基于花菁的有机化合物及应用的制作方法

本发明涉及用于检测超氧阴离子和二价汞离子的荧光探针，具体的说是一种基于花菁的有机化合物及应用。

背景技术：

汞是公认的全球性环境污染物，20世纪50年代，人类从“水俣病”开始了解汞(mercury，hg)及其化合物的毒性。随着金属汞(hg)的用途越来越广，汞中毒的病例越来越多，汞中毒的发病率在我国呈持续增长趋势，同时也得到政府和社会的广泛关注。近年来某些疾病在诊治过程中因用药不当，如口服汞、无机汞化合物以及使用含汞及其化合物的中药偏方治疗哮喘、银屑病、痤疮、鼻窦炎等导致体内汞蓄积，应用含汞超标的美白祛斑化妆品引起非职业性汞中毒病例亦不少见。研究表明，汞中毒的发病机制错综复杂，如汞可与人体金属硫蛋白结合，并能取代某些酶中的金属分子而改变其活力；汞能与细胞膜上的巯基结合，引起膜通透性的改变；汞中毒也可引起氧化应激，干扰神经递质和离子的交换等。尤其是汞中毒后氧化应激引起的自由基生成增加和消除减少近年来颇受重视。研究表明，汞在体内一方面与谷胱甘肽等抗氧化物结合，降低体内消除自由基的能力；另一方面又可产生自由基，导致体内脂质过氧化物提高，引起氧化-抗氧化系统失衡。本专利中所涉及的荧光探针将有助于探索汞离子刺激下，活性氧爆发的生理过程。

目前，用于检测o2·^-的方法有:电子顺磁共振法，sod酶活性测定法，高效液相色谱法(hplc)以及电化学方法。对汞化合物检测方法，包括分光光度法、原子发射光谱法、原子吸收光谱法、氢化物发生-原子荧光光谱法。然而这些方法大多需要样品的预处理，需要复杂的操作手段及大型仪器。因此，寻找一种方便快捷检测超氧阴离子和汞离子的方法迫在眉睫。荧光探针方法以其高时空分辨率、操作简便和原位非损伤检测等优点，在生物活性物种检测领域，已成为一种功能强大的研究辅助工具。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于花菁的有机化合物及其应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于花菁的有机化合物，基于花菁的有机化合物结构式ⅰ所示，

所述基于花菁的有机化合物在协同检测超氧阴离子和二价汞离子中的应用。

一种荧光探针，荧光探针为式ⅰ所示基于花菁的有机化合物，

所述荧光探针用于定性/定量地协同检测超氧阴离子和二价汞离子。

一种荧光探针的应用，所述荧光探针在定性/定量地协同检测超氧阴离子和二价汞离子中的应用。

本发明的有益效果：本发明化合物用于作为联动检测超氧阴离子和二价汞离子的荧光探针，其在检测超氧阴离子前后，荧光由关到开，产生荧光；检测二价汞离子前后，荧光探针吸收和荧光发射最大波长会有改变。可用于水体系、模拟生理环境和细胞内超氧阴离子和二价汞离子的联动检测，并可大大降低外部检测条件的干扰，提高检测精度。本发明化合物用作荧光探针，可用于细胞内超氧阴离子和二价汞离子联动检测，这对深入研究超氧阴离子和二价汞离子在生物体内的信号转导过程和机理，进一步了解超氧阴离子和二价汞离子的生理和毒理作用具有重要的生物医学意义。本发明具有操作简单、方便、快速，灵敏度高，选择性好，响应时间短，可对检测目标物进行原位、实时监测，且应用范围广泛等优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的采用的荧光探针对不同浓度超氧阴离子(o2^·-)检测前后荧光变化。

