一种次氯酸根荧光探针及其制备方法和应用、次氯酸根的检测方法
阅读说明：本技术 一种次氯酸根荧光探针及其制备方法和应用、次氯酸根的检测方法 (Hypochlorite fluorescent probe, preparation method and application thereof, and hypochlorite detection method ) 是由 杜宇婷 王宏亮 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种次氯酸根荧光探针及其制备方法和应用、次氯酸根的检测方法,涉及生物化学材料技术领域。本发明提供的次氯酸根荧光探针对次氯酸根离子的灵敏度高、选择性好、响应速度快,检测结果准确。与现有的次氯酸荧光探针相比,本发明提供的次氯酸根荧光探针制备方法简单,检测试剂廉价,检测过程简便、快速,适宜推广应用。(The invention provides a hypochlorite fluorescent probe, a preparation method and application thereof, and a hypochlorite detection method, and relates to the technical field of biochemical materials. The hypochlorite fluorescent probe provided by the invention has the advantages of high sensitivity, good selectivity, high response speed and accurate detection result on hypochlorite ions. Compared with the existing hypochlorous acid fluorescent probe, the hypochlorite fluorescent probe provided by the invention is simple in preparation method, low in detection reagent cost, simple and rapid in detection process, and suitable for popularization and application.)
技术领域
本发明涉及生物化学材料技术领域，具体涉及一种次氯酸根荧光探针及其制备方法和应用、次氯酸根的检测方法。
背景技术
在生物学上，活性氧(ROS)与生物体的疾病有关。作为一种活性氧物质，次氯酸根(ClO-)在生物体内起着非常重要的作用。次氯酸根是由髓过氧化物酶(MPO)催化氧化反应氯离子(Cl-)和过氧化氢(H2O2)而产生的活性氧。研究表明，体内正常含量的次氯酸根可维持基本的生命活动，同时在免疫系统中起到防御疾病的作用。然而，异常浓度的次氯酸根(≥1000mg/L)则会引起体内生物分子氧化，进而导致各种生理疾病，包括关节炎、动脉粥样硬化、肝硬化和癌症。因此，发展一种可靠、有效的次氯酸根检测和成像的方法具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种次氯酸根荧光探针及其制备方法和应用，本发明提供的次氯酸根荧光探针对次氯酸根离子的灵敏度高、选择性好、响应速度快，检测结果准确。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种次氯酸根荧光探针，具有式I所示结构：
本发明提供了上述技术方案所述次氯酸根荧光探针的制备方法，包括以下步骤：
将4-吡啶乙腈和2-溴乙醇混合，进行亲核取代反应，得到具有式II所示结构的化合物；
将所述具有式II所示结构的化合物与9-蒽甲醛、碱催化剂混合，进行克脑文盖尔缩合反应，得到具有式I所示结构的次氯酸根荧光探针；
优选地，所述4-吡啶乙腈和2-溴乙醇的摩尔比为1:1～3。
优选地，所述亲核取代反应的温度为70～75℃；所述亲核取代反应的时间为6～8h。
优选地，所述具有式II所示结构的化合物和9-蒽甲醛的摩尔比为1:1～2。
优选地，所述克脑文盖尔缩合反应的温度在70℃以下；所述克脑文盖尔缩合反应的时间为5～6h。
本发明提供了上述技术方案所述次氯酸根荧光探针或上述技术方案所述制备方法制备得到的次氯酸根荧光探针在检测次氯酸根中的应用。
本发明提供了一种次氯酸根的检测方法，包括以下步骤：
将上述技术方案所述次氯酸根荧光探针或上述技术方案所述制备方法制备得到的次氯酸根荧光探针和待测样品混合，进行荧光检测。
