一種用于甲醛監(jiān)測(cè)的殼聚糖基熒光探針及其制備方法和應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)用于甲醛監(jiān)測(cè)的殼聚糖基熒光探針及其制備方法和應(yīng)用，屬于熒光探針技術(shù)領(lǐng)域。探針?lè)肿拥慕Y(jié)構(gòu)式為：n的范圍為：24≤n≤607。本發(fā)明專利技術(shù)設(shè)計(jì)的殼聚糖基檢測(cè)甲醛熒光探針，制備簡(jiǎn)單、合成路線成熟，能夠?qū)Νh(huán)境及細(xì)胞中的甲醛進(jìn)行快速準(zhǔn)確檢測(cè)并可以熒光成像。殼聚糖基甲醛探針在用于生物體內(nèi)外的甲醛的檢測(cè)中表現(xiàn)出良好的生物相容性、選擇性、靈敏度和光穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)有機(jī)小分子熒光探針相比，殼聚糖基探針的使用更加方便且毒害作用更低，應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)前景更為廣闊。應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)前景更為廣闊。應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)前景更為廣闊。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種用于甲醛監(jiān)測(cè)的殼聚糖基熒光探針及其制備方法和應(yīng)用


[0001]本專利技術(shù)屬于熒光探針
，具體涉及一種用于甲醛監(jiān)測(cè)的殼聚糖基熒光探針及其制備方法和應(yīng)用。

技術(shù)介紹

[0002]甲醛(HCHO)是活性羰基物質(zhì)之一，在生理和病理過(guò)程中扮演比較重要的角色。一方面，HCHO參與氨基酸、神經(jīng)遞質(zhì)、蛋白質(zhì)等的合成，通過(guò)DNA去甲基化循環(huán)對(duì)認(rèn)知能力和記憶形成具有重要意義。另外，HCHO是一種基礎(chǔ)化工原料，應(yīng)用于塑料、化妝品和木材加工等各行各業(yè)。作為一類環(huán)境污染物和致癌物，HCHO水平的異常對(duì)生物體造成很大的危害。由于HCHO在代謝酶途徑中的復(fù)雜穩(wěn)態(tài)，生物系統(tǒng)中的HCHO水平維持在200
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400mM 的范圍內(nèi)。正常生理系統(tǒng)中的內(nèi)源性HCHO是由脫甲基化酶和碳代謝介導(dǎo)的N
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甲基化氨基酸殘基去甲基化產(chǎn)生的，HCHO可以在生物體內(nèi)通過(guò)多種高效代謝途徑分解，對(duì)生物體無(wú)害。但是，從環(huán)境中攝入過(guò)多的HCHO會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重?fù)p害。例如，過(guò)量的HCHO對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有害，有引起阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病的風(fēng)險(xiǎn)，并引發(fā)慢性肝病、癌癥、糖尿病等疾病。為了研究HCHO穩(wěn)態(tài)的復(fù)雜性，開(kāi)發(fā)可靠且有效的方法來(lái)監(jiān)測(cè)HCHO水平至關(guān)重要。
[0003]目前，HCHO的監(jiān)測(cè)分析方法有比色測(cè)定法、氣相色譜法、高效液相色譜法和選擇離子流管質(zhì)譜法等。然而，這些方法受到靈敏度差、操作復(fù)雜、時(shí)空分辨率損失和生物組織的侵入破壞性等問(wèn)題的限制，并不適用于活體標(biāo)本的HCHO檢測(cè)和成像。光學(xué)成像是一種無(wú)創(chuàng)性成像技術(shù)，它可以使用熒光或化學(xué)發(fā)光探針以最小的干擾對(duì)生命系統(tǒng)中的HCHO進(jìn)行成像。此外，該方法還具有靈敏度高、選擇性好、易于操作、在活細(xì)胞或復(fù)雜生物標(biāo)本中具有較高的時(shí)空分辨率等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，已見(jiàn)有用于檢測(cè)HCHO的熒光探針報(bào)道，此類探針可應(yīng)用于細(xì)胞、斑馬魚活體、水質(zhì)和食物等方面的HCHO檢測(cè)，對(duì)于揭示HCHO在生物系統(tǒng)中的作用具有重要意義。然而，已報(bào)道的熒光探針中大多數(shù)是基于疏水共軛芳香類有機(jī)小分子染料，且具有較強(qiáng)的細(xì)胞毒性。因此檢測(cè)HCHO的過(guò)程一般在具有揮發(fā)性和有毒的有機(jī)溶劑或混合水溶液中進(jìn)行，這極大地制約了其實(shí)際應(yīng)用。另外面臨的一個(gè)主要問(wèn)題是對(duì)HCHO響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，這是由于在環(huán)境條件下開(kāi)發(fā)的熒光探針與低濃度HCHO之間的化學(xué)反應(yīng)相對(duì)較慢所致。