图2为本发明实施例提供的所采用的荧光探针对o2^·-的选择性示意图；其中，横坐标从左至右依次为：1、空白；2、o2^·-(25μm)；3、羟基自由基(25μm)；4、双氧水(200μm)；5、过氧化亚油酸(400μm)；6、枯烯氢过氧化物(300μm)；7、过氧化叔丁醇(250μm)；8、一氧化氮(300μm)；9、过氧化亚硝酰阴离子(25μm)；10、次氯酸(200μm)。

图3为本发明实施例提供的采用的荧光探针对不同浓度hg²⁺检测前后荧光变化。

图4为本发明实施例提供的所采用的荧光探针对汞离子的选择性示意图；其中，横坐标从左至右依次为：1、空白；2、kcl(100μm)；3、zn(ch3coo)2(100μm)；4、cacl2(100μm)；5、mgcl2(100μm)；6、cocl2(100μm)；7、mncl2(100μm)；8、fecl3(100μm)；9、cdcl2(100μm)；10、cucl2(100μm)；11、nacl(100μm)；12、pb(no3)2(100μm)；13、nicl2(100μm)；14、hgcl2(10μm)。

图5为为本发明实施例提供的人胚肾hek-293细胞作为生物模型，细胞用化合物i(2μm)孵育15分钟作为对照组的三通道荧光图。其中，通道1：750-850nm，通道2：540-585nm，通道3：585-725nm。

图6为hek-293细胞用化合物i(2μm)孵育15分钟，再加入超氧阴离子(2μm)孵育15分钟，用mem培养基冲洗细胞三次后的三通道荧光图。通道1：750-850nm，通道2：540-585nm，通道3：585-725nm。

图7为hek-293细胞用化合物i(2μm)孵育15分钟，再加入超氧阴离子(2μm)和hgcl2(2μm)后的三通道荧光图。通道1：750-850nm，通道2：540-585nm，通道3：585-725nm。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释说明。

基于花菁的有机化合物结构式为：

将化合物ⅰ与待测定水体、模拟生理环境或生物体内外的超氧阴离子反应从而导致荧光由关到开，所得化合物ii的结构；

将化合物ii与待测定水体、模拟生理环境或生物体内外的二价汞离子反应，荧光探针的吸收和荧光发射最大波长会有改变，所得化合物iii的结构；

本发明检测o2^·-和二价汞离子的荧光探针，在o2^·-和二价汞离子存在下对应的荧光发射波长和荧光强度发生明显变化，可用于o2^·-和二价汞离子的检测，并可大大降低外部检测条件的干扰，提高检测精度，检测信噪比高，灵敏度和选择性好。此外，该发明o2^·-和二价汞离子荧光探针的这类化合物，在o2^·-和二价汞离子存在时紫外吸收亦发生明显变化，可用紫外分光光度计进行检测。这类化合物作为荧光探针可用于复杂生物样品中o2^·-和二价汞离子的联动检测，这对深入研究汞离子刺激下，o2^·-和汞离子在生物体内的细胞信号转导具有重要的生物医学意义。本发明与传统检测技术相比，非侵入性的荧光探针检测操作简单、方便、快速，灵敏度高，选择性好，响应时间短，可对检测目标物进行原位、实时监测，且应用范围广泛。

实施例1.基于花菁的有机化合物的制备：

化合物ⅰ中所示花菁荧光团来自市售商品，然后在荧光团相应的位置修饰上不同的检测基团，得到的相应的花菁类化合物。具体实施例如下：

(1)化合物ii的制备

将花菁荧光团(0.209g，0.327mmol)溶解在20ml甲醇中，将na2se(0.05g，0.4mmol)溶解在1ml水中，室温条件下，将1ml的na2se溶液滴加到圆底烧瓶中,在氩气保护下回流30min。用饱和碘化钾溶液洗涤，并用冰醋酸调至中性，经二氯甲烷萃取，旋蒸。粗产品用柱层析色谱进行纯化，洗脱剂选择乙酸乙酯和甲醇(6:1/v/v)，得到0.128g(0.187mmol)绿色固体化合物ii，产率57.2％。

