PDF《基于 BODIPY 荧光染料的 pH 荧光探针》

第40 卷第

6 期2018 年11 月 湖北大学学报(自然科学版) Journal of Hubei University(Natural Science) Vol.

40 No.

6 Nov?2018 收稿日期:2017

12 10 基金项目:国家自然科学基金项目(21702053?21676075)和湖北省教育厅项目(Q20171013)资助 作者简介:袁少华(1992 )?男?硕士生?陈祖兴?通信作者?教授?E~mail:chzux@ hubu. edu. cn 文章编号:1000 2375(2018)06

0551 06 基于 BODIPY 荧光染料的 pH 荧光探针 袁少华?赵诺男?王飞翼?杨桂春?任君?陈祖兴 (有机功能分子合成与应用教育部重点实验室?有机化工新材料湖北省协同创新中心?湖北大学?湖北 武汉 430062) 摘要:生物系统、化学反应、环境体系和工业废水等 pH 值的精密检测是一项非常重要的工作. 发展一些能够对 pH 值进行精确测量的方法将具有非常重要的意义. 荧光分子探针以其所具有的便捷性、超高灵敏度、微量检测和较低的生 物侵害性等优势成为一种重要的检测工具. 本研究以吲哚衍生物和苯甲酰吡咯氯为原料?通过缩合反应和脱甲基反应得 到HO~BODIPY~Cl?然后引入供电子基团吗啡啉?得到新型比值式检测 pH 的荧光探针 HO~BODIPY~N?该探针能够在纯水 体系中对 9.

06 11.

76 范围内的 pH 值进行精确检测?并成功实现了裸眼观测探针溶液颜色随 pH 值变化的可逆切换 (红/ 蓝)?证明了该探针在检测 pH 时具有较高的便捷性和较强的可重复利用性. 我们期望该工作能够对 pH 相关的研究 工作提供一些参考. 关键词:荧光探针?BODIPY?pH 值?比值式?高灵敏性 中图分类号:O621.

1 文献标志码:A DOI:10.3969 / j.issn.1000~2375.2018.06.001 BODIPY~based fluorescent probe for pH value detection YUAN Shaohua? ZHAO Nuonan? WANG Feiyi? YANG Guichun? REN Jun? CHEN Zuxing (Ministry of Education Key Laboratory for the Synthesis and Application of Organic Functional Molecules &

Hubei Collaborative Innovation Center for Advanced Organic Chemical Materials? Hubei University? Wuhan 430062? China) Abstract:The accurate detection of pH value in living systems? chemical reactions? environment? industry wastewater? etc. is an important work. Developing new methods to solve this problem attracts great interest. Fluorescent probes have been recognized as a promising tool for its excellent characteristics such as great convenience? ultra sensitivity? micro determination and good biocompatibility. In this work? we designed and synthesized a novel BODIPY~based fluorescent probe (HO~BODIPY~N) for the detection of pH value in ratiometric mode? the probe can accurately detect the pH value in the range of 9. 06―1.

76 in aqueous solution. Moreover? we successfully observed the red~blue optical switch depending on the pH value? which showed its remarkable convenience and reusability in the accurate detection of pH value. We hope our work will provide some references for related researches. Key words: fluorescent probe? BODIPY? pH value? ratiometric? ultra sensitivity

0 引言 pH 值是一项重要的技术参数?在生物细胞内与多种生理和病理过程息息相关[1~2] ?在化学反应过程 中影响着反应的顺利进行[3] ?在环境体系里影响着我们的日常生活[4] . 因此?精密测量客体研究对象的 pH 值具有非常重要的意义. 目前对 pH 值的精确测量仍然主要是采用玻璃电极的方法?尽管这种方法可以满足大部分的日常

552 湖北大学学报(自然科学版) 第40 卷 生活和基本科研需求?但是由于存在机械损伤、电化学干扰、不适于活体监测 pH、不利于极端 pH 的测量 等缺陷[1?5] ?使其使用范围受到一定的局限性. 因而?发展一种生物兼容性好、抗干扰能力强的 pH 检测 新方法将具有非常重要的意义. 荧光法是近年来发展较为迅速的检测方法之一?其具有检测便捷、灵敏度高、微量监测和较低的生 物侵害性等优点[6~13] ?这些优势使得其成为理想的监测客体信号的重要手段之一. 然而?荧光分子探针 也会存在一些不足的地方:例如?基于有机化合物的荧光染料探针分子大多数在水中表现出较差的水溶 性?这极大地限制了它们在生物方面的应用[14] ?另一方面?由于生物体自发光现象的存在?发射波长较 短?在非近红外区发光的荧光探针分子?在检测时也会受到相应自发光信号的干扰[15] ?再次?基于荧光 Turn~on 形式的荧光分子探针由于其检测的是单通道荧光信号强弱的变化?在检测时很容易受到分子浓 度、溶剂环境以及仪器设备等外界因素的影响而导致检测准确性不高[16] ?而发展双通道比值式检测客 体物质的荧光探针?由于其双通道比值式变化等特性?使得其具有较好的自校功能?可以很好的提高抗 干扰能力[17] . 基于以上考量?我们尝试发展一种能够在纯水体系中对 pH 进行精确检测的近红外比值式 荧光探针?期望该探针可以克服上述缺陷?实现对客体 pH 值的精确测量. BODIPY 类荧光染料是一种荧光量子产率较高、光化学与光物理稳定性较好、摩尔消光系数较高、 半峰宽较窄、结构易于修饰和发射波长可调节到近红外区等优点[18] . 本文中我们通过吲哚衍生物和苯 甲酰吡咯氯进行脱水缩合?再加入三溴化硼在低温条件下脱甲基?最后通过三氟化硼进行配位反应得到 图1荧光探针 HO~BODIPY~N BODIPY 荧光染料母体 HO~BODIPY~ Cl?然后以此为基础通过亲电取代反 应引入吗啡啉来调节光学性质?得到 水溶性较好的荧光探针 HO~BODIPY~ N?由于 HO~BODIPY~N 的羟基可以 很好地发生质子化/ 去质子化作用[19] ? 实现HO~BODIPY~N 与-O~ BODIPY~N 之间的转换?因而可以利 用此效应实现对 pH 值的精确检测 (如图