1,3,7,9-四甲基-10-(4-(7-(7-硝基苯并[c][1,2,5]恶二唑-4-基)-1,4,7,10-四氮杂环十二烷基十二烷基-1-基)苯基)-5H-二吡咯并[1,2-c：2'，1'-f][1,3,2]二氮杂硼-4-氟化物，其化学结构式为，/n

【技术特征摘要】
1.一种基于荧光能量共振转移机理的双光子探针，其特征在于：以5-氟-1,3,7,9-四甲基-5H-二吡咯并[1,3,2]重氮硼烷-4-氟化物作为荧光供体，7-硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑基团作为受体，以强亲核性的两个仲胺为响应位点，其化学名称为，5-氟-1,3,7,9-四甲基-10-(4-(7-(7-硝基苯并[c][1,2,5]恶二唑-4-基)-1,4,7,10-四氮杂环十二烷基十二烷基-1-基)苯基)-5H-二吡咯并[1,2-c：2'，1'-f][1,3,2]二氮杂硼-4-氟化物，其化学结构式为，





2.一种基于荧光能量共振转移机理的双光子探针的应用，所述双光子探针具有如权利要求1所述的结构，其特征在于：以脱脂棉作为双光子探针的载体，分别在单光子和双光子模式下，实现对安全阈值浓度上或下的气态光气检测、荧光成像及共聚焦成像。


3.根据权利要求2所述的基于荧光能量共振转移机理的双光子探针的应用，其特征是，所述检测的反应机理为：
以5-氟-1,3,7,9-四甲基-5H-二吡咯并[1,3,2]重氮硼烷-4-氟化物作为荧光供体，7-硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑基团作为受体，以强亲核性的两个仲胺为响应位点，利用光气结构中强亲电性的碳原子，与其发生两次酰化反应。


4.根据权利要求2或3任一项所述的基于荧光能量共振转移机理的双光子探针的应用，其特征是：建立探针对光气响应性的荧光光谱，
(1)配制探针浓度为10mM的三氯甲烷溶液，配制三光气浓度为10mM，且包含摩尔分数为5％的三乙胺的三氯甲烷溶液，即为光气浓度为30mM的溶液；
(2)先在5mL的Ep管中加入10uL的探针溶液，加入2mL三氯甲烷溶液，分别取0μL、1μL、2μL、3μL、4μL、5μL、6μL、7uL、8μL、9μL和10μL浓度为10mM的三光气的溶液共11份，分别加入到Ep管中；
(3)反应1min后，在455nm的激发波长下通过荧光分光光度计测试荧光强度，得到荧光强度和荧光滴定光谱；
(4)一倍当量的三光气在三乙胺的作用下分解为三倍当量的光气，以光气的浓度为横坐标，以荧光强度比值为纵坐标，得到关于探针分子对光气浓度、荧光强度比值的线性方程。


5.根据权利要求2或3任一项所述的基于荧光能量共振转移机理的双光子探针的应用，其特征是：建立探针对光气选择性的荧光光谱，
(1)配制浓度为10mM的DCP,DECP,DNCP,...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤进茂，谭江坤，李赞，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：山东;37