[发明专利]一类喹啉‑二吡啶衍生物Zn2+荧光探针及其应用

说明书

【技术领域】

本发明涉及检测技术领域，特别涉及一种用于特异性检测水相中Zn²⁺浓度的荧光探针及其制备方法及该荧光探针在生物活细胞检测中的应用。

【背景技术】

在人体中，锌离子是含量第二位的过渡金属离子，在很多生理过程，例如结构和催化因子、信号传输和调节、基因表达调节和细胞凋亡中都起着重要的作用。

在已发现的蛋白组中发现，锌参与基因编码的结合蛋白占总量的10％。锌元素在哺乳动物的总浓度在300～500μM范围内，其中大部分以金属蛋白的形式紧密键合，很小的一部分是可以自由移动或者和一些小分子较松散的键合，并且可以发生离子交换。这一小部分已在前列腺、肠、胰腺、脑中发现。以离子形式存在的锌，大多都是细胞质中的锌离子，参与了生物体的信息传递，而且其传递过程和生物体很多生理学和病理学过程相关。

锌和活性氮(RNS)，如氧化氮(NO)和过氧化亚硝酸盐(ONOO^-)一样，在生物体的神经系统扮演着重要的角色和生物体的神经功能障碍密切相关。将神经元暴露于高浓度的NO中，会导致过氧亚硝酸盐的形成，进而导致贮存的锌离子从细胞中释放，高浓度自由的锌离子，会诱导线粒体功能障碍和活性氧(ROS)的产生增加，从而加速了细胞凋亡的过程，致使神经退行性疾病的产生。而且高浓度NO和过氧亚硝酸盐会作用于内质网(ER)，诱导内质网(ER)应激和激活细胞应激发生未折叠蛋白反应(UPR)。许多神经退行性疾病，如阿尔茨海默氏病、帕金森氏病、朊病毒病、亨廷顿氏病、额颞痴呆、肌萎缩性侧索硬化症等，都是由于蛋白质折叠发生错误。因此，发展一种比较敏感并且识别性强的技术来完成对于锌离子的探测是十分有必要的。

在己报道的检测分析方法中，荧光探针以其明显的优势受到人们的日益关注。Zn²⁺荧光探针可以与Zn²⁺选择性的结合，并导致荧光强度或者是波长发生改变，从而根据荧光光谱的变化来测定Zn²⁺浓度相关参数。基于荧光的信号识别，使荧光探针具有好的选择性、高的灵敏度、价格低廉和操作简便，并且能够快速、实时、原位定量检测和分析等优点，引起了人们的关注。除了上述优点，荧光探针检测方法为非侵入性检测，不破坏样品，可通过荧光强度和Zn²⁺浓度的关系进行浓度的定量分析。这种检测技术是原子吸收或发射光谱检测、离子选择性电极分析等传统方法所无法代替的。

近年来，吡啶衍生物作为荧光分子探针的识别基团得到了广泛应用，特别是双(2-吡啶基甲基)氨(DPA)被经常用于Zn²⁺的荧光分子探针中，提供三个氮原子，是明确的中性Zn²⁺配体。DPA的这种链状敞开式结构使它能够快速与金属离子络合，保证检测的实时性。DPA氨基上的氮原子在PET和ICT探针中都是电子给体。

区别于单光子荧光探针，利用有机分子吸收两个较低能量光子而后发生荧光的过程进行探测的方法就是双光子荧光探针。建立在双光子荧光显微探测技术基础上的双光子荧光探针材料在研究金属离子的含量及其对生理的影响、金属离子参与的生理活动机制、特定分子的分布及其相互作用等领域具有不可比拟的优点，例如可有效的避免单光子荧光探针的上述缺点。双光子荧光探针材料的激发波长在700-900nm范围内，避开了生命体系所不能承受的紫外光损伤以及细胞组织自发荧光的干扰；由于荧光激发只发生在聚焦点，消除了不必要的光漂白和光毒化，这可实现在不伤害或杀死细胞下对金属离子进行较长时间的观察；而且，双光子激发产生的荧光强度与入射光强度成二次方关系，这使得荧光发射集中在更小的空间区域，有效地提高了空间分辨率，同时也解决了生物组织中深层物质的成像问题。

传统的单光子荧光探针也可作为双光子荧光探针。但这些荧光化合物双光子吸收截面均比较小。这些荧光物的双光子吸收截面较小，这就使得双光子诱导荧光量子产率偏低，在实验中必须采用高强度激光激发高浓度荧光物的措施来获得足够强的上转换荧光，这样加大了活体生物样品的观测难度。因此开发一些具有生物相容性、特异性结构和位点识别基元、大的双光子吸收截面、高的荧光量子产率和识别响应性的双光子Zn²⁺荧光探针是必要的。

【发明内容】