[發(fā)明專利]一種pH熒光化學(xué)傳感器及其合成方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210587177.7
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103896928A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉順英;吳獻(xiàn)榮;謝葉歸;王冬偉;胡文浩
• 申請（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 主分類號: C07D405/14
• 分類號: C07D405/14;C09K11/06;G01N21/64;G01N33/52
• 代理公司: 上海麥其知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物化學(xué)材料領(lǐng)域，涉及一種pH熒光化學(xué)傳感器及其合成方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

pH值是水溶液最重要的物理化學(xué)參數(shù)之一，凡涉及水及溶液的自然現(xiàn)象、化學(xué)變化以及生產(chǎn)過程都與pH有關(guān)。在生物體系中，pH值在一些生理過程中發(fā)揮著重要的作用，比如細(xì)胞的增值、酶的活性、離子傳輸、癌細(xì)胞的生存狀態(tài)等等(J.Am.Chem.Soc.，2009，131，3016；Chem.Rev.，2010，5，2709)。因此，pH值的測定一直以來就是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、臨床醫(yī)學(xué)及環(huán)境保護(hù)與監(jiān)測等領(lǐng)域必不可少的工作。pH玻璃電極因存在阻抗高，較難微型化、較易破損、不能用于含HF溶液pH測定，存在“鈉誤差”和“酸誤差”等缺陷，使它在細(xì)胞內(nèi)的pH值檢測和細(xì)胞成像研究方面的應(yīng)用受到了限制。與電化學(xué)檢測方法相比，基于熒光探針的光學(xué)檢測方法就克服了以上缺點(diǎn)(Chem?Rev.，1997，97，1515；Chem?Rev.，2003，103，4419.)。熒光傳感器因具有靈敏度高，選擇性好，檢測限低，儀器操作簡單等優(yōu)點(diǎn)受到了廣大科研工作者的青瞇(Chem?Commun.，2008，45，5915；Inorg?Chem.，2010，49，10753；Anal?Bioanal?Chem.，2005，383，349；Chem?Soc?Rev.，2011，40，79.)。目前，文獻(xiàn)報道的pH化學(xué)傳感器只有為數(shù)不多的可用于定量檢測和細(xì)胞成像(J.Am.Chem.Soc.，2010，132，13951；J.Mater.Chem.，2011，21，4056.)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種生物相容性好、具有特定光學(xué)響應(yīng)的高靈敏pH熒光化學(xué)傳感器。本發(fā)明的pH熒光化學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)中引入了聯(lián)吡啶基團(tuán)和異硫氰酸酯熒光素(Fluorescein?isothiocyanate?isomer?I，F(xiàn)ITC)，聯(lián)吡啶基團(tuán)上含有N原子，易質(zhì)子化，作為鍵合基，F(xiàn)ITC作為熒光團(tuán)，具有水溶性好、量子產(chǎn)率高、熒光響應(yīng)靈敏等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明高靈敏的pH熒光化學(xué)傳感器，包括聯(lián)吡啶分子骨架、氫離子鍵合單元、和信號傳輸單元異硫氰酸酯熒光素?zé)晒鈭F(tuán)；其中，所述pH熒光化學(xué)傳感器如式(I)所示：

其中，X為S或O元素；R為具有熒光性質(zhì)的化學(xué)基團(tuán)。進(jìn)一步地，R為異硫氰酸酯熒光素(FITC)、蒽、芘或者它們的衍生物。

本發(fā)明還提供了所述pH熒光化學(xué)傳感器的制備方法，是以聯(lián)吡啶分子骨架為基礎(chǔ)，同時引入一個氨基和一個熒光團(tuán)，從而使其在水溶液中對pH具有特定的熒光響應(yīng)。具體而言，以聯(lián)吡啶分子為分子骨架，在其四位上分別引入氨基、熒光素基，聯(lián)吡啶分子上的兩個氮原子和氨基作為鍵合位點(diǎn)，熒光素基作為信號單元，合成pH熒光化學(xué)傳感器。其反應(yīng)路線如下：

本發(fā)明在上述反應(yīng)路線第一步中，用二甲基亞砜(DMSO)做反應(yīng)溶劑，代替了文獻(xiàn)反應(yīng)溶劑二甲基甲酰胺(DMF)，可將反應(yīng)溫度由60℃降至室溫，其它實(shí)驗(yàn)條件相同，則獲得產(chǎn)物的產(chǎn)率提高兩倍，方法優(yōu)良。

本發(fā)明pH熒光化學(xué)傳感器可對細(xì)胞內(nèi)的pH變化做出響應(yīng)。信號傳輸單元異硫氰酸酯熒光素作為有機(jī)染料可通過與蛋白質(zhì)分子的氨基反應(yīng)接枝到蛋白質(zhì)分子上形成熒光蛋白，從而標(biāo)記蛋白質(zhì)。現(xiàn)有技術(shù)中，異硫氰酸酯熒光素因其本身不能滲入細(xì)胞而限制了其在生物熒光探針領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明首次提出將異硫氰酸酯熒光素與聯(lián)吡啶基團(tuán)連接得到pH熒光化學(xué)傳感器。本發(fā)明pH熒光化學(xué)傳感器通過細(xì)胞成像可對細(xì)胞內(nèi)的微小pH變化進(jìn)行響應(yīng)。通過細(xì)胞成像實(shí)驗(yàn)研究，本發(fā)明pH熒光化學(xué)傳感器在無血清培養(yǎng)基中與細(xì)胞共培養(yǎng)后可進(jìn)入細(xì)胞，進(jìn)行熒光成像，從而提供了異硫氰酸酯熒光素的新的應(yīng)用。

本發(fā)明還提供一種具有特定光學(xué)響應(yīng)的高靈敏pH熒光化學(xué)傳感器的制備方法。本發(fā)明制備方法通過聯(lián)吡啶基團(tuán)和FITC的引入合成了新的對細(xì)胞內(nèi)的pH值進(jìn)行檢測的pH熒光化學(xué)傳感器。本發(fā)明合成路線反應(yīng)條件溫和，操作簡單，產(chǎn)率較高，尤其是純化過程只需萃取和抽濾，避免了費(fèi)時費(fèi)力的柱層析純化方法的使用。

本發(fā)明制備方法，利用氨基易對異硫氰酸酯基進(jìn)行親核加成的性質(zhì)，通過多步化學(xué)衍生引入聯(lián)吡啶分子，同時引入信號單元異硫氰酸酯熒光素，制得pH熒光化學(xué)傳感器。在pH熒光化學(xué)傳感器溶液中，聯(lián)吡啶基團(tuán)上的氮原子和氨基易被質(zhì)子化，導(dǎo)致信號單元共軛結(jié)構(gòu)的電子密度發(fā)生變化，pH熒光化學(xué)傳感器溶液的熒光強(qiáng)度也會相應(yīng)的發(fā)生變化。即，本發(fā)明pH熒光化學(xué)傳感器對水溶液中氫離子(pH值)有特定的光學(xué)響應(yīng)。

其合成方法具體如下：