[0004]聚合物熒光傳感材料的設(shè)計(jì)通常是在其側(cè)鏈或主鏈上結(jié)合許多功能性染料分子來(lái)構(gòu)建。因此，聚合物熒光探針可以利用多個(gè)識(shí)別位點(diǎn)的協(xié)同作用更有效地結(jié)合低濃度分析物，從而實(shí)現(xiàn)理想的信號(hào)放大和快速的熒光響應(yīng)。因此，生物質(zhì)聚合物探針有可能克服這些傳統(tǒng)小分子探針的局限性。同時(shí)，通過(guò)修飾或共聚策略將疏水熒光分子引入具有水溶性功能的生物質(zhì)聚合物中是可實(shí)現(xiàn)的，這就可以避免在分析物檢測(cè)過(guò)程中使用有毒和揮發(fā)性有機(jī)溶劑，降低了毒性。
[0005]殼聚糖(CS)是一類無(wú)毒、可生物降解和生物相容性的天然多糖。改性殼聚糖更是具備優(yōu)異的生物降解、抗菌、免疫、金屬結(jié)合和金屬吸附能力以及傷口愈合能力等生物特性。另外，殼聚糖是藥物輸送、食品包裝和廢水處理的優(yōu)良候選物，也被用作細(xì)胞培養(yǎng)、基因傳遞和組織工程的支持對(duì)象。本專利通過(guò)點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)形成的三唑結(jié)構(gòu)將利用光致電子轉(zhuǎn)
移機(jī)制設(shè)計(jì)的熒光團(tuán)和修飾后的CS連接起來(lái)，制備了一種殼聚糖基熒光探針聚合物(CS
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FA),利用特定的甲醛
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胺縮合反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)HCHO的高選擇性快速檢測(cè)，該探針實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞和斑馬魚的熒光成像。另外，將CS
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FA制備成試紙條與水凝膠熒光傳感器，應(yīng)用于甲醛氣體與水溶液的檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0006]本專利技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中甲醛分子熒光探針檢測(cè)所面臨的問(wèn)題和現(xiàn)狀，本專利技術(shù)通過(guò)合理設(shè)計(jì)，制備出一種具備響應(yīng)時(shí)間快和較高選擇性的殼聚糖基檢測(cè)HCHO的熒光探針聚合物材料。
[0007]本專利技術(shù)提出了一種具有親水性的殼聚糖基聚合物熒光探針，即肼基
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萘酰亞胺官能化殼聚糖(CS
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FA)聚合物，它能夠在水溶液中快速、有選擇性地檢測(cè)HCHO。該專利技術(shù)中熒光基團(tuán)的設(shè)計(jì)是基于HCHO和肼基之間的特定化學(xué)反應(yīng)，以觸發(fā)萘酰亞胺熒光團(tuán)的“開(kāi)啟”熒光響應(yīng)。CS
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FA是接枝有大密度肼
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萘酰亞胺識(shí)別位點(diǎn)的親水無(wú)規(guī)卷曲殼聚糖鏈，因此，該聚合物探針能夠利用多個(gè)識(shí)別位點(diǎn)之間的協(xié)同作用，通過(guò)弱超分子相互作用“富集”無(wú)規(guī)卷曲殼聚糖鏈周圍的低濃度HCHO，從而顯著加速HCHO與肼基之間的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而提高了探針的靈敏度。探針CS
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FA還實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞和斑馬魚活體中的外源性甲醛的熒光成像。
[0008]本專利技術(shù)所設(shè)計(jì)熒光探針的熒光發(fā)射機(jī)制如圖9所示。
[0009]本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：
[0010]一種用于甲醛監(jiān)測(cè)的殼聚糖基熒光探針，探針?lè)肿拥慕Y(jié)構(gòu)式為：
[0011]n的范圍為：24≤n≤607。以下目標(biāo)探針簡(jiǎn)稱：CS
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FA。
[0012]一種用于甲醛監(jiān)測(cè)的殼聚糖基熒光探針的制備方法，包括以下制備步驟：
[0013](1)化合物CS
?