优选地，所述次氯酸根荧光探针和待测样品混合的方法包括：将所述次氯酸根荧光探针溶于二甲基亚砜中，得到荧光探针储备液；将所述荧光探针储备液和乙腈/PBS缓冲溶液体系混合，得到荧光探针检测液；在所述荧光探针检测液中加入待测样品。
优选地，所述荧光检测包括荧光定性检测和荧光定量检测。
本发明提供了一种次氯酸根荧光探针，本发明提供的次氯酸根荧光探针对次氯酸根离子的灵敏度高，其检测限为0.19μm；选择性好，对次氯酸根离子专一响应而对其他离子和生物硫醇不响应；响应速度快，时间仅为2min。
本发明采用的次氯酸根荧光探针制备方法简单，检测试剂廉价，检测过程简便、快速，适宜推广应用。
附图说明
图1为本发明制备次氯酸根荧光探针的工艺流程图；
图2为次氯酸根荧光探针加入次氯酸根的紫外变化图；
图3为次氯酸根荧光探针加入次氯酸根的荧光变化图；
图4为次氯酸根荧光探针加入次氯酸根的滴定荧光变化图；
图5为次氯酸根荧光探针在不同pH值下的荧光变化图；
图6为次氯酸根荧光探针对不同离子和生物硫醇的选择性对比图；
图7为次氯酸根荧光探针对次氯酸根的响应时间图。
具体实施方式
本发明提供了一种次氯酸根荧光探针，具有式I所示结构：
本发明还提供了上述技术方案所述次氯酸根荧光探针的制备方法，包括以下步骤：
将4-吡啶乙腈和2-溴乙醇混合，进行亲核取代反应，得到具有式II所示结构的化合物；
将所述具有式II所示结构的化合物与9-蒽甲醛、碱催化剂混合，进行克脑文盖尔缩合反应，得到具有式I所示结构的次氯酸根荧光探针；
本发明将4-吡啶乙腈和2-溴乙醇混合，进行亲核取代反应，得到具有式II所示结构的化合物。在本发明中，所述4-吡啶乙腈和2-溴乙醇的摩尔比优选为1:1～3。
在本发明中，所述亲核取代反应优选在回流条件下进行，所述亲核取代反应的温度优选为70～75℃；所述亲核取代反应的时间优选为6～8h，更优选为6h。本发明优选采用TLC跟踪反应至反应完成；所述TLC跟踪采用的展开剂优选为乙酸乙酯和石油醚的混合溶剂；所述乙酸乙酯和石油醚的混合溶剂的体积比优选为1:1。
本发明在所述亲核取代反应后，优选将所得取代反应体系溶于无水乙醇中，进行超声处理，然后依次进行固液分离、洗涤和干燥，得到具有式II所示结构的化合物。本发明利用超声处理震碎取代反应体系的固体。在本发明中，所述固液分离的方法优选为过滤。在本发明中，所述洗涤的方法优选包括：将固液分离所得固体用无水乙醇清洗3～4次。
在本发明中，所述具有式II所示结构的化合物为4-吡啶乙腈乙醇的溴化氢盐酸盐，颜色为粉红色。在本发明的具体实施例中，所述具有式II所示结构的化合物的产率为90.8％。
得到具有式II所示结构的化合物后，本发明将所述具有式II所示结构的化合物与9-蒽甲醛、碱催化剂混合，进行克脑文盖尔缩合反应，得到具有式I所示结构的次氯酸根荧光探针。在本发明中，所述具有式II所示结构的化合物和9-蒽甲醛的摩尔比优选为1:1～2。在本发明中，所述具有式II所示结构的化合物优选先溶于无水乙醇中，再与9-蒽甲醛、碱催化剂混合。在本发明中，所述无水乙醇的质量优选为具有式II所示结构的化合物和9-蒽甲醛总质量的5～10倍。
在本发明中，所述碱催化剂优选包括六氢吡啶、氢氧化钠、三乙胺、吡啶、乙醇钠或叔丁醇钠，更优选为六氢吡啶。在本发明中，所述碱催化剂的加入量优选为2～3滴。
在本发明中，所述克脑文盖尔缩合反应的温度优选在70℃以下，更优选为65℃；所述克脑文盖尔缩合反应的时间优选为5～6h，更优选为5h。本发明优选采用TLC跟踪反应至反应完成；所述TLC跟踪采用的展开剂优选为乙酸乙酯和石油醚的混合溶剂；所述乙酸乙酯和石油醚的混合溶剂的体积比优选为1:1。
本发明优选在所述克脑文盖尔缩合反应后，去除所得缩合反应体系中的溶剂，然后将固体产物溶于无水乙醇中，柱层析分离得到具有式I所示结构的次氯酸根荧光探针。在本发明中，去除所得缩合反应体系中的溶剂的方法优选为旋转蒸发仪蒸干。在本发明的具体实施例中，所述具有式I所示结构的次氯酸根荧光探针为深红色固体，产率为70.7％。
本发明还提供了上述技术方案所述次氯酸根荧光探针或上述技术方案所述制备方法制备得到的次氯酸根荧光探针在检测次氯酸根中的应用。
本发明还提供了一种次氯酸根的检测方法，包括以下步骤：
将上述技术方案所述次氯酸根荧光探针或上述技术方案所述制备方法制备得到的次氯酸根荧光探针和待测样品混合，进行荧光检测。
在本发明中，所述次氯酸根荧光探针和待测样品混合的方法优选包括：将所述次氯酸根荧光探针溶于二甲基亚砜中，得到荧光探针储备液；将所述荧光探针储备液和乙腈/PBS缓冲溶液体系混合，得到荧光探针检测液；在所述荧光探针检测液中加入待测样品。
在本发明中，所述二甲基亚砜的纯度优选为光谱纯。在本发明中，所述荧光探针储备液的浓度优选为10～15mmol/L，更优选为10mmol/L。
