一种近红外比率荧光探针及其应用

本发明属于探针检测，更具体地说，涉及一种近红外比率荧光探针及其应用。

背景技术：

1、肼由于在工业、工程、制药和农业化学等领域的广泛应用而引起了极大的健康问题。多项研究证明肼在人体生理学上可引起致癌和诱变作用，对肾、肝、肺和中枢神经系统造成一系列严重损害。因此，它已被美国环境保护署(epa)归类为b2类危险物质，其在饮用水中的阈限值为10ppb。除了人为来源外，一些酵母和固氮细菌可以作为副产品合成n2h4。此外，n2h4可以从某些药物如异烟肼和帕司烟肼的代谢中原位产生，从而导致人体肝毒性和严重的健康问题。因此，已经建立了多种方法和技术来检测环境和生物体中的n2h4，包括滴定分析法、色谱法、电化学分析法、比色法或荧光光谱法等。

2、其中，荧光光谱法具有成本低、响应快、灵敏度高、可实时原位检测、对样品无创等优越优势。水合肼具有α效应显著增加了“n”原子的亲核性。现有已知的反应型水合肼的荧光探针均依赖一个或两个亲电位点，分别通过单加成和双加成传感机制与水合肼发生反应(类型i和类型ii)，实现检测。其中i型探针与水合肼中的一个氮原子的发生单位点加成，而ii探针与水合肼中的两个氮原子发生双位点加成，后者可以极大地提高对n2h4的选择性和灵敏度，且通常伴随着比率型荧光变化。然而，据我们所知，由于需要两步亲核加成反应，ii型探针通常有较长的响应时间。

技术实现思路

1、1.要解决的问题

2、针对现有技术中选择性和响应时间难以同时满足的问题，本发明提供一种同时具有优异的选择性和低的响应时间的近红外比率荧光探针及其应用。

3、2.技术方案

4、为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

5、本发明第一方面提供一种化合物，具有下式结构：

6、

7、作为本发明第一方面的任意一种技术方案的优选，所述化合物cdm-1在ph＝7.4的含有20％dmso的pbs缓冲溶液中具有390±5nm的紫外-可见吸收峰；；和/或

8、所述化合物cdm-1在ph＝7.4的含有20％ dmso的pbs缓冲溶液中，在激发波长为423nm时，具有545±20nm的荧光发射峰。

9、作为本发明第一方面的任意一种技术方案的优选，所述化合物cdm-1在ph＝7.4的含有20％dmso的pbs缓冲溶液中与肼反应后具有496±5nm的紫外-可见吸收峰；和/或

10、所述化合物在ph＝7.4的含有20％ dmso的pbs缓冲溶液中与肼反应后，在激发波长为423nm时，具有666±20nm的荧光发射峰。

11、本发明第二方面提供一种近红外比率荧光探针或试纸，包括化合物cdm-1；

12、

13、所述近红外比率荧光探针是指，当荧光探针与被检测物接触时，荧光光谱中最大发射峰发生位移，在两个不同波长测定的荧光强度表现出比率变化，例如，本发明中的比率变化测定的是666nm与545nm两个波长下的荧光强度；且当与被检测物接触时，探针具有最大发射波长位于近红外区的荧光发射峰，所述近红外区是指波长范围在650～1700nm。

14、所述试纸是指将所述化合物以物理或化学方式负载在纸基体上，以实现检测的便利性。

15、本发明第三方面提供一种第一方面或第二方面中任意一项所述的化合物或近红外比率荧光探针或试纸在检测肼中的应用。

16、作为本发明第三方面的任意一种技术方案的优选，采用荧光光谱法，所述化合物cdm-1对肼的检测限为0.3ppb。

17、作为本发明第三方面的任意一种技术方案的优选，所述cdm-1与肼的接触时间小于等于20min。

18、作为本发明第三方面的任意一种技术方案的优选，所述应用包括：使化合物cdm-1或含有化合物cdm-1的介质或载体与肼或含有肼的介质或载体接触，经过一定时间后，测定在特定激发波长下的荧光发射峰或在日光或紫外灯下比色。根据荧光发射峰位置、日光或紫外灯下比色结果判断肼的存在与否。

