一种具有过氧亚硝酸盐识别功能的AIE荧光探针及其制备方法和用途

本发明涉及一种具有过氧亚硝酸盐识别功能的aie荧光探针及其制备方法和用途，属于onoo-离子检测和荧光分子探针领域。

背景技术：

1、光功能材料一般情况下在聚集状态或者溶液浓度较大时荧光会被减弱或猝灭(acq)，相较于传统的聚集导致荧光猝灭型探针，聚集诱导发光型(aie)探针往往拥有良好的光稳定性、高信噪比和耐光漂白等优点，并且由于探针具有的aie特性，大大提高了探针的成像效果和荧光成像寿命。有一些特定的分子材料依据分子间特殊的相互作用(形成j聚集体、非紧密堆积和分子内旋转受限等)而发生与传统光功能材料相反的聚集诱导发光的特性，此类材料作为化学传感器在与识别客体发生结合以后，会导致分子内或分子间的构型发生改变，从而导致aie效应的变化，可以通过荧光发射的形式被察觉。近年来，聚集诱导发光材料的出现，极大地改善有机光电材料在上述器件中的性能，成为近年来有机光电材料发展的重要方向之一。与现有技术相比，本发明所述具有aie效应的探针克服了聚集导致荧光猝灭效应，从而有更高的发光效率和信噪比。

2、过氧亚硝酸盐(onoo-)是一种内源性产生的具有抗菌活性的氧化剂，是重要的生物活性氧之一，在生理和病理过程中发挥重要作用。过氧亚硝酸盐的含量变化对活细胞有显著影响，因此，对活细胞中onoo-的检测非常重要。然而，由于其具有较高的氧化及硝化能力，研究表明，onoo-可对许多重要的生物分子造成损伤，过量的onoo-可导致细胞紊乱、损伤甚至死亡，从而引起多种疾病。最近的研究还发现，异常水平的onoo-可诱导细胞膜渗透，导致细胞死亡。因此，开发一种可靠的、易于使用的方法来监测生物体中onoo-具有重要意义。

3、脂滴在细胞中是一种动力学器官，以不断合成以及消耗的循环方式参与细胞的代谢过程。脂滴不仅在脂质的存储以及膜的合成和转运中起到关键作用，它还参与了脂肪酸转运、蛋白储存及降解、炎症反应、病毒复制等细胞活动过程。许多疾病，如肥胖、糖尿病和脂肪肝，都是由脂滴的过量而导致的族病。靶向脂滴的探针能够在生理和病理条件下对脂滴进行成像和跟踪，通过对脂滴功能的深度研究，可望实现这些疾病的早期诊断及有效治疗。

4、荧光探针技术因具有选择性好、灵敏度高、简单快速且不需要借助昂贵仪器的优点而被广泛地应用于各种离子的检测。利用紫外/荧光性能与离子浓度的关系可以对离子进行定量或定性的分析，方便、快捷，具有较高的选择性和灵敏度，非常适合于离子的实时或原位检测。基于以上原因，近年来各种结构新颖、高选择性的onoo-离子荧光探针不断涌现。然而，同时具有聚集诱导效应、能靶向脂滴且能很好的裸眼识别onoo-离子的多功能荧光探针尚不多见。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种具有过氧亚硝酸盐识别功能的aie荧光探针及其制备方法和用途。所要解决的技术问题是通过分子设计得到能够检测onoo-离子且可以靶向脂滴的荧光探针，且该探针是具有aie效应的d-π-a型有机荧光材料。氰基基团具有很强的吸电子能力和结构的简单性，是光致发光荧光材料的理想受体，而且氰基基团可以在分子内部产生空间位阻并导致分子构象扭曲，使荧光团免受acq效应；另外，咔唑是一种具有特殊刚性结构的含氮芳香杂环，其衍生物具有许多独特的光电性质和生物活性，在本发明中咔唑基团和苯环之间通过单键连接能够有效抑制其在溶液中的旋转而获得好的aie效果。在此，我们基于氰基的电子受体和咔唑-3-苯基的电子供体合成了一种具有aie效应的d-π-a型有机荧光材料。本发明提出的化合物在聚集状态下显示出强烈的红色荧光，表现出明显的聚集诱导发光(增强)性质。

