8-羟基喹啉-7-醛缩氨基硫脲化合物在镉离子和锌离子荧光探针中的应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于光分析检测技术领域，具体涉及8-羟基喹啉-7-醛缩氨基硫脲化合物 在镉离子和锌离子荧光探针中的应用。
【背景技术】
[0002] 金属在生物体内多以离子的形式存在，多种多样的金属离子对生物体内的生命活 动起着促进或者阻碍的作用。因此，如何检测环境中和生物体内的金属离子对环境科学、医 学和人们的健康等都有非常重要的意义。在现有的各种检测手段中，由于荧光离子化学传 感器具有操作简便、灵敏度高和价格低廉等优点，为金属离子的检测提供了一条更好的途 径。
[0003] 锌离子在自然环境中是含量处于第二位的过渡金属离子，Zn2+被认为是在细胞构 建以及生理功能调节中扮演着重要角色的离子。另外，在DNA合成、基因表达以及离子通道 的研究过程中，Zn2+同样起着重要作用。近年来，开发新型的离子荧光探针用于检测和观察 Zn2+在环境学和生物学上的作用已成为人们研究的热点。各种类型的Zn2+荧光化学传感器 被设计和合成出来，它们在环境检测和生理检测中起到了越来越多的应用。
[0004] 镉（Cd)是分布在地球表面的一种天然存在的金属元素，主要是以氧化镉、氯化镉、 硫酸镉或硫化物的形式存在于矿物中。土壤、岩石，包括煤矿和无机肥料都含有一定量的 镉。由于镉有较大的迀移性，在土壤和农作物中的镉含量相对比较高。镉的吸收比较困难， 但是镉的摄入会导致铁或钙的缺乏。镉在体内不代谢转换，它在体内的稳定态是和一些蛋 白质中阴离子结合，特别是和巯基的结合常数比较大。目前许多研究表明，即使镉含量较低 时也可以导致很多疾病。镉离子对环境的危害已经引起人们的高度重视，我国最近几年突 发的重金属污染事故多是镉污染，已经对我国的生态环境和人们的健康造成严重的威胁， 因此开发检测环境中和生物体内的镉离子的新途径具有重要的意义和应用价值。
[0005] 近年来，喹啉衍生物荧光传感器的研究发展迅速，它们己经在细胞内金属离子的 定量分析和检测中显示出强大的应用潜力和前景。设计、合成同时具有高选择性和灵敏度、 高亲和力、良好膜渗透性和水溶性的喹啉衍生物荧光探针仍将是荧光检测领域研究的热 点。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供8-羟基喹啉-7-醛缩氨基硫脲化合物的新用途，即在镉离 子和锌离子荧光探针中的应用。
[0007] 本发明涉及8-羟基喹啉-7-醛缩氨基硫脲化合物作为镉离子和锌离子荧光探针 的应用，其中8-羟基喹啉-7-醛缩氨基硫脲化合物的化学式为
[0008] 本发明所述的8-羟基喹啉-7-醛缩氨基硫脲化合物的具体合成步骤为： 将0. 5_〇1 8-羟基喹啉-7-醛加入反应容器中，再加入5mL水，搅拌混合均匀后加入 0. 55mmol取代氨基硫脲，然后加入ImL PEG-400作为相转移催化剂，搅拌混合均勾后置于 微波反应仪中，设置微波功率600W，控温80 °C，搅拌反应直至TLC监控反应完全后得到粗产 物，粗产物经抽滤、水洗和真空干燥后得到目标产物8-羟基喹啉-7-醛缩氨基硫脲化合物， 具体合成路线为：
[0009] 本发明所述的8-羟基喹啉-7-醛缩氨基硫脲化合物作为镉离子和锌离子荧光探 针的应用，其特征在于8-羟基喹啉-7-醛缩氨基硫脲化合物作为镉离子荧光探针的具体应 用过程为： (1) 在多个IOmL的比色管中分别加入ImL 4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液，再分别加入 0.0 lmL摩尔浓度为I. 0 X 10 3mol/L的8-羟基喹啉-7-醛缩氨基硫脲的DMF-H2O溶液，然后 分别加入不同浓度的镉离子标准溶液，用去离子水定容至10mL，摇匀后测定各溶液的荧光 强度，确定荧光强度与镉离子浓度的定量关系并制作标准曲线； (2) 在IOmL的比色管中加入ImL 4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液，再加入0.0 lmL摩尔 浓度为I. 〇 X 10 3mol/L的8-羟基喹啉-7-醛缩氨基硫脲的DMF-H2O溶液，然后加入待测溶 液，用去离子水定容至10mL，摇匀后测定待测溶液的荧光强度，根据荧光强度与镉离子浓度 浓度的定量关系确定待测溶液中镉离子的浓度； 所述的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液的pH=7. 0,所述的DMF-H2O溶剂中DMF与H2O的 体积比为1:99,所述的荧光强度测定条件为激发狭缝5nm，发射狭缝5nm，激发波长362nm， 发射波长468nm〇
