[发明专利]一种水相中专一识别二价铜离子的荧光探针及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种识别重金属铜离子的荧光探针及其应用，尤其涉及一种水相中专一识别二价铜离子的菲醌类化合物荧光探针及其应用；属于有机小分子荧光探针领域。

背景技术

正常情况下人体内，除了铁和锌，铜离子是第三种最丰富的必需微量元素，成人体内总铜含量一般是70～80毫克。

铜离子在各种生理过程发挥重要作用，然而，铜离子作为有毒的重金属元素，若水平异常时，可引起氧化应激和神经系统疾病，包括阿尔茨海默氏症、帕金森、门克斯和威尔逊等疾病。所以，对铜离子的检测引起人们的高度重视。

目前，铜离子的检测手段主要分为两类：直接法和间接法。直接法是一类直接利用铜离子自身物理、化学性质对其进行分析检测的方法，包括原子吸收、发射光谱法和离子选择性电极法；间接法是一类利用铜离子和指示剂(也可称为化学分子探针)之间的特异性化学反应或超分子作用产生的信号变化对铜离子进行分析检测的方法，包括传统的铜离子指示剂和近年来研究较热的铜离子荧光分子探针。但是，综合分析目前的铜离子荧光探针主要存在以下不足：第一，为了提高选择性大多数铜离子探针在有机溶剂中或含有机溶剂的组分中检测，对环境检测的实用性大大降低；第二，铜离子探针的识别机制多数在FRET、ICT、PET机理下检测铜离子，选择性不高，专一性或特异性差；第三，多数铜离子探针的识别不存在可逆性，生物实用性不高。基于此，开发新型铜离子探针，给出检测曲线判断铜离子水平高低，有着重要的研究价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种水相中专一识别二价铜离子的菲醌类化合物荧光探针及其应用。

本发明所述的适于水相中专一识别二价铜离子的荧光探针，其特征在于：它是3-羟基-4-(1氢-菲醌[9,10-d]咪唑-2-乙基)苯基4-氧代戊酸脂，简称PI，其化学结构式如式(1)所示：

上述3-羟基-4-(1氢-菲醌[9,10-d]咪唑-2-乙基)苯基4-氧代戊酸脂(简称PI)的制备方法是：将菲醌1与2,4-二羟基苯甲醛在冰醋酸做溶剂条件下生成化合物2，然后将化合物2与乙酰丙酸发生缩合反应得到终产物：3-羟基-4-(1氢-菲醌[9,10-d]咪唑-2-乙基)苯基4-氧代戊酸脂。

上述PI的制备反应式如下：

上述适于水相中专一识别二价铜离子的荧光探针在检测水中是否含有二价铜离子中的应用。

上述的应用中：所述荧光探针是在水相中以荧光淬灭方式实现识别二价铜离子。

上述荧光探针在水相中能高选择性识别二价铜离子，该探针本身由于ESIPT荧光强度高，当铜离子配位后，氢键断裂，荧光淬灭；当加入生物硫醇则恢复荧光。

实验证实：检测环境是水相时，本发明所述的铜离子荧光探针的溶剂化效应显示，在水中探针的荧光强度相对较弱(图1)，其荧光量子产率为0.14(参见表1：3-羟基-4-(1氢-菲醌[9,10-d]咪唑-2-乙基)苯基4-氧代戊酸脂的光物理性质)，虽然其小于在有机溶剂中的数值，但是远大于其他生物染料在水相中的量子产率。在选择性方面(图2)，离子量为探针的250倍，当用365nm光激发，只有铜离子发生15倍的淬灭；在铜离子滴定实验中(图3)，在铜离子加入量ncu＝0～250当量PI的条件下，荧光发生淬灭，加入10当量的铜离子时，荧光已经完全淬灭。总之，随着铜离子浓度的增加，荧光趋于减弱。在各种离子存在的情况下，铜离子同样荧光强度趋于淬灭，表明本发明所述的铜离子荧光探针在水相中排除了其他例子的干扰(图4)，当在淬灭的体系中加入生物硫醇时，荧光趋于逐渐增强5倍至平衡的趋势(图5)。

基于上述实验结果，可以证明本发明所述的识别二价铜离子的菲醌类化合物荧光探针是一类新型的高选择性铜离子荧光探针分子，通过铜离子与探针的配位作用使探针本身的ESIPT机制受到破坏，使荧光淬灭；当加入生物硫醇时，EIIPT恢复使荧光增强。在水相中检测是否含有铜时，只需取所检测体系于水中，加入探针后，通过荧光强度前后对比就可以判断水中是否含有铜离子。其识别反应式如通式(II)所示：

本发明提供的识别二价铜离子的菲醌类化合物荧光探针与其功能相近的铜离子荧光探针比具有显著优势，且本发明所述菲醌咪唑类化合物在水相中的选择性和合成手段也具有新颖性和简便性。基于本发明提供的识别二价铜离子的菲醌类化合物荧光探针在溶剂中具有高的荧光量子产率，并且当加入生物硫醇后荧光增强的结果及现象，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。

附图说明