在本发明中，所述乙腈/PBS缓冲溶液体系的pH值优选为7～7.4，更优选为7.4。在本发明中，所述乙腈/PBS缓冲溶液体系的制备方法优选包括：将乙腈和PBS缓冲溶液混合，得到乙腈/PBS缓冲溶液体系。在本发明中，所述PBS缓冲溶液的溶质优选包括NaCl、KCl、Na2HPO4·12H2O和KH2PO4；所述NaCl、KCl、Na2HPO4·12H2O和KH2PO4的质量比优选为16.0129：0.4026：5.8018：0.4082；所述PBS缓冲溶液的溶剂优选为水。在本发明的具体实施例中，优选采用氢氧化钠溶液或盐酸溶液调节PBS缓冲溶液的pH值为7～7.4。
在本发明中，所述乙腈和PBS缓冲溶液的体积比优选为1:1。
在本发明中，当采用紫外检测时，所述荧光探针检测液中荧光探针的浓度优选为50μmol/L(高浓度荧光探针检测液)；当采用荧光检测时，所述荧光探针检测液中荧光探针的浓度优选为5～10μmol/L，更优选为5μmol/L(低浓度荧光探针检测液)。
在本发明中，所述待测样品中次氯酸根的浓度优选为50～750μmol/L，更优选为100～300μmol/L。
在本发明中，所述荧光检测优选包括荧光定性检测和荧光定量检测。
在本发明中，所述荧光定性检测的方法优选包括：
在高浓度荧光探针检测液中加入含次氯酸根的溶液，进行紫外检测，确定荧光探针的最大激发波长；所述高浓度荧光探针检测液中荧光探针的浓度优选为50μmol/L；
将低浓度荧光探针检测液进行荧光扫描，得到荧光探针的荧光光谱以及荧光探针的最大发射波长；所述低浓度荧光探针检测液中荧光探针的浓度优选为5～10μmol/L，更优选为5μmol/L；
在所述低浓度荧光探针检测液中加入待测样品，在上述最大激发波长下再次进行荧光扫描，得到样品的荧光光谱；
将所述样品的荧光光谱与所述荧光探针的荧光光谱进行比较，若最大发射波长处的荧光强度减弱，则说明待测样品中含有次氯酸根；若最大发射波长处的荧光强度没有变化，则说明待样品中不含次氯酸根。
在本发明中，所述次氯酸钠溶液的浓度优选为100mmol/L。
在本发明中，所述荧光扫描的参数优选包括：激发狭缝为5.0nm，发射狭缝为5.0nm。
在本发明的具体实施例中，所述荧光探针的最大激发波长为460nm；所述荧光探针的最大发射波长为608nm。
在本发明中，所述荧光定量检测的方法优选包括：
在所述高浓度荧光探针检测液中加入含次氯酸根的溶液，进行紫外检测，确定荧光探针的最大激发波长；
将所述低浓度荧光探针检测液进行荧光扫描，得到荧光探针的荧光光谱以及荧光探针的最大发射波长；
在所述低浓度荧光探针检测液中加入不同量的次氯酸根，得到次氯酸根浓度呈梯度分布的标准溶液；
在上述最大激发波长下，对所述标准溶液进行荧光扫描，得到次氯酸根浓度与最大发射波长处的荧光强度的标准曲线；
在所述低浓度荧光探针检测液中加入待测样品，在上述最大激发波长下再次进行荧光扫描，得到最大发射波长处待测样品的荧光强度；
根据标准曲线，利用待测样品的荧光强度计算待测样品中次氯酸根的浓度。
在本发明中，所述荧光扫描的参数优选与前文所述荧光定性检测中的参数一致，这里不再赘述。
在本发明的具体实施例中，所述次氯酸根浓度与最大发射波长处的荧光强度的标准曲线为：F＝-13.3C+5398，R2＝0.9945；其中C表示次氯酸根的浓度，单位为10-6mol/L，F表示荧光强度。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
采用如图1所示的方法制备次氯酸根荧光探针：
将0.0025mol 4-吡啶乙腈和0.0025mol 2-溴乙醇混合，在70℃反应6h，TLC跟踪反应(展开剂中乙酸乙酯和石油醚的体积比为1:1)，待反应完成后，加无水乙醇溶解，用超声震碎固体，抽滤，滤饼用无水乙醇清洗3～4次，干燥，得到粉红色固体0.43g，产率为90.8％；所得粉红色固体具有式II所示结构；
将0.43g所述具有式II所示结构的化合物置于单口圆底烧瓶中，溶解于无水乙醇中，加入0.53g 9-蒽甲醛和2～3滴六氢吡啶，加热，控制温度为65℃，反应5h，TLC跟踪反应(展开剂中乙酸乙酯和石油醚的体积比为1:1)，反应结束后，旋干，加入无水乙醇溶解，柱层析分离得到次氯酸根荧光探针，为深红色固体，产率为70.7％。
本实施例制备的次氯酸根荧光探针的核磁共振氢谱结果为：
1HNMR(600MHz，DMSO-d6)δ8.51(s，2H)，8.08(s，2H)，7.49(s，5H)，7.18–6.86(m，4H)，6.32(d，J＝7.7Hz，2H)，5.56(s，2H)，5.30(s，1H)，4.92(s，2H).
