[发明专利]一种用于汞离子检测的探针化合物及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种用于汞离子检测的探针化合物及其制备方法和应用。所述用于汞离子检测的探针化合物其化学结构式如式(I)所示，简称为DCM‑Hg。本发明中用于汞离子检测的探针化合物的制备方法具有反应条件温和，产量较高等优点。该化合物DCM‑Hg可实现对汞离子的高灵敏、高选择性荧光检测，同时伴随明显的比色现象，也可实现简单有效的比色检测。该化合物DCM‑Hg不仅能定量检测环境水样中的汞离子，还能定性检测活细胞中汞离子。

技术领域

本发明属于分析检测技术领域，具体涉及一种可用于汞离子检测的比色/近红外荧光探针的制备方法及其在环境和生物领域中的应用。

背景技术

随着人们生活水平和健康安全意识的提高，重金属离子污染越来越引起人们的广泛关注。汞离子作为一种毒害作用最强的重金属离子，它可以通过细菌代谢转化为毒性更强的甲基汞，然后经过食物链富集于有机体中。一旦进入人体内，即使低浓度的汞离子也会诱导一系列严重的健康问题，诸如肾功能衰竭，水俣病，运动神经疾病等。研究表明，汞离子具有很强的亲硫性，与蛋白质和酶中的巯基作用后，会引起蛋白质和酶失活，使细胞代谢功能失调，最终导致机体病变。汞污染具有易转移和高度的富集性等特性，它已成为困扰全世界的难题之一。因此，发展有效、可靠的方法来检测环境及生物系统的重金属汞离子具有十分重要的意义。

过去十来年，研究者发展了一些检测汞离子的方法，主要包括高效液相色谱法、毛细管电泳法、原子吸收光谱法、原子发射光谱法、紫外可见分光光度法、电化学法和电感耦合等离子质谱法。然而，这些方法需要复杂的样品预处理以及昂贵的仪器设备，且大多不能够用于活体中目标分析物的检测。相比之下，荧光分析技术具有操作便捷、灵敏性和选择性高、可用于高分辨活体成像等优点，因此备受广大研究者们的追捧。到目前为止，许多可用于汞离子检测的荧光探针被报道了，其识别机制，主要分为两大类：①基于汞离子亲硫特性的络合型探针；②基于汞离子催化特性的反应型探针。众所周知，汞离子与具有孤对电子的杂原子如硫、氮和氧作用形成络合物。络合型探针在与汞离子配位前后，探针分子的电子云结构发生明显变化，导致荧光增强或者淬灭。这类探针对汞离子检测的灵敏度比较高，然而选择性不尽人意。主要是因为络合型探针上的识别基团对化学性质、离子半径与汞离子相似的其他金属离子(如铜离子、金离子等)也具有类似的响应。相比之下，反应型探针利用汞离子特异性催化能力，使识别基团发生转化，导致荧光强度或者荧光发射波长改变，具有较高选择性，能够用于各种复杂样品中汞离子检测。尽管利用荧光探针检测汞离子取得了一定的进展，但仍存在诸多不足。例如：①大多数报道的汞离子荧光探针发射波长位于紫外-可见光区，在生物分析中容易遭受背景荧光的干扰(主要来源于生物样品中的蛋白质、核酸等吸收激发波长而产生的自发荧光)，降低检测的信噪比。②大部分荧光探针需要高能量的紫外-可见光激发，在生物分析中存在不可避免的光损伤。③绝大多数汞离子探针的检测方式限于荧光光谱法。近些年来，比色/荧光探针由于检测的灵活性及准确性引起广泛关注和发展。另一方面，近红外(650–900nm)荧光探针因其具有低的背景干扰，低的光损伤和较好的组织穿透性等优点，有效地解决以上存在的问题，然而，目前报道的几个近红外汞离子荧光探针，存在合成困难、产率不高等问题，严重限制了其广泛应用。因此，发展一种易于制备的比色/近红外荧光探针检测环境及生物体系中的汞离子是非常有意义的。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种可用于汞离子检测的探针化合物及其制备方法和应用。本发明提供的探针以具有“推-拉”电子效应的苯并吡喃氰衍生物为近红外荧光基团，以二硫代缩醛为识别基团，其合成条件温和，产率较高，荧光发射波长位于近红外区域，有效克服了报道的大多数荧光探针在成像分析中背景干扰严重、光损伤大、光穿透性低等缺陷。本发明提供的探针不仅展现近红外荧光增强信号，同时伴随明显的颜色变化，可在不需要借助任何仪器设备的情况下实现对汞离子的比色检测。该探针对汞离子检测具有较高的灵敏性和选择性且不受其他金属离子的干扰，并成功实现对水溶液和活细胞中的汞离子分析检测，为环境保护和汞离子诱发的疾病诊断提供了一种非常有前景的检测方法。