一种具有次氯酸快速检测功能的荧光探针、制备方法及应用

摘要

本发明公开了一种具有次氯酸快速检测功能的荧光探针的制备方法及应用，该荧光探针是以4‑溴‑1,8‑萘酰二酐、4‑（2‑氨乙基）吗啉、哌嗪和异硫氰酸苯酯为原料制备的一种新型荧光探针。该荧光探针能在水和少量乙醇（13.6%）混合溶液中能实现对次氯酸的高选择性和高灵敏度快速检测。相比于现有的荧光检测技术，本发明得到的荧光探针具有对次氯酸高选择性快速响应，低有机溶剂残留的检测，且投入成本较低，合成路线简单，检测设备和方法简便，适于放大合成和实际生产应用，在分析化学、生命科学、以及环境科学等技术领域有着巨大的应用前景。

权利要求

1.一种具有次氯酸快速检测功能的荧光探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将一定量的4-（2-氨乙基）吗啉和4-溴-1,8-萘酰二酐溶解于乙二醇甲基醚中，置于N2保护和避光的条件下，快速升温至90℃搅拌5 9小时，反应结束后除去85 95%乙二醇甲基~ ~醚，再加一定量的蒸馏水沉淀，抽滤得到所需产物，真空干燥，得产物1；

（2）取步骤（1）合成的产物1和哌嗪溶解于乙二醇甲基醚，将混合溶液置于避光和N2保护的条件下100℃搅拌2 5h，反应结束后旋转蒸发除去85 95%乙二醇甲基醚，过柱提纯产物，~ ~真空干燥，得到产物2；

（3）取步骤（2）合成的产物2和异硫氰酸苯酯溶解于乙醇，将混合溶液置于避光和N2保护的条件下室温搅拌1 3h，反应结束后旋转蒸发除去85 95%乙醇，过柱提纯产物，真空干燥，~ ~得所需的荧光探针，即一种具次氯酸检测功能的荧光探针，其结构式如下：所述步骤（1）中，4-溴-1,8-萘酰二酐和4-（2-氨乙基）吗啉的摩尔比为1:3 10；4-溴-1,~

8-萘酰二酐在乙二醇甲基醚中的浓度为0.02 0.05 mol/L；4-（2-氨乙基）吗啉在乙二醇甲~基醚中的浓度为0.06 0.50 mol/L；所述步骤（2）中，产物1和哌嗪的摩尔比为1:30 60；产物~ ~

1在乙二醇甲基醚中的浓度为0.02 0.07 mol/L；哌嗪在乙二醇甲基醚中的浓度为0.60~ ~

4.20mol/L；所述步骤（3）中，产物2和异硫氰酸苯酯的摩尔比为1:2 5；产物2乙醇中的浓度~为0.05 0.15mol/L; 异硫氰酸苯酯在乙醇中的浓度为0.1 0.75mol/L。

