專(zhuān)利名稱(chēng)：鎘離子探針及其合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熒光法測(cè)定鎘離子中使用的鎘離子檢測(cè)試劑及其合成方法，尤其涉及一種鎘離子探針及其合成方法。
背景技術(shù)：
鎘(Cadmium)是一種重金屬元素，對(duì)于生殖、骨骼、腎臟以及神經(jīng)系統(tǒng)都有不同程 度的毒性。鎘廣泛應(yīng)用于如電鍍、冶金、軍工等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，甚至也存在磷肥中，這些因素 以及鎘鎳電池的廣泛應(yīng)用導(dǎo)致鎘大量分散在環(huán)境中，近年來(lái)環(huán)境中鎘含量有明顯增加。鎘 且可通過(guò)食物鏈富集于人體中，危害人體的健康。上世紀(jì)40到60年代，因土壤、水源嚴(yán)重 鎘污染，污染土壤所產(chǎn)稻米含鎘量超過(guò)1毫克/千克，日本發(fā)生的“骨痛病”。據(jù)不完全統(tǒng) 計(jì)，我國(guó)鎘污染耕地面積超過(guò)1. 33萬(wàn)公頃，有11處灌區(qū)土壤鎘含量達(dá)到了生產(chǎn)“鎘米”(大 米中鎘含量超過(guò)1毫克/千克)的程度，稻田土壤含鎘達(dá)到5至7毫克/千克，其中包括上 海川沙灌區(qū)。因此，面對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和食品安全問(wèn)題，有效監(jiān)測(cè)鎘離子對(duì)于生物化 學(xué)、環(huán)境化學(xué)以及醫(yī)學(xué)都有著重大的意義。迄今為止人們已經(jīng)發(fā)明了多種檢測(cè)辦法，如原子 吸收光譜、原子發(fā)射譜等。然而這些方法可能面臨樣品需要預(yù)處理、檢測(cè)不夠快速、檢測(cè)價(jià) 格昂貴、重現(xiàn)率低等缺點(diǎn)。因而急需發(fā)展一些新方法來(lái)探測(cè)各種環(huán)境樣品、工業(yè)廢水、食品 以及生物組織中的鎘含量。應(yīng)用熒光探針監(jiān)測(cè)環(huán)境中的鎘的含量，具有方法簡(jiǎn)單、樣品無(wú)需 復(fù)雜的預(yù)處理、現(xiàn)象直觀、靈敏度高、選擇性好以及反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，而受到普遍重視。目前，有關(guān)鎘離子探針的報(bào)道很少，除了不適宜生理pH值范圍內(nèi)使用和敏感性較 差外，關(guān)鍵問(wèn)題在于很難區(qū)別于鎘離子性質(zhì)相近的鋅離子。與其同族的鋅離子探針研究相 比，鎘離子探針還有很多問(wèn)題需要解決，比如水溶性差、敏感度不好、缺少對(duì)Cd2+高選擇性 的受體。這些問(wèn)題都大大影響Cd2+熒光探針的開(kāi)發(fā)以及基于探針的生理與毒理研究。設(shè)計(jì)并合成新的性能優(yōu)越的高靈敏度、高選擇性的鎘離子熒光探針變得十分有意 義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種水溶性好、高靈敏度、高選擇性的鎘離子 探針，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足。為了解決解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案—種鎘離子探針，其特征在于具有如下結(jié)構(gòu)<formula>formula see original document page 4</formula>