本实施例制备的次氯酸根荧光探针具有式I所示结构：
应用例1
次氯酸根荧光探针加入次氯酸根的紫外变化。
将实施例1制备的次氯酸根荧光探针溶于二甲基亚砜中，得到浓度为10mmol/L的荧光探针储备液；
将NaCl、KCl、Na2HPO4·12H2O和KH2PO4按照16.0129：0.4026：5.8018：0.4082的质量比溶于水中，采用稀盐酸调节pH值为7.4，得到PBS缓冲溶液；
将乙腈和所述PBS缓冲溶液按照1:1的体积比混合，得到乙腈/PBS缓冲溶液体系；
在3mL所述乙腈/PBS缓冲溶液体系中加入15μL所述荧光探针储备液，得到高浓度荧光探针检测液；所述高浓度荧光探针检测液中荧光探针的浓度为50μmol/L；
对所述高浓度荧光探针检测液进行紫外检测，得到荧光探针的紫外吸收光谱曲线，如图2所示；
在所述高浓度荧光探针检测液中加入9μL浓度为100mmol/L的次氯酸钠溶液，所得溶液中次氯酸根的浓度为300μmol/L，在相同实验条件下再次进行紫外检测，得到样品的紫外吸收光谱曲线，如图2所示。
由图2可以看出，随着次氯酸钠溶液的加入，溶液的紫外吸收光谱曲线有所变化，说明次氯酸根荧光探针确实与次氯酸根发生了反应。而且由图2可以看出，次氯酸根荧光探针的最大激发波长为460nm。
应用例2
次氯酸根荧光探针加入次氯酸根的荧光变化。
按照应用例1的方法制备浓度为10mmol/L的荧光探针储备液和乙腈/PBS缓冲溶液体系；
在3mL所述乙腈/PBS缓冲溶液体系中加入1.5μL所述荧光探针储备液，得到低浓度荧光探针检测液；所述低浓度荧光探针检测液中荧光探针的浓度为5μmol/L；
对所述低浓度荧光探针检测液进行荧光扫描，得到荧光探针的荧光光谱以及次氯酸根荧光探针的最大发射波长；所得荧光探针的荧光光谱如图3所示，最大发射波长为608nm；所述荧光扫描的参数为：激发狭缝为5.0nm，发射狭缝为5.0nm，最大激发波长为460nm；
在所述低浓度荧光探针检测液中加入不同体积的浓度为100mmol/L的次氯酸钠溶液，所得溶液中次氯酸根的浓度为50μmol/L、100μmol/L、150μmol/L、200μmol/L、250μmol/L、350μmol/L、550μmol/L、750μmol/L，在最大激发波长下再次进行荧光扫描，得到各样品的荧光光谱，如图3所示。
由图3可以看出，随着次氯酸钠溶液的加入，608nm处的荧光逐渐蓝移，并且荧光强度逐渐减弱，说明本发明的次氯酸根荧光探针对次氯酸根的响应是淬灭型的。
应用例3
次氯酸根荧光探针加入次氯酸根的滴定荧光变化。
按照应用例2的方法制备低浓度荧光探针检测液；
对所述低浓度荧光探针检测液进行荧光扫描，得到荧光探针的荧光光谱以及荧光探针的最大发射波长，最大发射波长为608nm；所述荧光扫描的参数为：激发狭缝为5.0nm，发射狭缝为5.0nm，最大激发波长为460nm；
在所述低浓度荧光探针检测液中加入不同量的次氯酸根，得到次氯酸根浓度呈梯度分布的标准溶液；
在上述最大激发波长下，对所述标准溶液进行荧光扫描，得到次氯酸根浓度与最大发射波长处的荧光强度的标准曲线，如图4所示，为F＝-13.3C+5398，R2＝0.9945；其中C表示次氯酸根的浓度，单位为10-6mol/L，F表示荧光强度。