化合物ii:¹hnmr(500mhz,cdcl3-d1)δ(ppm):1.525-1.762(m,12h),1.925(s,1h),1.964-2.027(m,1h),2.154-2.321(m,7h),2.470(s,1h),2.515(s,1h),2.530-2.562(d,1h),2.570-2.612(m,1h),2.613-2.685(q,3h),2.700(s,1h),2.871-2.931(q,1h),3.614-3.678(q，1h)，3.868-3.936(q,1h),4.742-4.812(q,1h),7.295-7.340(m,2h),7.422-7.455(d,1h),7.460-7.490(m,1h),7.497-7.567(m,2h),7.631-7.686(t,1h),7.828-7.882(m,1h).¹³cnmr(125mhz,cdcl3-d1)δ(ppm):141.753，141.150，140.443，129.623，128.329，127.884，127.223，125.866，125.820，124.944，122.758，122.250，122.143，121.638，113.436，108.207，91.995，52.990，47.823，45.414，43.083，39.115，36.679，28.582，28.449，27.099，25.488，25.368，22.149，13.417.lc-ms(api-es):m/zc34h41n2se⁺calcd557.24，found[m+h]⁺557.19.

(2)化合物i的制备

将化合物ii(0.12g，0.1755mmol)溶解在10ml乙醇中，将nabh4(0.0122g，0.3225mmol)溶解在2ml乙醇中，冰浴条件下，将2ml的nabh4溶液滴加到圆底烧瓶中,在氩气保护下反应10min。用除氧的饱和碘化钾溶液洗涤，再经二氯甲烷萃取，旋蒸。粗产品用柱层析色谱进行纯化，洗脱剂选择二氯甲烷和石油醚(1:1/v/v)，得到0.049g(0.08786mmol)黄色固体化合物i，产率50％。

化合物i:¹hnmr(500mhz,cdcl3-d1)δ(ppm):1.027(s,4h),1.053-1.110(t,4h),1.112-1.153(t,1h),1.182-1.291(m,8h),1.334-1.439(t,6h),1.530-1.623(d,7h),2.180-2.250(m,1h),2.647-2.680(d,1h),3.206-3.294(m,1h),3.364-3.444(m,1h),6.610(d,2h),6.767(t，2h)，7.027(d,2h),7.119(t,2h).¹³cnmr(125mhz,cdcl3-d1)δ(ppm):162.726，149.414，139.000，130.180，127.451，125.718，124.955，124.114，122.155，118.673，108.388，104.759，102.424，87.948，85.063，53.430，40.661，33.512，32.697，31.951，29.723，26.499，25.470，24.332，22.714，14.140，9.967.lc-ms(api-es):m/zc34h42n2secalcd558.25,found[m+h]⁺558.15.

实施例2

将制备所得化合物ⅰ作为探针应用于水体系、模拟生理环境和细胞内进行对超氧阴离子和汞离子的检测，模拟生理条件，以下各项实验均在ph＝7.4条件下进行(hepes缓冲溶液，浓度为10mm)，探针浓度采用10μm。

上述制备所得化合物i对超氧阴离子的响应：

ph采用hepes缓冲溶液控制在ph＝7.4。于每个10ml比色管中加入10μm化合物ⅰ，然后加入不同浓度的超氧阴离子(超氧阴离子浓度为0-10μm)，ph＝7.4的10mmhepes定容到10ml，摇匀溶液，平衡10min后，将各个比色管中工作液分别倒入到荧光皿中测定荧光光谱。在750-900nm处测定荧光强度，如图1所示。化合物i可用于实现生物体内的超氧阴离子检测。同时，本发明实施例提供的化合物i与超氧阴离子反应后产物结构如下：

而后再向上述各10ml比色管中继续加入0-10μm不同浓度的氯化汞(hgcl2)，摇匀溶液，平衡10min后，将各个比色管中工作液分别倒入到荧光皿中测定荧光光谱。在540-750nm处测定荧光强度，如图3所示。在检测超氧阴离子反应后产物可进一步的用于实现生物体内的hgcl2的检测。同时，进一步与hgcl2反应后产物结构如下：