為了合成出上述鎘離子探針，本發(fā)明所要解決的第二個(gè)問(wèn)題是提供 上述鎘離子探 針的合成方法，該方法如下在室溫條件下，將取氟硼二吡咯熒光染料和4-N，N-二乙酰胺醇苯甲醛溶解在甲 苯和N，N- 二甲基甲酰胺的混合溶液中，然后加入哌啶和冰醋酸做催化劑，加熱回流，點(diǎn)板 跟蹤至原料反應(yīng)完全后，減壓蒸發(fā)溶劑后，柱層析，減壓蒸餾除去溶劑后，得到紅棕色產(chǎn)物。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明采用的銅離子探針采用氟硼二吡咯熒光染料和4-N， N-二乙酰胺醇苯甲醛合成而成，由于4-N，N-二乙酰胺醇苯甲醛具有良好的水溶性，因此該 鎘離子探針在水溶液中對(duì)Cd2+表現(xiàn)出高度的選擇性和敏感度。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明圖1為FXC鎘離子探針的合成設(shè)計(jì)示意圖；圖2為FXC鎘離子探針在不同的金屬離子溶液中的熒光變化表現(xiàn)示意圖；圖3為FXC鎘離子探針在不同的金屬離子溶液中的熒光變化的統(tǒng)計(jì)圖表。圖4為FXC鎘離子探針對(duì)細(xì)胞中鎘離子檢測(cè)的熒光顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種鎘離子探針，其結(jié)構(gòu)如下 <formula>formula see original document page 4</formula>如圖1所示，上式所述鎘離子探針是通過(guò)氟硼二吡咯熒光染料和4-N，N-二乙酰 胺醇苯甲醛合成而成，因此該鎘離子探針命名為“氟硼吡咯_酰胺醇類(lèi)鎘離子探針”(簡(jiǎn)稱(chēng) “FXC鎘離子探針”)。由于4-N，N-二乙酰胺醇苯甲醛具有良好的水溶性，因此該鎘離子探 針在水溶液中對(duì)Cd2+表現(xiàn)出高度的選擇性和敏感度。為了合成上述鎘離子探針，本發(fā)明采用如下方法進(jìn)行合成
1、儀器紅外光譜儀、核磁共振儀、質(zhì)譜儀、紫外光譜儀、熒光光譜儀、熔點(diǎn)儀、標(biāo)準(zhǔn) 型pH計(jì)、HPLC-MS串聯(lián)質(zhì)譜儀、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、熒光分光光度計(jì)、紫外燈、磁力控溫?cái)?拌器、冷凝管、燒瓶等。2、試劑氟硼二吡咯熒光染料、4-N，N-二乙酰胺醇苯甲醛、甲苯、N，N-二甲基甲酰 胺、哌啶、冰醋酸、ZnCl2, Cd(NO3)2 · 4H20，CuCl2 · 2H20，HgCl2, AgNO3, Pb (NO3)2 (以上均為分 析純)、柱色譜硅膠(200 300目)，等。3、合成過(guò)程在室溫條件下，分別稱(chēng)取氟硼二吡咯熒光染料(0. 130g,0. 37mmol)和4-N，N-二乙酰胺醇苯甲醛(0. 260g,0. 48mmol)溶解在30毫升的甲苯和30毫升的N， N- 二甲基甲酰胺的混合溶液中，加入0. Iml哌啶和0. Iml冰醋酸做催化劑，加熱回流，點(diǎn)板 跟蹤至原料反應(yīng)完全后，減壓蒸發(fā)溶劑后，柱層析(CH2C12/CH30H，100 l，v/v)，減壓蒸餾 除去溶劑后，得到紅棕色的產(chǎn)物(產(chǎn)率35%，熔點(diǎn)168-169. 5°C )。合成后，對(duì)化合物進(jìn)行測(cè)試其結(jié)構(gòu)表征，經(jīng)試驗(yàn)人員根據(jù)FXC鎘離子探針1H NMR譜 圖、13CNMR譜圖、HRMS譜圖與前文提及的鎘離子探針結(jié)構(gòu)進(jìn)行比對(duì)，確定圖譜與鎘離子探針 的結(jié)構(gòu)基本吻合。為了說(shuō)明本發(fā)明所得到的鎘離子探針具有高度的選擇性和敏感度，對(duì)其進(jìn)行性能 檢測(cè)。