[发明专利]一种高分子钾离子荧光探针及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种高分子钾离子荧光探针及其制备方法和应用，该探针是基于水溶性高分子骨架的比率型高分子钾离子荧光探针，具有P1所示的结构，本发明通过活性自由基聚合反应得到了完全水溶的高分子OEG‑1，再通过高分子骨架中的羧基与小分子钾离子探针KS‑23中的羟基进行酯化反应，将钾离子传感器KS‑23嫁接到水溶性高分子骨架上，得到基于水溶性高分子骨架的比率型钾离子荧光探针P1，相较于小分子钾离子KS‑23，P1的水溶性及生物相容性提升，对钾离子的选择性较高，对钾离子检测范围在1‑200mM之间，且有望通过峰值比对钾离子浓度进行定量分析，满足细胞内钾离子定量检测的要求。

技术领域

本发明涉及生物材料技术领域，尤其涉及一种高分子钾离子荧光探针及其制备方法和应用。

背景技术

钾离子(K⁺)是哺乳动物细胞中含量最丰富的金属离子之一，约占人体干重的4％。它在众多生理活动中起着及其重要的作用，包括心脏搏动，肌肉收缩，神经信号传导和肾脏排泄等。K⁺不仅参与维持细胞内外渗透压和电解质平衡，调节血压，还参与调节整个神经系统生化信号的转导。哺乳动物细胞胞质中K⁺离子的浓度约为130-180mM，而细胞外的浓度为3.5-5.0mM。正常血清中钾离子水平一直维持在3.5-5.5mM之间，当摄入过量时，通常通过肾脏排泄来清除过多的K⁺。当血钾浓度高于5.5mM时，统称为高钾血症；在低高浓度(5.5-6.0mM)或中高浓度(6.1-6.9mM)时，常引起恶心，疲劳，肌肉无力，有时还伴随心律失常；当血钾浓度高于7.0时，通常导致心脏骤停甚至死亡。当血钾浓度低于3.5mM时，统称为低钾血症。临床上与低钾血症有关的症状包括：虚弱，麻痹，四肢强直、肠梗阻、恶心、呕吐等。K⁺浓度异常通常是某些疾病的早期征兆，如酗酒，厌食症，贪食症，心脏病，糖尿病，艾滋病和癌症等。因此，寻找可以特异地研究、测量或实时监测细胞内外钾离子浓度的高灵敏方法对了解病理过程及疾病相关药物的开发及筛选意义重大。

近年来荧光型钾离子探针已得到一定的发展。荧光钾离子传感器可进行荧光成像容易得到靶分子的时空信息，并且可以非侵入的方式直接测量细胞内钾离子浓度，还可以观察细胞内钾离子的流动和动态平衡，更重要的是可在单细胞以及亚细胞结构水平上对活细胞进行分析，无毒且对细胞无损伤，容易小型化，后处理容易。因此，荧光钾离子传感器是分析和检测钾离子的重要途径，受到了科研工作者的广泛关注和喜爱。

虽然钾离子探针有了一定的发展，但可适合于测量细胞内钾离子(浓度约为130-180mM)的探针还比较有限。在报道的为数不多的细胞内钾离子探针中多以小分子为主。但是，一些小分子探针的水溶性和生物相容性较差，且测试须在含有0.5mM十六烷基三甲基溴化铵(CTAB，表面活性剂)的HEPES溶液中进行。CTAB有较大的细胞毒性，无法在细胞成像过程中使用。

CN106929008B公开了一种高分子钾离子荧光探针及其制备方法和应用，该发明的高分子钾离子荧光探针以苯基氮杂-18-冠-6-胺为识别基团，以半菁染料基团为荧光基团，具有对环境敏感、水溶性好，检测准确度高，对钾离子浓度变化响应迅速等优点，是一种比色的、即时的比率型钾离子检测探针，可制备为检测试纸，根据试纸颜色变化实现钾离子含量高低的快速检测，本发明的高分子钾离子荧光探针有望在中药注射液和红酒及人体尿液或血液等方面检测钾离子浓度，具有广阔的应用前景。该发明中的小分子探针的水溶性较低，且测试需要在CTAB存在下进行，无法在细胞成像过程使用。

CN104910894B公开了一种苯并咪唑类hERG钾离子通道的小分子荧光探针及其制备方法与应用。在hERG钾离子通道及其高表达的肿瘤细胞或组织标记中、在hERG钾离子通道抑制剂的高通量筛选以及在新药心脏毒性评价中以及在作为识别hERG钾离子通道的探针以及在hERG钾离子通道生理、病理及相关疾病研究中的应用。但是该小分子探针水溶性较差，且该类探针的检测限范围有待进一步提升。

因此，本领域亟待开发一种具有较高的水溶性和生物相容性的高分子钾离子荧光探针，且保证探针所需的钾离子选择性，并满足细胞内钾离子的检测要求。