19、本发明第四方面提供一种肼的定性检测方法，包括：

20、s1采用化合物cdm-1或含有化合物cdm-1的介质或载体，与肼或含有肼的介质或载体接触形成混合物；所述的混合物包括不限于气态/液态与气态/液态混合形成的混合物，还包括气态/液态与固体介质接触形成的混合介质；

21、

22、s2检测步骤s1的混合物的紫外可见吸收光谱或荧光发射光谱，或在日光或紫外灯下比色。当紫外可见吸收光谱出现cdm特征吸收峰、或荧光发射光谱出现cdm荧光发射峰，或日光或紫外灯下显示与cdm相同的颜色或荧光时，即表示肼的存在；所述cdm结构式如下：

23、

24、本发明第五方面提供一种肼的定量检测方法，包括：

25、a1建立不同量肼与化合物cdm-1的荧光发射强度比值i666nm/i545nm的工作曲线，其中，荧光发射光谱的激发波长为423nm；

26、

27、a2采用化合物cdm-1或含有化合物cdm-1的介质或载体，与肼或含有肼的介质或载体接触形成混合物；

28、a3在激发波长为423nm条件下检测步骤a2的混合物的荧光发射光谱，得到荧光发射强度比值i666nm/i545nm；

29、a4计算肼的量。

30、3.有益效果

31、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

32、(1)本发明的化合物cdm-1中，二氰基异佛尔酮荧光团用于近红外(nir)发射荧光，而吡啶甲酰酯单元作为反应位点与目标肼形成必要的氢键；化合物cdm-1首先通过吡啶基团上的n原子与n2h4的h原子之间的非共价氢键捕获n2h4，然后通过n2h4触发的分子内六元环反应促使酯键裂解释放带有oh基团的自由荧光团；精心设计的氢键产生了显著的焓效益，以促进染料的释放，从而导致了高选择性和灵敏度，以及对n2h4的快速响应。

33、(2)本发明的化合物cdm-1在390nm处具有紫外-可见吸收，在423nm的激发波长下在545nm处表现出相对较短的荧光发射；与n2h4接触后，cdm-1转变为cdm，吸收峰发生了较大的红移，在496nm附近出现吸收峰，最大发射光谱从545nm到666nm出现了较大的红移。

34、(3)本发明的化合物cdm-1用于检测肼，相比于类型i的探针具有高选择性、高灵敏度，相比于类型ii的探针具有更快速的响应性，与肼的接触时间小于等于20min即可进行定量或定性检测。

技术特征：

1.一种化合物，具有下式结构：

2.如权利要求1所述的化合物，所述化合物cdm-1在ph＝7.4的含有20％dmso的pbs缓冲溶液中具有390±5nm的紫外-可见吸收峰；和/或

3.如权利要求1所述的化合物，所述化合物cdm-1在ph＝7.4的含有20％dmso的pbs缓冲溶液中与肼反应后具有496±5nm的紫外-可见吸收峰；和/或

4.一种近红外比率荧光探针或试纸，其特征在于，包括权利要求1所述的化合物。

5.如权利要求1～4中任意一项所述的化合物或近红外比率荧光探针或试纸在检测肼中的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，采用荧光光谱法，所述化合物cdm-1对肼的检测限为0.3ppb。

7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述cdm-1与肼的接触时间小于等于20min。

8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述应用包括：使化合物cdm-1或含有化合物cdm-1的介质或载体与肼或含有肼的介质或载体接触，经过一定时间后，测定在特定激发波长下的荧光发射峰或在日光或紫外灯下比色。

9.一种肼的定性检测方法，其特征在于，包括：

10.一种肼的定量检测方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种近红外比率荧光探针及其应用，属于探针检测技术领域。本发明利用氢键锚定的传感策略，研制了一种对N<subgt;2</subgt;H<subgt;4</subgt;具有比率荧光和比色响应的近红外(NIR)荧光探针CDM‑1。在本发明中，首次利用探针的吡啶单元与肼的H原子形成氢键靶向分析物，产生分子内六元环亲核进攻以释放荧光团，从而保证了高选择性和灵敏度，检测限为0.3ppb。该探针已成功加载到试纸条上，以检测N<subgt;2</subgt;H<subgt;4</subgt;蒸汽。此外，本发明还证明了CDM‑1在监测活细胞中典型药物INH代谢物的外源性和内源性N<subgt;2</subgt;H<subgt;4</subgt;方面的潜在生物学价值。

技术研发人员：江杰,宋琪,张永强
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14