[0010] 本发明所述的8-羟基喹啉-7-醛缩氨基硫脲化合物作为荧光探针在细胞内渗透 性好，与镉离子和锌离子的荧光响应快速，能够较好地用于细胞内镉离子和锌离子检测的 化学传感器。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明实施例1中空白样品的荧光强度随混合体系pH的变化曲线； 图2是本发明实施例1中空白样品加入镉离子后混合体系的荧光强度增加值Λ F随混 合作用时间的变化曲线，其中Λ F=F- F。，F。为空白样品的荧光强度，F为加入镉离子后混合 体系的焚光强度； 图3是本发明实施例2中不同浓度的镉离子溶液的荧光吸收强度的线性回归曲线； 图4是本发明实施例3中不同金属离子加入探针分子KSN标配溶液的荧光吸收光谱 图； 图5是本发明实施例4中荧光强度的变化值随镉离子与探针分子KSN摩尔配比的变化 曲线； 图6是本发明实施例5中MDCK细胞经探针分子KSN孵育后加入锌离子后动态扫描过 程图像； 图7是本发明实施例5中MDCK细胞的亮场荧光图像和加入锌离子37sec后的荧光图 像对比。
【具体实施方式】
[0012] 以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本 发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发 明的范围。
[0013] 实施例1 实验条件的优化 1、探针分子浓度的选择 增加探针分子KSN的浓度能增大吸光度和荧光强度，利于提高测定金属离子的选择性 和标准曲线的线性范围。但当浓度太高时，空白的荧光强度也会随着探针分子KSN浓度的 增加而增大，浓度太低则加入离子后难以检出荧光吸收峰，考虑到方法的灵敏度和线性范 围，探针分子KSN的浓度选择为I. 0 X 10 3mol/L。
[0014] 2、缓冲溶液的选择 在IOmL的比色管中加入ImL 4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液，再加入0.0 lmL摩尔浓度 为I. 0 X 10 3mol/L的8-羟基喹啉-7-醛缩氨基硫脲的DMF-H2O溶液，然后用去离子水定容 至IOmL配制成空白样品。
[0015] 在不同的缓冲体系如 KCl-HCl、HAc-NaAc、Na2HP04-NaH2P0 4、NaHC03-Na2C03S4- - 乙基哌嗪乙磺酸下调整不同的pH值，来考察空白样品的荧光光谱，荧光强度测定条件为激 发狭缝5nm，发射狭缝5nm，激发波长362nm，发现随着pH值的增加，探针分子KSN的荧光发 射峰的强度先是逐渐增加，到7. 6以后则逐渐下降，pH值增大到8. 0以后荧光强度降幅明 显增大。考虑到将要考察探针分子在生物细胞内的应用，所以实验选择了生理条件的PH即 pH=7. 0的4-羟乙基哌嗪乙磺酸作为测定介质的缓冲溶液。
[0016] 3、溶剂的选择 本实验希望实现在细胞内荧光探针对离子的识别作用，因此考察时没有选择纯有机溶 剂，而是选择了水溶液体系对比，如DMF-H20、THF-H2O和乙醇-H2O,实验结果发现在DMF-H 2O (01^与H2O的体积比为1:99)中能够有效检测探针分子的荧光强度，而在其它水溶液体系 中探针分子KSN易溶出，所以实验选择了 DMF-H2O体系。
[0017] 4、混合作用时间的选择 实验结果表明，空白样品的荧光随时间缓慢降低，但加入锌离子或镉离子以后，其荧光 强度迅速增强，在IOmin后即趋于稳定，到20min后荧光强度变化很小(如图2)，故选择测试 在加入金属离子混合作用20min后进行测定。
[0018] 实施例2 在多个IOmL的比色管中分别加入ImL 4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液，再分别加入 0.0 lmL摩尔浓度为I. 0 X 10 3mol/L的8-羟基喹啉-7-醛缩氨基硫脲的DMF-H20(DMF与H2O 的体积比为1:99)溶液，然后分别加入不同浓度的镉离子溶液（[Cd2+] (X 10 6M) :0. 08、0. 1、 0· 2、0· 3、0· 4、0· 5、0· 6、0· 7、0· 8、0· 9、1)，用去离子水定容至 10mL，摇匀混合作用