理想的金屬離子探針應(yīng)具有以下性質(zhì)穩(wěn)定性高、激發(fā)波長(zhǎng)在可見(jiàn)光區(qū)(波長(zhǎng)大 于400nm)、對(duì)金屬離子具有很好的選擇性和靈敏度、響應(yīng)快、對(duì)細(xì)胞pH環(huán)境不敏感、具有恰 當(dāng)?shù)闹苄院退苄?、?duì)細(xì)胞毒害作用小等。以下關(guān)于本發(fā)明合成的FXC鎘離子探針性能 檢測(cè)均在24°C測(cè)試。FXC鎘離子探針的選擇性分析在pH = 7. 2的HEPES緩沖溶液中，配制濃度為1. 0 X 10_5mol/LFXC鎘離子探針溶 液，然后分別加入 5. 0Xl(T5mol/L 的 FeCl3、CrCl3、HgCl2、ZnCl2、NiCl2、CdCl2、CuCl2、CoCl2、 Pb (NO3)2、AgN03，測(cè)定熒光光譜的變化(見(jiàn)圖2和圖3)。發(fā)現(xiàn)當(dāng)分別加入相同當(dāng)量的各種金 屬離子時(shí)，鎘離子較明顯地增強(qiáng)探針的熒光，其它重金屬離子對(duì)探針的熒光強(qiáng)度有微弱的 影響。從圖3右的黑色柱上可以看出，相對(duì)與其他金屬離子，Cd2+對(duì)FXC鎘離子探針的熒光 強(qiáng)度有更為顯著的影響。當(dāng)Cd2+與其他各種離子共存時(shí)，F(xiàn)XC鎘離子探針仍顯現(xiàn)出明顯的 熒光增強(qiáng)，說(shuō)明其他離子對(duì)FXC鎘離子探針識(shí)別鎘離子的識(shí)別行為沒(méi)有影響?？梢?jiàn)FXC鎘 離子探針對(duì)Hg2+，Pb2+，Ag2+，Zn2+，Pt2+，Cu2+，Co2+，Ni2+等離子不敏感，只對(duì)Cd2+表現(xiàn)出極好的 選擇性熒光增強(qiáng)識(shí)別。另實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)了 FXC鎘離子探針在混合溶劑中對(duì)鎘離子的識(shí)別有較 好的選擇性圖2說(shuō)明為FXC鎘離子探針在不同的金屬離子溶液中的熒光變化，熒光變亮的是 加入鎘離子后的變化(圖2左a)，加入其他的金屬離子熒光沒(méi)有明顯變化(圖2左b)。FXC鎘離子探針的靈敏度分析隨著鎘離子的加入，F(xiàn)XC鎘離子探針在563nm的熒光發(fā)射強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，當(dāng)加入 1.5當(dāng)量Cd2+(15yM)時(shí)，熒光強(qiáng)度增強(qiáng)了 10倍。因?yàn)镕XC鎘離子探針與鎘離子絡(luò)合后成 為很好的電子受體，發(fā)生PET阻斷，從而導(dǎo)致FXC鎘離子探針的熒光增強(qiáng)。(該光譜測(cè)定的 條件在25°C，中性緩沖水溶液，化合物(1)的濃度為5μπι，0，0. 12，0. 2,0.4,1.0,2.0,4.0, 7. 0,10. 0,20. 0,30. 0 and 50.0 eq 不同濃度的 Cd2+)。
由此可見(jiàn)，對(duì)鎘離子的紫外和熒光識(shí)別具有較好的線(xiàn)性關(guān)系。鎘離子對(duì)吸收光譜 的波長(zhǎng)的影響明顯，隨著鎘離子加入濃度的增大，探針的吸光度增大。在鎘離子的濃度為 0 5. OX l(T5mol · Γ1范圍內(nèi)，隨鎘離子的濃度增加，1. OX l(T5mol · Γ1的探針在560nm處 的吸光度也逐漸增加，最大吸收波長(zhǎng)580nm后逐漸下降。與Cd2+的濃度達(dá)到1 1以后，進(jìn) 一步增加Cd2+濃度溶液的吸收強(qiáng)度基本保持不變。這些光譜行為顯示Cd2+與探針形成的是 1 1絡(luò)合物。