~ ~

2.一种根据权利要求1所述的制备方法制备的具有次氯酸快速检测功能的荧光探针。

3.根据权利要求1所述的制备方法制备的荧光探针在次氯酸快速检测中的应用。

说明书

一种具有次氯酸快速检测功能的荧光探针、制备方法及应用

技术领域

[0001] 本发明涉及分析化学、生命科学以及环境科学等技术领域，具体来说，涉及具有次氯酸检测功能的荧光探针及其制备。

背景技术

[0002] 在众多环境和生物体内存在的离子、生物活性物种中，活性氧物种(ROS)是广泛存在于生物细胞中一种非常重要的物种，其在生物细胞中的信号传导、分化、迁移和细胞免疫中均起着非常重要的作用。然而由于其在生物体内的活性较高、含量较低、分布不均，使得人们在深入研究其性质时遇到了一些困难。生物细胞中活性氧的产生场所主要是线粒体,进入线粒体中的氧气大约有0.1-2%会转化成各种活性氧物种，活性氧物种的多样性和相似的氧化性使得特异性地检测活性氧成为科研工作者重要的研究课题。这些活性氧物种和其他还原性物种共同存在，对维持细胞内的氧化还原平衡状态起着非常重要的作用。ClO-及其质子化形式的HOCl，作为最重要的一种ROS之一，一般是由H2O2与Cl-反应得到的，该过程需要在髓过氧化物酶(MPO)的催化下进行。HOCl是自然界中的多种生物用于防御的天然杀菌剂，其杀菌的机制是细菌缺少分解HOCl的酶而必然受到其作用。然而人体内ClO-过量时会导致如下的疾病：如关节炎，动脉硬化症及一些癌症等。据报道，引起人肺部与皮肤组织损伤的发病与氧化应激有紧密关系。在酶催化作用下，O2-被催化变成中间体H2O2，MPO酶是噬中性粒细胞产生的一种酶，而H2O2可以与MPO酶发生反应而生成HOCl。并且NaOCl就是84消毒液的主要成分，目前的很多生活用水都采用氯气消毒处理，氯气消毒难免产生一定量的次氯酸，随着环境的变化，会重新释放出氯气，氯气作为一种高危险性的气体，很容易引起呼吸系统疾病。并且次氯酸因其高强度的氧化性和漂白性，使得经过氯气消毒处理的生活用水会给生活带来诸多不便。

[0003] 目前，已经发展起来的检测次氯酸的方法很多，如电化学方法，原子吸收光谱法等。然而，大部分的检测方法成本投入较高，检测过程过于复杂，这些因素都严重制约了某些方法在实际检测中的运用。因此，发明一种简单、低成本且高效的快速检测技术具有相当重要的现实意义和应用前景。近年来，荧光探针因其优异的光学性能,受到了越来越多的关注，在化学、医学和环境科学等研究领域显示了极其广阔的应用前景。相对于其它检测手段而言, 荧光探针具有不破坏样品、可设计性强、荧光亮度高、灵敏度高、选择性好等显著特性，而成为了多个领域中离子检测与识别研究的焦点。

发明内容

[0004] 本发明的目是提供一种具有次氯酸快速检测功能的荧光探针及其制备方法，该荧光探针是以4-溴-1,8-萘酰二酐、4-（2-氨乙基）吗啉、哌嗪和异硫氰酸苯酯为原料合成的一种具有次氯酸检测功能的少量乙醇(13.6%)助溶的水溶性荧光探针。进一步应用研究表明，该荧光探针能够实现对次氯酸的高灵敏度、高选择性的快速检测。

[0005] 本发明的目的是通过下述方式实现的：一种具有次氯酸检测功能的荧光探针的制备方法，包括以下步骤：

[0006] （1）将一定量的4-（2-氨乙基）吗啉和4-溴-1,8-萘酰二酐溶解于乙二醇甲基醚中，置于N2保护和避光的条件下，快速升温至90℃搅拌5 9小时，反应结束后除去大部分（85~ ~95%）乙二醇甲基醚，再加一定量的蒸馏水沉淀，抽滤得到所需产物，真空干燥，得产物1；

[0007] （2）取步骤（1）合成的产物1和哌嗪溶解于乙二醇甲基醚，将混合溶液置于避光和N2保护的条件下100℃搅拌2~5h，反应结束后旋转蒸发除去大部分（85~95%）乙二醇甲基醚，过柱提纯产物，真空干燥，得到产物2.

[0008] （3）取步骤（2）合成的产物2和异硫氰酸苯酯溶解于乙醇，将混合溶液置于避光和N2保护的条件下室温搅拌1~3h，反应结束后旋转蒸发除去大部分（85~95%）乙醇，过柱提纯产物，真空干燥，得所需的荧光探针，即一种具次氯酸检测功能的荧光探针，其结构式如下：

[0009]

[0010] 所述步骤（1）中，4-溴-1,8-萘酰二酐和4-（2-氨乙基）吗啉的摩尔比为1:3 10mol；~
4-溴-1,8-萘酰二酐在乙二醇甲基醚中的浓度为0.02 0.05 mol/l；4-（2-氨乙基）吗啉在乙~
二醇甲基醚中的浓度为0.06 0.50 mol/l。所述步骤（2）中，产物1和哌嗪的摩尔比为1:30~ ~
60mol；产物1在乙二醇甲基醚中的浓度为0.02 0.07 mol/l；哌嗪在乙二醇甲基醚中的浓度~
为0.60 4.20mol/l。所述步骤（3）中，产物2和异硫氰酸苯酯的摩尔比为1:2 5mol；产物2乙~ ~
醇中的浓度为0.05 0.15mol/l; 异硫氰酸苯酯在乙醇中的浓度为0.1 0.75mol/l。
~ ~