N3的合成：稱取2.5g殼聚糖和5.5g鄰苯二甲酸酐，溶于盛有50mL DMF的反應(yīng)瓶中，氮?dú)鈼l件下將體系加熱至130℃持續(xù)6小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)液迅速倒入冰水，有沉淀析出，過(guò)濾后用甲醇萃取12小時(shí)，過(guò)濾并用去離子水洗滌3 次，樣品經(jīng)冷凍干燥后得到3g黃褐色粉末；
[0014](2)將步驟(1)黃褐色粉末加入另一個(gè)反應(yīng)瓶中，然后在氮?dú)鈿夥障录尤?7.5mL DMF 和2.5mL水，攪拌加熱至110℃保持5小時(shí)，再將反應(yīng)液倒入冰水中進(jìn)行沉淀，沉淀經(jīng)抽濾后用甲醇提取12小時(shí)，過(guò)濾后用去離子水洗滌，樣品經(jīng)冷凍干燥處理后，得到淺黃褐色粉末CS
?
PA；
[0015](3)將0.5g CS
?
PA分散于盛有25mL DMF的茄形瓶中，加入0.52g二氮雜二環(huán)和0.94 g二苯基磷酰疊氮化物，在70℃和N2的條件下反應(yīng)12小時(shí)，再將反應(yīng)液自然冷卻至室溫，倒入100mL無(wú)水乙醇靜置，有沉淀生成；再將該沉淀用無(wú)水乙醇和去離子水洗滌三次，再用去
離子水透析2天，最終經(jīng)真空冷凍干燥得到化合物黃色粉末CS
?
N3，產(chǎn)物CS
?
N3應(yīng)儲(chǔ)存在
?
20℃條件下；
[0016](4)化合物NA的合成：將1g 4
?
溴
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1,8
?
萘二甲酸酐和398mg炔丙胺加入到100mL 反應(yīng)燒瓶中，量取38mL無(wú)水乙醇或乙酸乙酯加入反應(yīng)瓶中，在80℃條件下加熱回流，結(jié)束將反應(yīng)液冷卻后，將溶液倒入冰水中，沉淀物過(guò)濾，然后用去離子水和丙酮洗凈，將沉淀物真空冷凍干燥得到淡黃色粉末NA；
[0017](5)將化合物157mg NA和169mg CS
?
N3在氮?dú)獗Ｗo(hù)下溶20mL無(wú)水二本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于甲醛監(jiān)測(cè)的殼聚糖基熒光探針，其特征在于，探針?lè)肿拥慕Y(jié)構(gòu)式為：n的范圍為：24≤n≤607。2.一種權(quán)利要求1所述用于甲醛監(jiān)測(cè)的殼聚糖基熒光探針的制備方法，其特征在于，包括以下制備步驟：(1)化合物CS
?
N3的合成：稱取2.5g殼聚糖和5.5g鄰苯二甲酸酐，溶于盛有50mL DMF的反應(yīng)瓶中，氮?dú)鈼l件下將體系加熱至130℃持續(xù)6小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)液迅速倒入冰水，有沉淀析出，過(guò)濾后用甲醇萃取12小時(shí)，過(guò)濾并用去離子水洗滌3次，樣品經(jīng)冷凍干燥后得到3g黃褐色粉末；(2)將步驟(1)黃褐色粉末加入另一個(gè)反應(yīng)瓶中，然后在氮?dú)鈿夥障录尤?7.5mL DMF和2.5mL水，攪拌加熱至110℃保持5小時(shí)，再將反應(yīng)液倒入冰水中進(jìn)行沉淀，沉淀經(jīng)抽濾后用甲醇提取12小時(shí)，過(guò)濾后用去離子水洗滌，樣品經(jīng)冷凍干燥處理后，得到淺黃褐色粉末CS
?
PA；(3)將0.5g CS
?
PA分散于盛有25mL DMF的茄形瓶中，加入0.52g二氮雜二環(huán)和0.94g二苯基磷酰疊氮化物，在70℃和N2的條件下反應(yīng)12小時(shí)，再將反應(yīng)液自然冷卻至室溫，倒入100mL無(wú)水乙醇靜置，有沉淀生成；再將該沉淀用無(wú)水乙醇和去離子水洗滌三次，再用去離子水透析2天，最終經(jīng)真空冷凍干燥得到化合物黃色粉末CS
?
N3，產(chǎn)物CS
?
N3應(yīng)儲(chǔ)存在
?
20℃條件下；(4)化合物NA的合成：將1g 4
?
溴
?<...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：任明光，孫輝，徐慶雨，孔凡功，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：齊魯工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：