[发明专利]一种识别重金属铜离子的荧光探针及其合成和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一类钌配合物，其可以对铜离子进行实时生物体内检测和体外检测，属于有机小分子荧光探针领域和生物检测技术领域。

背景技术

铜离子对于生物体而言是一种至关重要的微量元素，广泛分布于各组织细胞中。游离的铜离子对生物体是有毒害作用的，在生物体中有着严格的控制体系，生物体内的铜离子绝大部分和蛋白质等大分子形成有机配合物形式存在，其在生命活动中扮演着重要角色。铜离子在生物体中作为一些重要的酶的辅酶结构，如超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)、细胞色素氧化酶、多巴胺P-经化酶、酪氨酸酶。在人体内广泛的参与一系列重要的代谢，影响着人体血液的生成、结缔组织的形成、中枢神经系统、胆固醇和葡萄糖的代谢、心脏功能和免疫系统等。铜离子可以作为酶辅助因子参与生命活动，也可以参与红细胞的形成。线粒体内氧化磷酸化生成ATP的过程，在电子传递链配合物三含有两个铜中心用于将电子传递给氧气，完成电子传递合成ATP过程。此外，铜离子浓度与癌症、白血病、wilson病、Menke病、老年痴呆，及疯牛病息息相关。美国饮用水标准中的铜离子含量最大值为1.3mg/L，欧洲食品安全局规定饮用水标准中的铜离子含量最大值为1.2mg/L-4.2mg/L，我国的生活饮用水卫生标准中规定，饮用水中铜离子含量不得高于1mg/L。鉴于铜离子在生物体内的重要作用，以及其缺乏或过量会对生态环境、食品安全和人体健康产生巨大危害，铜离子的检测十分重要。检测铜离子的传统方法包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、伏安法和荧光光谱法等。这些方法虽然有较高的灵敏度和较好的选择性，但所用仪器比较昂贵，实验成本也高，而且检测铜离子前需要对样品进行比较繁琐的预处理，需要有专门人员和设备。所以，设计一种简单、低成本，灵敏度高且能在线实时检测铜离子的传感器具有重要意义。

近年来开发了很多铜离子检测方法，如荧光法。荧光探针作为检测方式成为了简单但实用的方式，由于它具有高度灵敏性，选择性，简单快速，能够实时监测离子浓度分度等变化。近年来，各种有机荧光染料探针被开发出来了，用于铜离子检测。然而这些有机染料荧光试剂都存在一些自身固有的问题，这些问题限制了有机染料荧光分子作为探针的广泛应用。比如，有机荧光试剂水溶性差，而铜离子都是在水溶液中检测，不管体外环境应用还是生物样品。其次，低的检测极限性，铜离子尤其是痕量铜离子检测，是我们关注的焦点，检测水溶液残留重金属离子浓度，尤其在食品安全方面尤为重要，而生物体中铜离子都是微量元素存在，要区分铜离子浓度分布差异性，要求检测浓度极低。再者，有机荧光探针容易光漂白，荧光性质不稳定。还有，有机荧光分子探针对生物具有毒害性，不利于生物方面的应用。而相比传统的有机荧光分子探针，无机金属与有机分子杂合荧光探针因其优异的光学性质日益受到人们的关注。稀土有机配合物具有长的荧光寿命，可以通过时间分辨荧光分析法去除一些生物自身的荧光，生物体自身荧光寿命都较短。稀土金属有机配合物还具有生物相适应性，对生物组织没有毒害，能够被代谢排出体外，也因此具有广泛应用的前景。而且，稀土金属与含氮有机分子易形成六配合物，一旦形成后，水溶性很好。这类配合物与有机荧光探针相比，具有大的Stokes shift位移，这样可以利用发射荧光的接收范围来排除生物样品的自身荧光影响，而有机荧光分子Stokes shift位移小，且发射荧光与生物自身荧光有重叠，容易受到影响，降低了检测的灵敏性。目前，Ir，Re两种稀土元素备受关注，在铜离子检测研究较为深入，已经应用于动物成像检测铜离子。而Ru金属目前在铜离子检测中研究较少，但是钌有机配合物相比Ir，Re具有更大的Stokes shift位移，而且具有丰富的能级轨道，能够使用更长的激发波长，发射近红外的荧光。因此从激发光和发射光同时避开生物自身荧光，降低荧光干扰，提高检测灵敏性。

钌配合物拥有很好的光学性质，能够利用钌的荧光进行生物成像，荧光的变化可以用来测定铜离子浓度。2,2'-二甲基吡啶乙二胺(DPA)能够较好的与铜离子结合。本文通过合成一系列含有DPA结构的钌配合物，通过DPA与铜离子结合淬灭钌的荧光，测定荧光强度变化与铜离子的浓度的关系，可以对铜离子进行定量。本文合成钌菲啰啉配合物、钌联吡啶配合物及钌羧基联吡啶配合物等在488nm波长激发下，能够发射红色到近红外荧光。通过改变不同的配体进行荧光强度和波长的调控，选择最合适的钌配合物对铜离子进行实时生物体内检测和体外检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种钌配合物及其制备方法。