[0011] 根据上述制备方法制备的荧光探针，其具体的反应过程如下：

[0012]

[0013] 一种根据上述的制备方法制备的荧光探针。

[0014] 根据上述的制备方法制备的荧光探针在次氯酸快速检测中的应用。

[0015] 本发明采用将4-溴-1,8-萘酰二酐、4-（2-氨乙基）吗啉、哌嗪和异硫氰酸苯酯反应来制备所需要的荧光探针，该荧光探针的少量乙醇（13.6%）助溶的pH为5的水溶液在有次氯酸存在时，会随着浓度的增加出现显著的荧光增强现象，而且该荧光探针对次氯酸的检测具有明显的高选择性快速响应，并且能达到高灵敏度检测的效果。相比于现有的一些检测技术，本发明中的荧光化学探针成本投入较少，合成路线简单、后处理方便、可直接对次氯酸实现快速特异性识别，适合放大生产和实际应用。尤其是在线粒体等pH环境为5左右的生物体内环境的应用有着极其重要的意义。

附图说明

[0016] 图1为制备的荧光探针的核磁图。

[0017] 图2为制备的荧光探针对次氯酸的识别示意图。

[0018] 图3为不同次氯酸浓度时，荧光探针的荧光发射光谱变化图（λex = 420 nm），[HOCl] = 0（a），1.0×10-6 mol/l（b）, 5.0×10-6 mol/l（c）, 2.0×10-5 mol/l（d），5×10-5 mol/l（e），8.0×10-5mol/l（f）, 1.0×10-4mol/l（g）, 1.5×10-4 mol/l（h），2.0×10-4 mol/l（i），2.5×10-4 mol/l（j），3.0×10-4mol/l（k）, 3.5×10-4mol/l（l）（注：该荧光探针浓度为10μM，是用pH为5的乙醇含量为13.6%的水溶液溶液配制）。

[0019] 图4为荧光探针随次氯酸浓度变化的荧光强度变化值对应的拟合曲线和该曲线所对应的函数图。

[0020] 图5为各种离子对该荧光探针荧光强度的选择性对比数据图，加入后的离子的浓度均为1.0×10-4 mol/l，F空白和F为各离子和过氧化物加入前后的荧光探针在以420nm为激发波长，550nm为发射波长处的荧光强度变化值（注：该荧光探针浓度为10μM，是用pH为5的乙醇含量为13.6%的水溶液溶液配制；HOCl搅拌时间为20s,其余物质搅拌时间为5min）。

[0021] 图6为各种离子对荧光探针的荧光强度的干扰性对比数据图，加入后的各种离子的浓度均为1.0×10-4 mol/l，F空白和F为各离子和过氧化物加入前后的荧光探针在以420nm为激发波长，550nm为发射波长处的荧光强度变化值（注：该荧光探针浓度为10μM，是用pH为
5的乙醇含量为13.6%的水溶液溶液配制；HOCl搅拌时间为20s,其余物质搅拌时间为5min）。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0023] 实施例1：

[0024] 一种具有次氯酸检测功能的荧光探针的制备方法，包括以下步骤：

[0025] （1）产物1的制备。

[0026] 将4-溴-1,8-萘酰二酐（3mmol）和4-（2-氨乙基）吗啉（12mmol）溶解于乙二醇甲基醚（100ml）中，置于N2保护和避光的条件下，升温至90℃搅拌回流6h，反应结束后过滤，再旋转蒸发除去85% 95%乙二醇甲基醚，至体积为5ml左右，再用水沉淀，抽滤得到所需产物，真~空干燥，以合成产物1。

[0027] （2）利用产物1和哌嗪合成产物2。

[0028] 将取步骤（1）合成的产物1（0.3mmol）和哌嗪（12mmol）溶于除水的乙二醇甲基醚（10ml），将混合溶液置于避光和N2保护的条件下室温搅拌24h，反应结束后旋转蒸发除去大部分（85 95%）乙二醇甲基醚，过柱提纯产物，真空干燥，以合成产物2。~

