一种检测甲醛荧光分子探针、合成方法及试纸的制备和应用与流程

本发明涉及一种检测甲醛荧光分子探针、合成方法及试纸的制备和应用，特别还涉及到该荧光分子探针在环境、生物体内外等体系中甲醛检测方面的应用，属于化学分析技术领域。

背景技术：

甲醛是一种重要的有机原料，主要用于塑料工业、合成纤维、皮革工业、医药、染料等。同时，甲醛对环境和人体的危害也是不容忽视的。甲醛是原浆毒物质，能与蛋白质结合，它对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、肺功能异常、肝功能异常、免疫功能异常等方面。长期接触低剂量甲醛可以引起慢性呼吸道疾病、新生儿体质降低、染色体异常，甚至引起鼻咽癌。高浓度的甲醛对神经系统、免疫系统、肝脏等都有毒害。甲醛还有致畸、致癌作用。

阿尔茨海默病(alzheimerdisease,ad)，即老年性痴呆，是老年人群中引起痴呆的最常见的神经退行性疾病。随着人类寿命的不断延长，老年痴呆发病率也在逐年上升。老年痴呆是继肿瘤，心脏病和脑血管病之后引起老年人死亡的第四大病因。who已将老年痴呆定位二十世纪五大重点病之一。研究发现，老龄大鼠在记忆力逐步下降的同时,其海马甲醛含量随老龄化进程而增加;参考痴呆模型鼠脑甲醛浓度,给正常成年小鼠注射甲醛,也能观察到其空间记忆能力的下降.这些结果表明,脑内特别是海马甲醛的蓄积可能是诱发动物记忆衰退的关键原因之一，因此，迫切需要开发高灵敏、高选择性、高安全性的特异性的能够在与人类密切相关的环境条件下以及在可应用与临床诊断中的甲醛检测方法是极其重要和有意义的。目前为止，甲醛检测方法主要有四种：分光光度计化学分析法、电化学法、色谱法和传感器法。但是上述四种甲醛检测方法很难做到成本低廉、操作简便和快速检测，因此难以满足市场对甲醛快速检测的需求。基于分子影像学的荧光分子探针由于其具有高灵敏度、高选择性和实时原位检测的特点而成为研究人员关注的热点。荧光分析法具有快速、灵敏、非破坏性和适用于高通量检测的优异特点，已被广泛的应用于不同样品中甲醛含量的检测。但是，已经报道的荧光探针具有一些局限性，包括：1.检测限有限，对甲醛响应不够灵敏。主要只能检测微摩尔级别的甲醛，而对痕量甲醛则无法实现定量检测。2.响应速度不够快，多数探针在加入甲醛后需要数十分钟甚至几小时的时间完成响应。3.探针溶解度差，大多只能在有机溶剂中使用，限制其在环境和生物领域的应用。4.探针类型少，检测方法单一，无法适应复杂多变的环境。因此，现在急需开发可以快速、灵敏，并可广泛应用于生物及环境检测的甲醛探针。

技术实现要素：

针对现有检测甲醛的荧光探针的性能存在的不足，本发明的第一个目的是在于提供一种能够快速检测甲醛的荧光分子探针。

本发明的第二个目的是在于提供一种操作简单、原料易得的制备所述荧光分子探针的方法。

本发明的第三个目的是在于提供两种快速检测甲醛的荧光试纸及其应用。

本发明的第四个目的是在于提供两种操作简单、条件温和的制备快速检测甲醛的荧光试纸的方法。

本发明的第五个目的是在于提供两种包括本发明的分子探针的快速检测甲醛的荧光试纸，该试纸在甲醛过程中具有突出的检测效果，检测灵敏度高，抗干扰性强。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种荧光分子探针，具有式1结构：

式1

其中，r独立选自氢、卤素、烷基、羟基、烷氧基、胺基或二甲氨基；

进一步优选r为甲氧基。

所述甲醛分子探针的制备方法优选为：

以4-溴-1,8-萘二甲酸酐为起始原料，与对氨基苯酚在90^oc乙醇溶液中回流，反应完成后，冷却至室温，将其倒入冰水中，将深紫色沉淀物过滤并用无水乙醇洗涤得灰白色固体。将该灰白色固体溶解于甲醇中，再加入碳酸钾，搅拌均匀，升温至90^oc回流搅拌。反应完成后，冷却至室温，调节体系ph值至中性。减压浓缩，硅胶柱层析分离纯化。纯化后的产物溶解于n，n-二甲基甲酰胺中，加入溴乙酸叔丁酯，室温搅拌8小时。用二氯甲烷萃取4次，合并有机层，再用无水硫酸镁进行干燥，浓缩，硅胶柱层析分离纯化得到黄棕色固体。将该黄棕色固体产物溶解于甲醇，加入80%水合肼，搅拌均匀，升温至90^oc回流，待反应完全后用冰水冷却重结晶，结晶后获得的产物再用冰甲醇洗涤3次，最后烘干得到橙黄色固体产物。

