一种姜黄素衍生物荧光分子探针及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及荧光分子探针技术领域，尤其涉及一种姜黄素衍生物荧光分子探针及 其应用。
【背景技术】
[0002] pH值是日常生产生活中常用的一种检测数据。目前有许多检测pH的方法，传统方 法如pH试纸、pH指示剂、pH计等。而以上这些传统方法在生物医药，特别是细胞内、细胞微 环境中很难运用。荧光光谱法是一种基于光学信号建立的检测方法，具有高灵敏性、高选择 性、快速可目视性以及可逆向进行等优点。pH敏感荧光探针在这片领域独树一帜、广泛使 用。pH敏感荧光探针具有灵敏度高、可以实现活细胞内pH动态成像或区域成像等优点。
[0003] 烯酮结构是一些具有药物活性的天然化合物中常出现的结构单元，典型如姜黄素 等，具有一定的生理安全性，该结构在分子探针设计中有所涉及，由于分子内电子或电荷可 通过键桥进行转移，属于典型的荧光团结构。但姜黄素分子作为分子探针使用时有两个缺 点，一是酮式与烯醇式之间的互变异构（下式），可使分子的荧光光谱性能发生改变，甚至 荧光淬灭；二是烯醇结构极易与金属产生螯合，则应用环境中的金属离子存在也会影响其 荧光性能。
[0004]
【发明内容】
[0005] 本发明就是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种新型姜黄素衍生物荧 光分子探针。
[0006] 本发明的另一目的是提供该新型荧光分子探针在pH响应荧光检测领域的应用。
[0007] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：
[0008] -种新型姜黄素衍生物荧光分子探针，具有如下结构的通式：
[0009]
[0010] 其中，R可以是氢、氟、氯、溴、碘、甲氧基、乙氧基、硝基或具有1至3个碳原子的烷 基链。
[0011] 该荧光分子探针的制备反应如下式所示，按经典的醛酮缩合反应条件进行。
[0012]
[0013] 该化合物在酸性-中性和碱性条件下分别对应着一种互变结构状态：
[0014]
[0015] 如上式所示，该荧光分子探针在pH为酸性-中性条件下分子形成大JT共辄结 构，产生荧光增强效应，而在pH碱性条件下，中位羰基变为氧负离子，具有很强的给电子 能力，发生分子内电荷转移（ICT)效应，导致荧光淬灭。
[0016] 较佳地，所述荧光分子探针的荧光响应区域为pH为酸性-中性条件，pH范围为 2-8 〇
[0017] 较佳地，所述荧光分子探针的荧光增强效应，其荧光增强倍数为10-300。
[0018] 本发明还包括该新型荧光分子探针在pH响应荧光检测领域的应用。采用荧光法， 荧光分子探针在溶液中对pH值有荧光强度响应。
[0019] 较佳地，所述荧光分子探针的应用溶液的溶剂选自水、甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、 N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种。
[0020] 较佳地，所述荧光分子探针的在应用溶液中的检测使用浓度为1yM_300mM。
[0021] 较佳地，所述pH响应荧光的识别通过检测其荧光信号变化来实现。
[0022] 与现有姜黄素衍生物荧光分子探针技术相比，本发明具有以下有益效果：该探针 分子结构中部只保留了一个羰基，较原先的二羰基结构大大减少了酮式与烯醇式之间 的互变异构，也大大减少了与金属的螯合反应，使其荧光性能减少了非预见的不稳定性，荧 光增强倍数成倍数提高。
[0023] 通过结合激光共聚焦扫描显微技术，还可获取该新型荧光分子探针在生命体系不 同区域的荧光成像。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明实施例1采集到的典型pH-荧光响应谱图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和具体实施例详细描述本发明。
[0026] 实施例1
[0027] 本实施例的一种新型姜黄素衍生物荧光分子探针，具有以下分子结构式:
[0028]
[0029] 上述荧光分子探针的制备方法如下：
[0030] 取4-羟基苯甲醛1. 12g(0.Olmol)和环己酮0? 49g(0. 005mol)加入到含有5%硫 酸的四氢呋喃溶液的反应器中，室温反应20h。反应结束后，硅胶柱层析（乙酸乙酯/石油 醚梯度淋洗），得到棕黄色油状物目标探针：2, 6-双（4-羟基苯亚甲基）环己酮。此处R= H〇
[0031] 本实施例的目标探针2, 6-双（4-羟基苯亚甲基）环己酮的结构确认数据如下： MS: 307. 12(M+H).
[0032] 采用荧光法在溶液中对上述制备得到的探针的pH响应荧光性能进行测定：将该 荧光分子探针以20yM的浓度分散于二甲基亚砜-水（体积比1 :9)中，分别以385nm光激 发，对520nm处的荧光峰进行采集得到如图1所示的pH-荧光响应谱，其强荧光区域为pH 2.0-7. 5,荧光增强倍数为135。
[0033] 实施例2
[0034] 本实施例中荧光分子探针具有以下分子结构式：
[0035]
[0036] 本实施例的荧光分子探针的制备方法与实施例1类似，可参照实施例1及发明内 容部分的制备反应进行制备。
[0037] 本实施例的目标探针的结构确认数据如下：MS: 375. 05 (M+H).