[0029] （2）利用产物2和异硫氰酸苯酯合成探针。

[0030] 将取步骤（2）合成的产物2（0.2mmol）和异硫氰酸苯酯（0.6mmol）溶于除水的乙醇（20ml），将混合溶液置于避光和N2保护的条件下室温搅拌2h，反应结束后旋转蒸发除去大部分（85 95%）乙醇，过柱提纯产物，真空干燥，以合成所需的荧光探针，即一种具有次氯酸~识别功能的荧光探针

[0031] 实施例2：次氯酸的检测实验。

[0032] 取12个5ml样品瓶，分别加入实施例1中所得的荧光探针配置的溶液3ml（该荧光探针浓度为10μM，是用pH为5的乙醇含量为13.6%的水溶液溶液配制），然后分别将浓度为[ClO-] = 0（a），1.0×10-6 mol/l（b）, 5.0×10-6 mol/l（c）, 2.0×10-5 mol/l（d），5×10-5 -5 -4 -4 -4mol/l（e），8.0×10 mol/l（f）, 1.0×10 mol/l（g）, 1.5×10  mol/l（h），2.0×10  mol/l（i），2.5×10-4 mol/l（j），3.0×10-4mol/l（k）, 3.5×10-4mol/l（l）的3µl次氯酸溶液加入
12个样品瓶中，常温下搅拌20s后，以420nm为激发波长，分别测定这些样品的荧光强度，得
12个样品的荧光发射光谱变化图，见图3。测定结果表明：该荧光探针的荧光强度随着次氯酸离子浓度的逐渐增加而逐步上升，且次氯酸浓度>5µmol/L时荧光探针的荧光强度明显上升。根据图3的荧光强度变化值可作出对应的拟合后的比较理想的函数曲线图和该曲线所对应的函数图（y=a +b*x，a=28168.6046，b=249.14934，R2=0.9938），见图4。

[0033] 实施例3：其它离子和过氧化物影响的对比检测实验。

[0034] 取9个5ml样品瓶，分别装入实施例1中所得的荧光探针溶液3ml（该荧光探针浓度为10μM，是用pH为5的乙醇含量为13.6%的水溶液溶液配制），然后分别将浓度为1.0×10-4mol/l的Zn2+、Ni2+、Mg2+、Cu2+、Co2+、TBHP（过氧化叔丁醇）、F-、和ClO-各取3µl加入另外前8个样品瓶中，9号样品为空白样。然后分别测定9个样品在420nm波长激发，550nm波长发射处的荧光发射强度，结果见图5。测定结果表明：除了次氯酸外，其它上述各种离子和过氧化物对所制备的荧光探针的荧光强度没有明显影响。（注：HOCl搅拌时间为20s,其余物质搅拌时间为5min）

[0035] 实施例4：其它离子和过氧化物共存的影响的对比检测实验。

[0036] 取9个5ml样品瓶，分别装入实施例1中所得的荧光探针溶液3ml（该荧光探针浓度为10μM，是用pH为5的乙醇含量为13.6%的水溶液溶液配制），1号为空白样品，2号加入ClO-，- 2+ - 2+ 2+ - 2+ 2+ 2+ -3号加入ClO和Zn ，4号加入ClO 、Zn 和Ni ，5号加入ClO 、Zn 、Ni 和Cu ，6号加入ClO 、Zn2+、Ni2+、Cu2+和Co2+，7号加入ClO-、Zn2+、Ni2+、Cu2+、Co2+和Mg2+，8号加入ClO-、Zn2+、Ni2+、Cu2+、Co2+、Mg2+和F-，9号加入ClO-、Zn2+、Ni2+、Cu2+、Co2+、Mg2+、F-和TBHP（过氧化叔丁醇），其中各离子和过氧化物浓度均为为1.0×10-4mol/l，加入的量均为3µl。然后分别测定9个样品在
420nm波长激发，550nm波长发射处的荧光发射强度，结果见图6。测定结果表明：其它上述各种离子和过氧化物共存时对所制备的荧光探针的荧光强度没有明显影响。（注：HOCl搅拌时间为20s,其余物质搅拌时间为5min）

[0037] 上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明所作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。