FXC鎘離子探針在細(xì)胞中對(duì)鎘離子的檢測(cè)試驗(yàn)前一天將細(xì)胞(V79-379A中國(guó)倉(cāng)鼠細(xì)胞)接種到96孔板中，使之貼壁。試驗(yàn)時(shí)將探針配成一定濃度的濃縮液(10-2mol/L)溶解在二甲基亞砜中，再定量 加入培養(yǎng)液中，使探針在培養(yǎng)液中的濃度達(dá)到10_4mOl/L (要確保二甲基亞砜的濃度不超過(guò) 整體的)。然后從培養(yǎng)箱中取出長(zhǎng)滿(mǎn)單層細(xì)胞的96孔板，在超凈工作臺(tái)上將96孔板中 的舊細(xì)胞培養(yǎng)液棄去，胰酶消化后分別加入一份含有探針的培養(yǎng)液和另一份包含探針與鎘 離子(探針和鎘離子分別為10_4mOl/L)的培養(yǎng)液。將此細(xì)胞懸浮液在37°C 5% CO2的條件 下培養(yǎng)。30min后的取出細(xì)胞，用PBS液多次清洗細(xì)胞以除去殘留的培養(yǎng)液，然后將96孔板 放在用熒光顯微鏡拍得細(xì)胞下的照片，如圖4所示。測(cè)定的條件a、V79細(xì)胞加探針后的細(xì) 胞照片(明場(chǎng))，b、V79細(xì)胞加探針后的細(xì)胞照片(暗場(chǎng))，c、V79細(xì)胞加探針后的，同時(shí)加 入Cd2+后三十分鐘后的細(xì)胞照片。綜上所述，本發(fā)明以氟硼二吡咯為熒光母體、4-N，N-二乙酰胺醇苯甲醛為受體合 成了一種新型鎘離子探針。在不需要復(fù)雜的前處理基礎(chǔ)上，在水溶液中對(duì)Cd2+表現(xiàn)出高度 的選擇性和敏感度，發(fā)現(xiàn)它對(duì)常見(jiàn)過(guò)渡金屬和重金屬離子(Hg2+、Pb2+、Ag+、Zn2+、Pt2+、Cu2+、 Co2+、M2+等)不敏感，只對(duì)Cd2+表現(xiàn)出極好的選擇性熒光增強(qiáng)識(shí)別；試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該探針與鎘離 子形成了 1 1的絡(luò)合物；實(shí)驗(yàn)還通過(guò)熒光顯微鏡獲取了經(jīng)添加鎘離子的培養(yǎng)液培養(yǎng)后的 細(xì)胞與探針作用的照片。鑒于該探針的對(duì)鎘離子的專(zhuān)一選擇性和高靈敏度，對(duì)水體、細(xì)胞中 的鎘離子有明確的熒光增強(qiáng)響應(yīng)，可以預(yù)見(jiàn)該探針有很好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
一種鎘離子探針，其特征在于具有如下結(jié)構(gòu)F200910046659XC0000011.tif
2.一種合成權(quán)利要求1所述鎘離子探針的方法，其特征在于在室溫條件下，取氟硼二吡咯熒光染料和4-N，N- 二乙酰胺醇苯甲醛溶解在甲苯和N， N- 二甲基甲酰胺的混合溶液中，然后加入哌啶和冰醋酸做催化劑，加熱回流，點(diǎn)板跟蹤至原 料反應(yīng)完全后，減壓蒸發(fā)溶劑后，柱層析，減壓蒸餾除去溶劑后，得到紅棕色產(chǎn)物。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了鎘離子探針及其合成方法，該鎘離子探針銅離子探針采用氟硼二吡咯熒光染料和4-N，N-二乙酰胺醇苯甲醛合成而成，由于4-N，N-二乙酰胺醇苯甲醛具有良好的水溶性，因此該鎘離子探針在水溶液中對(duì)Cd2+表現(xiàn)出高度的選擇性和敏感度。
文檔編號(hào)C07F5/02GK101817838SQ200910046659
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者吳紀(jì)舫, 段李平, 潘昊程, 高俊, 黎良枝 申請(qǐng)人:上海市七寶中學(xué)