[0038] 采用荧光法在溶液中对本实施例制备的探针的pH响应荧光性能进行测定：将该 荧光分子探针以30yM的浓度分散于二甲基亚砜-水（体积比1 :9)中，分别以385nm光激 发，对520nm处的荧光峰进行采集，根据实验数据结果确定：本实施例的探针的强荧光区域 为pH2. 0-7. 1，荧光增强倍数为75。
[0039] 实施例3
[0040] 本实施例中荧光分子探针具有以下分子结构式：
[0041]
[0042] 本实施例的荧光分子探针的制备方法与实施例1类似，可参照实施例1及发明内 容部分的制备反应进行制备。
[0043] 本实施例的目标探针的结构确认数据如下：MS: 367. 15 (M+H).
[0044] 采用荧光法在溶液中对本实施例的探针的pH响应荧光性能进行测定：将该荧光 分子探针以30yM的浓度分散于乙醇中，分别以395nm光激发，对530nm处的荧光峰进行采 集，根据实验数据结果确定：本实施例的探针的强荧光区域为pH2. 0-7. 9,荧光增强倍数 为93。
[0045] 实施例4
[0046] 本实施例中荧光分子探针具有以下分子结构式：
[0047]
[0048] 本实施例的荧光分子探针的制备方法与实施例1类似，可参照实施例1及发明内 容部分的制备反应进行制备。
[0049] 本实施例的目标探针的结构确认数据如下：MS: 335. 16 (M+H).
[0050] 采用荧光法在溶液中对本实施例的探针的pH响应荧光性能进行测定：将该荧光 分子探针以20iiM的浓度分散于二甲基亚砜中，分别以410nm光激发，对532nm处的荧光 峰进行pH-荧光响应谱测量，根据实验数据结果确定：本实施例的探针的强荧光区域为pH 2. 8-7. 8,荧光增强倍数为88。
[0051] 对比例
[0052] 本对比例中的探针为姜黄素。其结构式如下：
[0053]
[0054] 采用荧光法在溶液中对该对比例的探针的pH响应荧光性能进行测定：将该荧光 分子探针以30iiM的浓度分散于二甲基亚砜-水（体积比1 :9)中，溶液中含有30iiM的氯 化锌，分别以385nm光激发，对520nm处的荧光峰进行采集pH-荧光响应谱，实验结果发现 该分子探针在pH2-10区域内荧光增强倍数为12,因此不具有实用性pH响应价值。
[0055] 并且，发明人经多次实验验证，确定本发明所提供的姜黄素衍生物荧光分子探针 的荧光增强效应，其荧光增强倍数为10-300。
[0056] 在本发明及上述实施例的教导下，本领域技术人员很容易预见到，本发明所列举 或例举的各原料或其等同替换物、各加工方法或其等同替换物都能实现本发明，以及各原 料和加工方法的参数上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
[0057] 以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域 的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
【主权项】
1. 一种姜黄素衍生物荧光分子探针，其特征在于，具有如下结构的通式：其中，R可以是氢、氟、氯、溴、碘、甲氧基、乙氧基、硝基或具有1至3个碳原子的烷基链。2. 如权利要求1所述的姜黄素衍生物荧光分子探针，其特征在于，所述荧光分子探针 消除了分子内氢键的影响。3. 如权利要求1所述的姜黄素衍生物荧光分子探针，其特征在于，所述荧光分子探针 避免了使用溶液环境中金属螯合效应的影响。4. 如权利要求1所述的姜黄素衍生物荧光分子探针，其特征在于，所述姜黄素衍生物 荧光分子探针的荧光响应区域为pH为酸性-中性条件，pH值范围为2-8。5. 如权利要求1所述的姜黄素衍生物荧光分子探针，其特征在于，所述姜黄素衍生物 荧光分子探针的荧光增强效应，其荧光增强倍数为10-300。6. 权利要求1-5中任一项所述的姜黄素衍生物荧光分子探针在pH响应荧光检测领域 的应用。7. 如权利要求6所述的姜黄素衍生物荧光分子探针在pH响应荧光检测领域的应用，其 特征在于，采用荧光法，所述荧光分子探针在溶液中对pH值有荧光强度响应。8. 如权利要求7所述的姜黄素衍生物荧光分子探针在pH响应荧光检测领域的应用，其 特征在于，所述溶液的溶剂选自水、甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜 中的一种或几种。9. 如权利要求6或7所述的姜黄素衍生物荧光分子探针在pH响应荧光检测领域的应 用，其特征在于，所述荧光分子探针的检测使用浓度为1yM-300mM。
【专利摘要】本发明公开了一种新型姜黄素衍生物荧光分子探针，具有如下结构的通式：其中，R可以是氢、氟、氯、溴、碘、甲氧基、乙氧基、硝基或具有1至3个碳原子的烷基链。本发明还公开了该新型荧光分子探针在pH响应荧光检测领域的应用，其荧光响应区域为pH为酸性-中性条件，pH值范围为2-8。与现有的传统姜黄素分子探针相比，本发明的荧光分子探针消除了分子内氢键和金属螯合效应的影响，荧光增强倍数成倍数提高。
【IPC分类】G01N21/64, C07C49/747, C07C49/753, C09K11/06
【公开号】CN105112047
【申请号】CN201510514202
【发明人】孟庆华, 向德成
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月20日