本发明提供了一种所述荧光探针的应用，将荧光纳米探针应用于甲醛的检测。

优选的方案，将荧光纳米探针应用于化学溶液体系、环境或生物组织中甲醛的荧光定量分析检测。

通过文献调研利用光诱导电子转移（photoinducedelectrontransfer,pet）机理，利用联氨基团对萘酰亚胺荧光母核的pet作用，使得探针本身的荧光非常微弱。当加入甲醛后，利用甲醛与氨基形成席夫碱，使pet作用消失而产生荧光增强来检测甲醛。通过检测席夫碱的荧光强度可以测定待测物中甲醛的含量，其检测原理如下。

本发明提供了一种所述荧光探针的应用，将荧光纳米探针应用于甲醛的定量检测。

优选的方案，将荧光纳米探针应用于化学溶液体系、环境或生物组织中甲醛的荧光定量分析检测。

本发明提供了一种所述荧光探针测定甲醛的方法。测定方法是：在室温条件下，所述荧光探针溶解于甲醇、n，n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷或二甲基亚砜与水按照一定比例的溶液中，将所述荧光探针浓度配置成10~50μm。将甲醛的水溶液加入到探针体系中，测定溶液荧光强度，通过荧光强度与甲醛浓度的线性关系测定甲醛的含量。

检测过程中的ph优选为7.0。

检测过程中的溶剂体系优选为n，n-二甲基甲酰胺：水=1:1（v/v）。

检测过程中所述荧光探针浓度优选为10μm。

本发明还提供了两种快速检测甲醛的荧光试纸：

一种是由负载荧光探针萘酰亚胺衍生物的无荧光增白剂试纸构成，其特征在于：所述荧光试纸为白色圆形，直径×厚尺寸为10～8mm×1～0.5mm，每张荧光试纸上负载的萘酰亚胺衍生物含量不低于0.01mg；其中用于基质的试纸为白色的滤纸片，其上负载的萘酰亚胺衍生物是n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺。

上述的能快速检测甲醛的荧光试纸优选尺寸直径×厚尺寸为10mm×0.5mm，所述萘酰亚胺衍生物优选是n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺。

一种是由萘酰亚胺衍生物荧光探针负载到无荧光增白剂添加的试纸或滤纸，其特征包括：所述荧光试纸为白色方形，长×宽×厚尺寸为100～75mm×15～8mm×1～0.5mm，每张荧光试纸上负载的萘酰亚胺衍生物含量不低于0.01mg；其中用于基质的试纸或滤纸为白色的滤纸片，其上负载的萘酰亚胺衍生物是n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺。

上述的能快速检测甲醛的荧光试纸优选尺寸长×宽×厚尺寸为100mm×10mm×0.5mm，所述萘酰亚胺衍生物优选是n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺。

本发明所述能快速检测甲醛的荧光试纸的制备方法，步骤优选为：

(1)以二氯甲烷为溶剂配制浓度为1mm的n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺溶液。

2)将裁好的直径×厚尺寸为10～8mm×1～0.5mm的白色圆形滤纸片或长×宽×厚尺寸为100～75mm×15～8mm×1～0.5mm的白色方形滤纸片浸泡在在步骤1）制备溶液中，10分钟后取出，室温下晾干。

3)即得到白色、在紫外灯下蓝色荧光的能快速检测甲醛的荧光试纸。

本发明所述能快速检测甲醛的荧光试纸在检测空气中甲醛的具体应用：将含有甲醛的空气通入到水溶液中，待甲醛充分溶解后，将溶液滴到上述荧光试纸上，然后将荧光试纸在365nm波长的紫外线下观察是否发生荧光由蓝色变为浅绿色。根据荧光的变化判定空气中是否含有甲醛。

本发明所述能快速检测甲醛的荧光试纸在检测水中甲醛的具体应用：将甲醛水溶液滴到上述荧光试纸上，然后将荧光试纸在365nm波长的紫外线下观察是否发生荧光由蓝色变为浅绿色。根据荧光的变化判定水中是否含有甲醛。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：

(1)本发明的荧光分子探针具有水溶性好，ph适用范围广，可以在酸性和中性水溶液中实现对甲醛的高灵敏度荧光检测。为该荧光探针在复杂环境中的检测提供有利条件。

2)本发明的荧光探针分子及检测试纸的制备方法简单、成本低，有利于大规模生产。

3)本发明的荧光探针用于检测甲醛，该探针对甲醛具有很好的选择性，苯甲醛、乙醛、丙醛、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙二醛、丙酮、乙酸、甲醛等对甲醛的检测没有干扰，该探针溶液的荧光强度与甲醛的浓度在一定的浓度范围内（甲醛的浓度范围0-30μm）具有良好的线性关系，显示出定量检测特性，完全可以满足环境中甲醛的含量检测的要求。

