一种铝离子荧光探针及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种铝离子荧光探针及其制备方法和应用 (Aluminum ion fluorescent probe and preparation method and application thereof ) 是由 胡堃 王峻东 李路海 危岩 于 2020-12-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种铝离子荧光探针,分子式为C-(16)H-(12)N-2O-2S-1,同时还提供了一种铝离子荧光探针的制备方法,在加热搅拌条件下,将2-噻吩甲酰肼和2-羟基-1-萘甲醛分别溶解在乙醇中；缓慢将溶解于乙醇中的2-羟基-1-萘甲醛溶液滴加到溶解于乙醇中的2-噻吩甲酰肼溶液中,加入催化剂,冷凝回流3-3.5h；反应完成后,冷却得到淡黄色针状结晶,过滤并用乙醇清洗结晶,烘干保存得到铝离子荧光探针。本发明制得的铝离子荧光探针对铝离子选择性强,专一性好,只特异性识别检测铝离子且不受其它金属阳离子干扰,适用于多种情况下的微量铝离子检测。(The invention provides an aluminum ion fluorescent probe with a molecular formula of C 16 H 12 N 2 O 2 S 1 The preparation method of the aluminum ion fluorescent probe is also provided, and the 2-thiophene formhydrazide and the 2-hydroxy-1-naphthaldehyde are respectively dissolved in the ethanol under the condition of heating and stirring; slowly dripping the 2-hydroxy-1-naphthaldehyde solution dissolved in the ethanol into the 2-thiophenecarboxhydrazide solution dissolved in the ethanol, adding a catalyst, and carrying out condensation reflux for 3-3.5 h; and after the reaction is finished, cooling to obtain light yellow needle crystals, filtering, washing the crystals with ethanol, drying and storing to obtain the aluminum ion fluorescent probe. The aluminum ion fluorescent probe prepared by the invention has strong selectivity and good specificity to aluminum ions, only specifically identifies and detects the aluminum ions, is not interfered by other metal cations, and is suitable for multiple aluminum ionsIn this case, a trace amount of aluminum ions was detected.)
技术领域
本发明涉及一种铝离子荧光探针及其制备方法和应用，属于荧光探针检测技术领域。
背景技术
近年来，金属离子的识别逐渐成为超分子化学的一个重要分支，生产和生活的各个领域都涉及到金属离子的特异性识别和检测。铝是地球上含量最多的金属元素，在日常生活中，铝作为一种常见金属，被人们广泛使用，工业和农业都占有重要位置，但是过量的铝离子不仅会造成环境污染，同时会对人体健康和植物生长产生危害；其中，生活饮用水卫生标准规定铝的最高允许含量为0.20mg/L；摄入过量的铝对人体脑、心、肝功能和免疫功能造成损害，并诱发老年痴呆症；铝被消化系统吸收后对成骨细胞的活性产生毒性，并抑制骨的基质合成，导致尿钙排泄量的增加及人体内缺少钙；铝与转铁蛋白结合，造成血浆中铁的分布和代谢的干扰，从而出现非缺铁性贫血症。除此之外铝摄入过量还能引起肾功能降低、胃液分泌减少等多种疾病。