2、由于探针的识别性能与探针分子的空间结构及识别位点等因素有关，所以本发明以苯基取代的咔唑基团为荧光发色团母体，设计并合成了具有-ch＝ch-结构的化合物，能产生特定的紫外及荧光现象。探针cbd中的双键可被onoo-氧化，释放产物cb-cho，从而导致荧光光谱蓝移。同时，分子中咔唑基团的9-位n原子上引入的丁基基团和二氰基异佛尔酮中的甲基基团有利于探针分子靶向脂滴细胞器；咔唑基团和苯环之间通过单键连接能够有效抑制其在溶液中的旋转从而获得好的aie效果。

3、本发明具有过氧亚硝酸盐识别功能的aie荧光探针，其结构式如下所示：

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5、本发明具有过氧亚硝酸盐识别功能的aie荧光探针的制备方法，是基于3-苯醛-9-丁基咔唑与二氰基异佛尔酮反应得到具有aie效应的d-π-a型有机荧光材料，具体包括如下步骤：

6、分别称取0.33g(1.0mmol)3-苯醛-9-丁基咔唑和0.22g(1.2mmol)二氰基异佛尔酮，溶解在40ml无水乙醇中，并加入0.2ml的哌啶，80℃回流反应6h，有红色固体析出，冷却至室温，减压抽滤，粗产物用无水乙醇洗涤得到红色产物0.216g，即为目标产物，产率约43.8％。

7、本发明合成路线如下：

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9、本发明具有过氧亚硝酸盐识别功能的aie荧光探针的用途，是用于制备定性或定量检测onoo-的检测试剂。

10、本发明具有过氧亚硝酸盐识别功能的aie荧光探针能靶向脂滴。

11、进一步地，在含水介质中进行紫外-可见吸收光谱测定，通过溶液颜色的变化实现对onoo-的定性或定量检测。

12、进一步地，在含水介质中进行荧光光谱测定，通过荧光强度的变化实现对onoo-的定性或定量检测。

13、所述含水介质为二甲亚砜和水按体积比3：2构成的混合溶液。

14、本发明探针cbd中含有取代咔唑基团和二氰基异佛尔酮基团，其化合物结构特征是具有-ch＝ch-结构，它的双键易被onoo-氧化，释放产物cb-cho，导致荧光光谱蓝移。

15、本发明荧光探针化合物可用于onoo-离子的识别和检测，对多种离子有较强的抗干扰能力，并且本发明荧光探针化合物可与onoo-离子混合产生明显的颜色变化现象可以实现裸眼识别和比色分析。此外，该探针能够靶向细胞中脂滴，具有较高的共定位系数。

16、本发明的有益效果体现在：

17、在实际应用中，有机发光材料大多以聚集态或薄膜形式存在，其acq效应在一定程度上降低了体系的灵敏度，从而限制了其在光电、传感和生物领域的应用。本发明利用氰基的强吸电子能力，与咔唑基团取代物相结合可以在分子内部产生空间位阻并导致分子构象扭曲，从而避免探针在高浓度时会发生分子间π-π堆积诱导荧光淬灭，使其具有显著的aie效应。而具有aie效应的荧光材料则可以在聚集态以及固体状态下发出荧光，在实际应用方面有着巨大的潜力。荧光探针在检测痕量onoo-离子方面相比其他方法具有独特的优势，因为其具有良好选择性、灵敏性、操作简单可以于生物成像。发射波长在红外或者近红外区域的荧光染料在生物成像方面更受欢迎，因为它可以减少背景干扰、减少对生物样品的光损伤、具有深的组织穿透能力。

18、本发明荧光探针化合物具有多功能性，可以通过紫外-可见分光光度法和荧光光谱法分别实现对onoo-离子的识别。本发明荧光探针化合物可用于在含水的介质中对onoo-离子的快速裸眼识别、定量检测，而且对onoo-离子识别具有较高的选择性和较好的抗干扰能力，并且明显的颜色变化现象可以实现裸眼识别和比色分析。在生物应用方面对探针的实用性探究表明，该探针溶液可对细胞中外源性的onoo-离子的进行检测。在共定位实验中发现本发明的荧光探针对脂滴的特异性共定位系数高达0.88，说明本发明的探针对脂滴具有很好的靶向性。上述实验结果表明我们所合成的探针在环境监测及生物体中有良好的应用前景。