(4)本发明的荧光探针对甲醛的响应时间短（15s），测定的灵敏度高，抗干扰能力强，操作简单，成本低廉，使得其适合推广运用。

附图说明

【图1】本发明实施中制备的n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺的¹hnmr图谱；

【图2】本发明实施中荧光探针n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺的荧光强度与甲醛浓度的线性关系，横坐标为甲醛浓度，纵坐标为荧光强度；

【图3】本发明实施例1中荧光探针n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺对甲醛的选择性；

【图4】为荧光探针n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺用于甲醛检测的原理图；

【图5】本发明所述的荧光试纸对不同浓度甲醛实时监测的照片；

具体实施方式

以下实施方式旨在进一步阐释说明本发明而不是对本发明的限定。

实施例1

本发明的检测甲醛荧光探针的目标物n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺的合成，合成路线如下：

化合物2（6-bromo-2-(4-hydroxyphenyl)-1h-benzo[de]isoquinoline-1,3(2h)-dione）的合成和结构表征:

室温下将化合物14-溴-1,8-萘二甲酸酐(1.00g,3.61mmol)溶解于10ml无水乙醇中，然后加入对氨基苯酚(0.79g,7.22mmol)，搅拌均匀，升温至90^oc回流搅拌8小时，tlc监测反应完成，冷却至室温，将其倒入冰水中，将深紫色沉淀物过滤并用无水乙醇洗涤得灰白色固体直接进行下一步反应，产率63%。¹hnmr(400mhz,cdcl3,δppm):8.64(1h,d,j=8.0hz),8.57(1h,d,j=8.0hz),8.39(1h,d,j=8.0hz),8.01(1h,d,j=8.0hz),7.80(1h,t,j=8.0hz),7.15(2h,d,j=8.8hz),7.00(2h,d,j=8.8hz);

化合物3（2-(4-hydroxyphenyl)-6-methoxy-1h-benzo[de]isoquinoline-1,3(2h)-dione）的合成和结构表征:

将灰白色固体2(1.00g,2.72mmol)溶解于10ml甲醇中；加入k2co3（1.70g，1.23mmol）于体系中充分溶解，搅拌均匀，升温至90^oc回流搅拌8小时。tlc监测反应完成，冷却至室温，调节ph至中性。减压浓缩，硅胶柱层析分离纯化。以dcm：meoh=20:1洗脱，得到灰白色固体0.72g,产率83%。¹hnmr(300mhz,dmso-d⁶,δppm)4.18(s,3h),6.86(d,j=8.6hz,2h),7.12(d,j=8.6hz1h),7.37(d,j=8.4hz,1h),7.86(t,j=7.8hz,1h),8.42-8.55(m,2h),8.60(d,j=8.4hz1h),9.63(s,1h);¹³c(75mhz,dmso-d⁶,δppm)57.2,115.3,115.9,122.9,123.3,126.8,127.5,128.7,129.4,130.4,131.6,133.7,157.5,160.8,163.9,164.5.

化合物4(tert-butyl2-(4-(6-methoxy-1,3-dioxo-1h-benzo[de]isoquinolin-2(3h)-yl)phenoxy)acetate）的合成和结构表征:

将灰白色固体3(319mg1.0mmol)溶解于5ml的dmf中，加入溴乙酸叔丁酯(119μl,1.1mmol)于体系中充分溶解，搅拌均匀，室温搅拌8小时，tlc监测反应完全。二氯甲烷200ml(4×50ml)分4次萃取体系，合并有机层，无水硫酸镁干燥后浓缩，硅胶柱层析分离纯化。以乙酸乙酯/石油醚=1/5洗脱，得到205mg(化合物4)，黄棕色固体，产率为68.8%。¹hnmr(500mhz,cdcl3,δppm)8.62(d,j=10.6hz,3h),7.74(s,1h),7.25(d,j=7.6hz,2h),7.08(t,j=6.4hz,2h),7.07(d,j=7.1hz,1h),4.58(s,2h),4.16(s,3h),1.54(s,9h).¹³cnmr(125mhz,cdcl3,δppm)167.82,164.83,164.23,161.07,157.87,133.88,131.94,129.77,129.06,128.97,126.02,123.66,122.57,115.46,115.17,105.32,82.48,66.14,56.28,29.70,28.08.