金属离子的检测方法经历了从传统分析方法到仪器分析方法，从单一的检测手段到多种技术相结合的发展过程。目前常用的分析检测方法包括络合滴定法、分光光度法、化学发光分析法、电化学分析法、色谱法、原子光谱法和质谱法等。其中，络合滴定法和分光光度法操作简单、设备经济，但误差较大；化学发光分析法和电化学分析法灵敏度高，线性范围宽，选择性较差；色谱法技术相对先进，常规指标健全，但仪器维护费用高，且检测时间较长；相对于上述几种分析方法，光谱分析法种类丰富，各项性能优异，常用于测定微量及痕量金属元素。目前，常用的光谱分析方法又可分为原子光谱法和分子光谱法。其中，分子光谱法包括紫外-可见分光光度法，红外光谱法，分子荧光光谱法和分子磷光光谱法等。荧光光谱法以其优异的灵敏度和响应速度快等优势，而被广泛开发利用，并逐步成为分析化学、医学、生物化学、环境化学等领域的重要检测方法。荧光探针能够与特定目标分析物发生作用，使得荧光信号发生变化，以达到检测特定目标分析物的目的，近年来受到了科学界的广泛关注，荧光探针可以应用于环境保护，细胞内荧光成像等各领域。
专利号为CN201510024203.9的专利公开了特异性识别铝离子的水溶性荧光探针的制备方法及其应用，以对甲酰基苯甲酸甲酯、二甘醇胺形成席夫碱在还原肼解，然后和2-羟基-1萘甲醛反应生成探针分子，其对铝离子有较高的选择性，实现对铝离子的高灵敏度检测。但是，该荧光探针合成过程中应用较多的有机溶剂，制备过程较为复杂。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种铝离子荧光探针及其制备方法和应用，该铝离子荧光探针未被公开过，并且合成方法简单，易于操作，反应步骤少，产率高，该铝离子荧光探针对铝离子选择性强，具有专一性，且不受其它金属阳离子干扰，灵敏度高。
本发明的技术方案如下：
本发明公开一种铝离子荧光探针，所述铝离子荧光探针的分子式为C16H12N2O2S1；所述铝离子荧光探针的结构式为：
本发明还公开一种铝离子荧光探针制备方法，具体包括以下步骤：
(1)在加热搅拌条件下，将2-噻吩甲酰肼和2-羟基-1-萘甲醛分别溶解在乙醇中；
(2)缓慢将溶解于乙醇中的2-羟基-1-萘甲醛溶液滴加到溶解于乙醇中的2-噻吩甲酰肼溶液中，加入催化剂，冷凝回流3-3.5h；
(3)反应完成后，冷却得到淡黄色针状结晶，过滤并用乙醇清洗结晶，烘干保存得到铝离子荧光探针。
进一步地，所述步骤(1)中2-噻吩甲酰肼溶解于乙醇中，2-噻吩甲酰肼与乙醇的用量比为142mg:10mL；所述2-羟基-1-萘甲醛溶解于乙醇中，2-羟基-1-萘甲醛与乙醇的用量比为172mg:10mL。
进一步地，所述催化剂为冰乙酸，催化剂的加入量与混合溶液的体积比为1:100。
相较于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明的铝离子荧光探针合成方法简单、易于操作、反应步骤少且产率高，铝离子荧光探针对于铝离子的选择性强，具有较好的专一性，而且不受其它金属阳离子的干扰，准确性好，灵敏度高，铝离子的最低检测限为1×10-6mol/l，能够满足较低的铝离子浓度下检测和定量的要求，适用于环境保护、细胞内荧光成像等领域，水相，有机相等检测环境。
附图说明
图1为本发明的铝离子荧光探针的产品示意图；
图2为本发明的铝离子荧光探针的核磁共振氢谱图；
图3为本发明的铝离子荧光探针的红外光谱图；
图4为本发明的铝离子荧光探针与不同金属离子DMSO溶液和去离子水溶液的365nm紫外光激发图片；
图5为本发明的铝离子荧光探针的DMSO溶液和去离子水溶液中加入铝离子以及干扰金属离子的365nm紫外光激发图片；
图6为本发明的铝离子荧光探针细胞相容性测试图；
图7为本发明的铝离子荧光探针制成荧光探针试纸的自然光图片与滴加铝离子溶液后的紫外光图片。
具体实施方式
下面结合附图和较佳实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
参见图1为本发明制得的铝离子荧光探针的产品示意图，所述铝离子荧光探针的分子式为C16H12N2O2S1；所述铝离子荧光探针的结构式为：
本发明还公开了一种铝离子荧光探针的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)在加热搅拌条件下，将2-噻吩甲酰肼(142mg，1mmol)和2-羟基-1-萘甲醛(172mg，1mmol)分别溶解在乙醇(10mL)中；
