[发明专利]一种硫氢根离子纳米探针材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米发光材料技术领域，具体涉及一种硫氢根离子纳米探针材料及其 制备方法及其在生物检测和成像中的应用。

背景技术

硫化氢在正常情况下是一种无色、易燃的酸性气体，浓度低时带恶臭，气味如臭 蛋；浓度高时反而没有气味(因为高浓度的硫化氢可以麻痹嗅觉神经)。同时，硫化氢 是一种急性剧毒，短期内吸入高浓度的硫化氢后出现流泪、眼痛、眼内异物感等现象， 重者可出现脑水肿、肺水肿，极高浓度(1000Mg/m³以上)时可在数秒内突然昏迷， 发生闪电型死亡；并且长期低浓度接触，可引起神经衰弱综合症和植物神经功能紊乱。 然而，研究发现硫化氢在哺乳动物体内广泛存在，而且具有重要的细胞保护作用，例 如内源性H₂S能保护大鼠心脏对抗缺血-再灌注引起的损伤。所以研究硫化氢的具体生 理机制具有非常重要的意义。

由于硫化氢对人类健康非常重要，所以准确的确定硫化氢的浓度也是非常必要的。 目前，检测硫化氢的报道的方法有：电化学分析法(Electroanalysis.2000,18,1453-1460)， 比色法(Commun.2009,7390-7392),荧光分析法(Chem.Commun,2012,48,10529-10531) 等。但是都存在一些问题，例如：电化学分析法与比色法检测前样品处理麻烦，且不 能用于活细胞中含量的检测。目前，设计合成的检测硫化氢的荧光探针的发射波长都 集中在500-650nm，在活体细胞中硫化氢的检测，虽然有报道合成了近红外探针，但 由于自身存在的缺陷，还没有实现在活体中检测硫化氢。

在新型的纳米探针当中，相对于有机染料，金纳米簇由于其粒径小(小于2nm) 从而具有独特的光物理性质，例如长寿命(Anal.Chem,2015,216-229)，好的生物相溶 性，大Stokes位移等。

由于一般有机分子难溶于水，毒性大，因此，随着纳米技术的发展，设计合成新 型的硫氢根纳米探针来解决医学上的难题是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于改善现有存在的技术问题，如毒性大、不能在活体细胞中检测 硫化氢、光稳定性差等问题，提供一种具有较好水溶性及长发光寿命的硫氢根离子纳 米探针材料及其制备方法，以及在其生物检测和成像中的应用。

一种硫氢根离子纳米探针材料，其主要包括金纳米簇以及对硫氢根离子具有响应 的荧光小分子，具体结构为：

其中：表示11-巯基十一烷酸；表示壳聚糖分子；表示氯金酸；表示对硫氢根离子具有响应的荧光小分子。

硫氢根离子纳米探针材料的制备方法，该方法包括以下步骤：首先利用还原法制 备金纳米簇，其中金纳米簇以11-巯基十一烷酸为配体；然后利用1-乙基-(3-二甲基氨 基丙基)碳酰二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)活化金纳米簇，结合壳聚糖分 子具有较多的氨基分子，再利用酰胺反应，在金纳米簇外面包裹一层壳聚糖分子；最 后利用壳聚糖上未反应完的氨基分子，通过酰胺反应，将对硫氢根离子具有响应的荧 光小分子通过共价键方式修饰到金纳米簇表面，最终得到具有较好水溶性的硫氢根离 子纳米探针，具体如下：

S1.制备以十一巯基烷酸为配体的金纳米簇(AuMUA)：将11-MUA和NaOH完 全溶解于水中，再加入HAuCl₄和THPC，在室温下搅拌2h后加入NaCl水溶液，再离 心处理15min,去除上清液，沉淀用水和乙醇溶液(V水:V乙醇＝2:1)洗涤，得到最终 提纯产物AuMUA；

S2.对获得的AuMUA修饰上壳聚糖分子，得到金纳米簇(AuMUACSa)： 将上述得到的AuMUA溶液加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺和N-羟基琥 珀酰亚胺甲醇溶液活化4h,再加入1mg/mL壳聚糖的PBS溶液，室温下搅拌24h， 再离心处理除去未接枝的壳聚糖；

S3.对AuMUACSa修饰上对硫氢根具有响应的小分子金纳米簇 (AuMUACSaDye)：将染料溶于甲醇中溶解,加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基) 碳酰二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)活化4h后,将修饰后的金纳米簇产 物加入到上述溶液中搅拌24h,再离心处理得到最终产物。

其中：步骤S1中所述离心处理的离心力为6000g，步骤S2及S3中所述的离心处 理，其转速为20000rpm/min，时长为50min；