化合物5(2-(4-(6-methoxy-1,3-dioxo-1h-benzo[de]isoquinolin-2(3h)-yl)phenoxy)acetohydrazide）的合成和结构表征:

将黄棕色固体4（433mg,1.0mmol）溶解于10ml的甲醇中，4加入80%水合肼（610μl,10mmol）于体系中充分溶解，搅拌均匀，升温至90^oc回流搅拌8h。tlc监测反应完全。冰水冷却重结晶。冰甲醇洗涤3次，烘干。得到橙黄色固体325mg，产率为83.5%。¹hnmr(500mhz,dmso-d⁶,δppm):8.62(d,j=8.3hz,1h),8.53(d,j=8.4hz,1h),8.51(d,j=7.2hz,1h),8.47(d,j=8.3hz,1h),8.42(d,j=7.2hz,1h),8.28(d,j=8.6hz,1h),7.84(m,1h),7.66(m,1h),7.32(d,j=8.3hz,1h),7.24(d,j=8.6hz,1h),5.76(s,2h),4.69(s,2h),4.13(s,3h).¹³cnmr(125mhz,dmso-d⁶,δppm)161.09,160.74,154.04,134.87,133.99,131.52,130.86,128.91,128.71,127.68,126.96,124.65,123.29,122.07,121.72,118.96,114.35,106.84,104.61,57.24,28.25.

实施例2

本发明所述的两种快速检测甲醛的荧光试纸的制备

(1)以二氯甲烷为溶剂配制浓度为1mm的n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺溶液。

2)将裁好的直径×厚尺寸为10～8cmm×1～0.5cmm的白色圆形滤纸片或长×宽×厚尺寸为100～75cmm×15～8cmm×1～0.5cmm的白色方形滤纸片浸泡在在步骤1）制备溶液中，10分钟后取出，室温下晾干。

3)即得到白色、在紫外灯下蓝色荧光的能快速检测甲醛的荧光试纸。

实施例3

荧光分子探针n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺母液(1mm)的制备

将上述分离得到的纯度在99%以上的产物，在五位数天平上准确称取4.3mg，小心转移到50ml的棕色容量瓶中，室温下，加入dmf：h2o=1：1使其充分溶解，并定容到刻度线，得到的溶液为1mm的探针母液。在以下测试过程中，每次用微量进样器量取20μl的上述溶液，将其溶于测试体系中，并保证每次测试总体积为2ml，轻轻搅拌使样品充分溶解，此时测试体系中探针n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺的终浓度为10μm，接下来再加入所要测试的物质，然后进行光谱测试。

实施例4

甲醛母液的制备：

使用移液枪准确量取37%的甲醛水溶液76μl和760μl。分别转移到10ml的容量瓶中，室温下，加入去离子水使其充分溶解，并定容到刻度线，得到的溶液为100mm和1000mm的探针母液。在以下测试过程中，每次用微量进样器量取2、6、10、20、30、40、60、100μl的上述溶液，将其溶于测试体系中，并保证每次测试总体积为2ml，轻轻搅拌使样品充分溶解，此时测试体系中甲醛的终浓度为1、3、5、10、15、20、30、50μl。

实施例5

n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺与甲醛的线性关系

向实施例3中所制备的体系中分别加入2、6、10、20、30、40、60、100μl的实施例4中配置的甲醛溶液。将其溶于测试体系中，并保证每次测试总体积为2ml，轻轻搅拌使样品充分溶解，此时测试体系中甲醛的终浓度为1、3、5、10、15、20、30、50μl。充分响应后，进行荧光检测（λex＝365nm,λem＝525nm），计算各体系中荧光强度，建立荧光强度与甲醛浓度标准曲线，标准曲线见图2。

实施例6

n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺对不同物质的选择性

使用实施例3中所制备的溶液作为荧光探针，并评价该探针对甲醛的选择性，该纳米探针的激发波长为365nm。我们选择了多种常见的小分子含醛化合物：苯甲醛、乙醛、丙醛、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙二醛、丙酮和乙酸并将其配制成水溶液加入至探针溶液中，浓度均为20μm，探针浓度为10μm，其中dmf：h2o=1：1（v/v），ph值为7.0。测其荧光发射光谱并记录525nm处荧光发射的强度。结果如附图3所示，发现探针n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺只对甲醛在525nm处有明显的荧光增强，对其他测试小分子荧光变化微弱见图3。证实了探针n-2-苯氧乙酰基肼-4-甲氧基-1,8-萘酰亚胺对甲醛具有优良的选择性。

实施例6

本发明所述的快速检测甲醛的荧光试纸的应用。

在检测时，将不同浓度的甲醛溶液（0μm、50μm、100μm、200μm、1000μm）滴加在试纸上，5分钟后，在365nm波长紫外灯下可以看到试纸出现明显的蓝绿色荧光。而且，随着甲醛浓度的增加，试纸产生的荧光强度明显增加见图5。说明，该试纸，通过荧光信号的产生对甲醛进行定性检测，能够对水中的甲醛进行快速定性检测。

最后，特别需要说明的是，以上举例仅是本发明的若干具体实施例。本发明显然不限于以上实例，本领域的相关技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。