(2)缓慢将溶解于乙醇中的2-羟基-1-萘甲醛溶液滴加到溶解于乙醇中的2-噻吩甲酰肼溶液中，加入催化剂冰乙酸200μL，冷凝回流3-3.5h；
(3)反应完成后，冷却得到淡黄色针状结晶，过滤并用乙醇清洗结晶，烘干保存得到铝离子荧光探针。
制备铝离子荧光探针的反应公式如下：
本实施例制得的铝离子荧光探针的产率为70％。
对本发明制备的铝离子荧光探针进行结构检测，采用核磁共振仪和红外光谱仪对其进行结构表征，其核磁共振氢谱图如图2所示，红外光谱仪图如图3所示，经核磁共振氢谱图分析可知，噻吩环上氢在7-7.5位置有两个强度为1的吸收峰，在12-13处有萘环上羟基氢和仲胺基氢强吸收峰，10-11处的萘环上亚胺键上氢吸收峰，萘环上其余未取代氢在7-8处有弱吸收峰；经红外光谱图分析可知，在3100-3000cm-1处可以观察到萘环和噻吩环上的C-H伸缩振动，还有在1640-1690cm-1处可以观察到C＝N双键的吸收峰，在1100-1210cm-1处可以观察到C-O键的吸收峰，在600-700Ccm-1处可以观察到C-S键的吸收峰，综上所述，可以推断出铝离子荧光探针合成成功，铝离子荧光探针为C16H12N2O2S1，结构如上所述。
实施例2
本实施例提供了利用实施例1制备的铝离子荧光探针进行铝离子检测性能的测试：先配制浓度为2mM的荧光探针二甲基亚砜(DMSO)储备溶液和浓度为4mM的不同金属离子(Na+、Mg2+、K+、Ga2+、Zn2+、Al3+、Fe3+和Cu2+)的去离子水储备溶液；然后使用其配置1mL荧光探针浓度为20μM和不同金属离子浓度40μM的DMSO溶液、去离子水溶液，并在紫外灯下观察拍照，如图4所示，其中，图4A为DMSO、去离子水、Na+、Mg2+、K+、Ga2+、Zn2+、Al3+、Fe3+和Cu2+，从左到右依次排序的DMSO溶液在波长为365nm处的紫外光激发图片；图4B为DMSO、去离子水、Na+、Mg2+、K+、Ga2+、Zn2+、Al3+、Fe3+和Cu2+，从左到右依次排序的去离子水溶液在在波长为365nm处的紫外光激发图片；从图4中可明显观察到只有加入Al3+离子的溶液发出强烈荧光(从左到右排序第8为加入Al3+离子的溶液)，说明本发明制得的铝离子荧光探针具有Al3+离子检测能力。
通过20μM荧光探针DMSO储备溶液和40μM各种金属离子的去离子水储备溶液分别配置荧光探针(20μM)的DMSO溶液与去离子水溶液，然后全部加入40μM的Al3+离子，再加入40μM的各种金属离子作为干扰离子，并在紫外灯下观察，其中，图5A为20μM荧光探针的DMSO溶液中先加入40μM铝离子再加入40μM各种金属离子(DMSO、去离子水、Na+、Mg2+、K+、Ga2+、Zn2+、Al3+、Fe3+和Cu2+，从左到右依次排序)的365nm紫外光激发图片，图5B为20μM荧光探针的去离子水溶液中先加入40μM铝离子再加入40μM各种金属离子(DMSO、去离子水、Na+、Mg2+、K+、Ga2+、Zn2+、Al3+、Fe3+和Cu2+，从左到右依次排序)的365nm紫外光激发图片；从图中可明显观察到，荧光探针强度在其他离子存在时，并无明显变化，表明该荧光探针具有较强的抗干扰检测能力。
实施例3
本实施例为根据实施例1制备的铝离子荧光探针的细胞相容性研究；将梯度浓度(0-60μmol/L，以10μM为间隔)的荧光探针与Hela细胞共培养1天，测试细胞蛋白浓度的OD值，从图6中可知荧光探针的细胞相容性良好，存活率高于95％，因此，本发明制得的铝离子荧光探针可用于细胞内荧光成像检测铝离子浓度。
实施例4
本实施例提供了利用实施例1制备的铝离子荧光探针制备荧光探针试纸与检测；将滤纸裁切合适的长方形，然后用20μM的荧光探针DMSO溶液浸泡，烘干之后压平得到Al3+离子检测试纸，然后在上面滴加40μM各种金属离子溶液，并在紫外灯下观察，结果如图7可知，其中，图7A为20μM荧光探针试纸的自然光照片，图7B为滴加40μM铝离子溶液后的20μM荧光探针试纸的紫外光照片；从图7中可知，滴加40μM铝离子溶液后的20μM荧光探针试纸在波长为365nm处的紫外光照射下发生荧光，因此，该荧光探针能够用于制备铝离子检测试纸。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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