由图4可以看出，随着不同浓度次氯酸根的加入，次氯酸根荧光探针的荧光强度与次氯酸根的浓度有很好的线性关系，根据IUPAC(CDL＝3sd/slope)规则，计算得到次氯酸根荧光探针对次氯酸根的检测限为0.19μmol/L，灵敏度高。结果表明，运用光谱分析方法，本发明的次氯酸根荧光探针对次氯酸根的检测限浓度能够达到10-7mol/L级别。
应用例4
次氯酸根荧光探针在不同pH值下的荧光变化。
按照应用例2的方法制备低浓度荧光探针检测液；
对所述低浓度荧光探针检测液在不同pH值条件下进行荧光扫描，对荧光强度的变化进行测试，如图5所示；在所述低浓度荧光探针检测液中加入9μL浓度为100mmol/L的次氯酸钠溶液，所得溶液中次氯酸根的浓度为300μmol/L，在不同pH值条件下再次进行荧光扫描，所得结果如图5所示。其中图5的纵坐标为608nm处的荧光强度。所述荧光扫描的参数为：激发狭缝为5.0nm，发射狭缝为5.0nm，最大激发波长为460nm。
由图5可以看出，本发明制备的次氯酸根荧光探针在不同pH值下相对比较稳定；随着次氯酸根的加入，次氯酸根荧光探针在不同pH值条件下荧光强度不断降低，同时在pH＝7响应最好，说明本发明制备的次氯酸根荧光探针能够在生理条件下对次氯酸根进行响应。
应用例5
次氯酸根荧光探针对不同离子和生物硫醇的选择性。
按照应用例2的方法制备低浓度荧光探针检测液；
将不同干扰离子和生物硫醇用二蒸水制备成浓度为100mmol/L的干扰溶液；
在所述低浓度荧光探针检测液中加入不同的干扰溶液，将所得混合溶液孵育5min后，进行荧光扫描，得到608nm处的荧光强度，如图6所示。其中图6中a为应用例1中制备的乙腈/PBS缓冲溶液体系；b为ClO-(100μM)；c为Cl-(100μM)；d为ClO3 -(100μM)；e为ClO4 -(100μM)；f为F-(100μM)；g为H2PO4 -(100μM)；h为HPO3 2-(100μM)；i为I-(100μM)；j为NO2 -(100μM)；k为NO3 -((100μM))；l为S2O3 2-(100μM；m为SO4 2-(100μM)；n为Cys(中文名称为半胱氨酸)(10μM)；o为Hcy(中文名称为同型半胱氨酸谷胱甘肽)(100μM)；p为GSH(中文名称为)(100μM)。
所述荧光扫描的参数为：激发狭缝为5.0nm，发射狭缝为5.0nm，最大激发波长为460nm。
以“b为ClO-(100μM)”为例，指的是混合溶液中ClO-的浓度为100μM，其余样品的含义相同，不再一一赘述。
由图6可以看出，只有次氯酸根离子使得荧光探针的荧光强度减弱，而其他的干扰物质却使得荧光探针的荧光强度没有变化。说明本发明制备的次氯酸根荧光探针对次氯酸根有专一的响应，不会被其他物质干扰。
应用例6
次氯酸根荧光探针对次氯酸根的响应时间。
按照应用例2的方法制备低浓度荧光探针检测液；
在所述低浓度荧光探针检测液中加入9μL浓度为100mmol/L的次氯酸钠溶液，所得溶液中次氯酸根的浓度为300μmol/L，进行荧光扫描，随着次氯酸钠的加入，探针的荧光强度不断降低，同时在2min之内响应完全，如图7所示。所述荧光扫描的参数为：激发狭缝为5.0nm，发射狭缝为5.0nm，最大激发波长为460nm。
由图7可以看出，本发明制备的次氯酸根荧光探针对次氯酸根的响应时间是2min，说明本发明制备的次氯酸根荧光探针对次氯酸根的响应速度快。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。