实施例3

化合物ⅰ对超氧阴离子的选择性

ph采用hepes缓冲溶液控制在ph＝7.4。取多个10ml比色管，并在每个10ml比色管中加入10μm化合物ⅰ，加入不同待检测物，用10mmph为7.4的hepes缓冲液定容到10ml。摇匀溶液，25℃下平衡10min后，将各个比色管中工作液分别倒入到荧光皿中测定荧光光谱(参见图2)。待测物依次为：1、空白；2、超氧阴离子(25μm)；3、羟基自由基(25μm)；4、双氧水(200μm)；5、过氧化亚油酸(400μm)；6、枯烯氢过氧化物(300μm)；7、过氧化叔丁醇(250μm)；8、一氧化氮(300μm)；9、过氧化亚硝酰阴离子(25μm)；10、次氯酸(200μm)。

由图2可见化合物ⅰ对超氧阴离子的选择性，化合物ⅰ对超氧阴离子具有很好的选择性。

实施例4

实施例2操作后，ph采用hepes缓冲溶液控制ph＝7.4。于每个10ml比色管中加入10μm化合物ⅰ，然后加入浓度从0-10μm的超氧阴离子，ph＝7.4的10mmhepes定容到10ml，摇匀溶液，平衡10min后，将各个比色管中工作液分别倒入到荧光皿中测定荧光光谱。

而后向上述各比色管中依次加入待测物，摇匀溶液，25℃下平衡10min后，将各个比色管中工作液分别倒入到荧光皿中测定荧光光谱(参见图4)。待测物依次为：1、空白；2、kcl(100μm)；3、zn(ch3coo)2(100μm)；4、cacl2(100μm)；5、mgcl2(100μm)；6、cocl2(100μm)；7、mncl2(100μm)；8、fecl3(100μm)；9、cdcl2(100μm)；10、cucl2(100μm)；11、nacl(100μm)；12、pb(no3)2(100μm)；13、nicl2(100μm)；14、hgcl2(10μm)。可见一步的证明由化合物ⅰ检测超氧阴离子后产生的化合物ii对二价汞离子具有很好的选择性，进一步说明化合物ⅰ可用于协同检测超氧阴离子和二价汞离子。

实施例6

化合物i在人胚肾hek-293细胞内的成像选择人胚肾hek-293细胞作为生物模型，首先，在37℃下，细胞用化合物i(2μm)孵育15分钟作为对照组，用mem冲洗细胞三次细胞没有显示荧光(图5)。

在37℃下，再将细胞用化合物ii(2μm)孵育15分钟作为对照组，用mem冲洗细胞三次细胞显示微弱的荧光(图5)。

选择人胚肾hek-293细胞作为生物模型，首先，在37℃下，细胞用化合物i(2μm)孵育15分钟，而后加入超氧阴离子(2μm)再孵育15分钟，用mem冲洗细胞三次，有明显的荧光生成(参见图6)，可见化合物i可以用来直接检测活细胞外源添加的超氧阴离子。

选择人胚肾hek-293细胞作为生物模型，首先，在37℃下，细胞用化合物i(2μm)孵育15分钟，而后再加入hgcl2(2μm)孵育15分钟，用mem冲洗细胞三次，在540-585nm荧光检测(图7)和585-740nm荧光检测(图7)，两处均有强烈的荧光生成。因此，化合物ⅰ可用于协同直接检测活细胞外源添加的氯化汞。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。作为荧光染料是本发明新化合物的一种用途，不能认定本发明的化合物仅用于荧光染料，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在基于本发明化合物用作荧光染料的相同作用机理的考虑下，还可以做出若干简单推理，得出本发明的化合物的其他应用用途，都应当视为属于本发明的保护范围。