技术领域
[0001] 本
发明属于分析化学技术领域,具体涉及一种检测过氧亚硝酸根离子的荧光探针及其应用。
背景技术
[0002] 在
生物体内一氧化氮除了能够发挥正常的生理功能外,还与一些细胞和组织损伤有关。现有证据表明,一氧化氮与超氧阴离子反应的产物为过氧亚硝酸根离子(ONOO-)。一方面过氧亚硝酸离子可以在
机体的免疫系统中发挥辅助调节的作用。另一方面过氧亚硝酸根离子是一种强氧化性和强效细胞毒性物质,它是一氧化氮产生病理作用的原因,它能导致DNA损伤、酶抑制、细胞死亡和细菌中毒并能够引起一系列
疾病。目前,已经发现在败血性休克、缺血-
再灌注损伤、动脉粥样硬化、糖尿病、老年痴呆症等疾病中都有过氧亚硝酸根离子的存在。通过对自由基的检测研究,可以帮助我们更好的解释疾病产生的原因,可以采取有效的
预防措施,减少其对机体的损伤程度,因此,开展对细胞内过氧亚硝酸根离子的检测是非常必要的。
[0003] 生物体内过氧亚硝酸根离子的寿命非常短,导致通常情况下稳态浓度极低,而短寿命和低浓度意味着过氧亚硝酸根离子的测定非常困难。目前测定自由基的方法主要有
电子自旋共振法(ESR)、高效液相色谱法(HPLC)、
化学发光法(CL)等,其中荧光探针分析法由于具有灵敏度高、简单易行、高选择性,并且小分子荧光探针还具有易合成、立体位阻小、结合位点多等优点。因此,在过氧亚硝酸根离子的检测中有着广阔的发展空间和应用前景。
发明内容
[0004] 为了提供一种新的过氧亚硝酸根离子检测
试剂,本发明提供一种检测过氧亚硝酸根离子的荧光探针,探针的响应速度快、抗干扰能
力强。
[0005] 本发明的另一目的是提供一种上述荧光探针在检测溶液中或生物细胞内过氧亚硝酸根离子的应用。
[0006] 为实现上述目的,本发明采用如下技术方案。
[0007] 一种检测过氧亚硝酸根离子的荧光探针,其化学结构式如式(I)所示:式(I)。
[0008] 上述荧光探针的制备方法,包括以下步骤:(1)β-
氨基丙酸和对
甲苯磺酰氯在NaOH溶液中反应,反应结束后加入
盐酸溶液,析出的沉淀纯化后获得化合物1: ;
(2)4-二乙氨基
酮酸与间羟基苯基哌嗪在CH3COOF中回流反应,反应结束后分离提纯,得到化合物2: ;
(3)在氮气保护下,化合物1、化合物2、EDC、HOBT和DIEA在DMF中反应,反应结束后分离提纯得到化合物3: ;
(4)化合物3与
水合肼在无水
乙醇中反应,反应结束后分离提纯得到荧光探针。
[0009] 所述β-氨基丙酸和对甲苯磺酰氯的摩尔比为1:1.2-1.5。
[0010] 步骤(1)中,所述纯化步骤为:将沉淀冷水洗涤后,干燥,然后以二氯甲烷溶解,以体积比为5:1的石油醚:乙酸乙酯为淋洗液过柱层析。
[0011] 步骤(2)中,所述分离提纯步骤为:将反应混合物浓缩,浓缩液以体积比为5:1的CH2Cl2:MeOH为淋洗液过柱层析。
[0012] 步骤(3)中,所述分离提纯步骤为:将反应混合物浓缩,浓缩液以体积比为15:1的CH2Cl2:MeOH为淋洗液过柱层析。
[0013] 步骤(4)中,所述分离提纯步骤为:将反应混合物浓缩,浓缩液以体积比为20:1的CH2Cl2:MeOH过柱层析。
[0014] 一种上述荧光探针在检测溶液、细胞中过氧亚硝酸根离子的应用。
[0015] 本发明的机理如下:本发明所述的荧光探针可在过氧亚硝酸根离子存在的环境下,使得罗丹明衍生物螺酰胺形成开环结构,生成具有高荧光发射能力的形态,通过检测不同的荧光强度来测定过氧亚硝酸根离子。
[0016] 本发明具有以下优点:本发明所述的检测细胞内过氧亚硝酸根离子的荧光探针可经化学合成获得,合成工艺简单易行,原料廉价易得,制备成本低,易于推广。本发明所述的检测细胞内过氧亚硝酸根离子的荧光探针具有高特异性,在进行相应过氧亚硝酸根离子的检测过程中不受其他组分的干扰,可用于活细胞内过氧亚硝酸根离子的实时测定,具有广阔的应用前景。本发明所述的检测细胞内过氧亚硝酸根离子的荧光探针灵敏度高,具有良好的荧光发射
光谱特性(550-700 nm),通过绘制标准曲线进行细胞内过氧亚硝酸根离子的测定,可以实现对细胞内过氧亚硝酸根离子的快速准确检测的目的。
附图说明
[0017] 图1是化合物1的1H NMR图谱;图2是化合物3的1H NMR图谱;
图3是荧光探针的1H NMR图谱;
图4是荧光探针在不同浓度过氧亚硝酸根离子下的荧光光谱及线性关系数据;
图5是荧光探针对过氧亚硝酸根离子的影响时间;
图6是荧光探针与不同物质反应后的荧光光谱及与过氧亚硝酸根离子时间响应光谱;
图7是用不同浓度的探针处理HepG2细胞8小时的细胞活性图;
图8是荧光探针在活细胞中的成像应用。
具体实施方式
[0018] 下面结合
实施例和附图对本发明做进一步说明,但本发明不受下述实施例的限制。
[0019] 实施例1 荧光探针的合成(1)将β-氨基丙酸(600 mg, 6.7 mmol)加入蒸馏水(4 mL)中,加入NaOH水溶液(2 M,
3.4 mL),然后加入对甲苯磺酰氯(1.83 g, 9.6 mmol),反应混合物在35℃下搅拌。加入1M的NaOH的水溶液,使pH值保持在9,待
碱完全消耗后,在35℃下搅拌一小时,过滤除去未反应的对甲苯磺酰氯,在0℃条件下,用5 M的HCl水溶液
酸化反应混合物,使pH=2,析出的白色沉淀通过过滤、冷水洗涤、二氯甲烷
溶剂溶解,过柱层析纯化(石油醚:乙酸乙酯=5:1),即为化合物1,其1H NMR图谱如图1:
;
(2)将4-二乙氨基酮酸(940 mg, 3 mmol),间羟基苯基哌嗪(534.7 mg, 3 mmol),溶于
5 mL CH3COOF中,于90℃加热回流反应12 h,将反应混合物
真空浓缩,并通过柱层析纯化(CH2Cl2:MeOH=5:1v/v)得到红色粉末,即为化合物2,其1H NMR图谱如图2:
;
(3)将化合物1(243.3 mg, 1 mmol),化合物2(456.6 mg, 1 mmol),EDC(383.4 mg, 2 mmol),HOBT(67.6 mg, 0.5 mmol)溶于2 mL DMF中,搅拌10 min后加入200 µL DIEA,在氮气保护下于室温搅拌5 h,分别用水和饱和NaCl萃取除去DMF,将反应混合物真空浓缩,并通过柱层析纯化(CH2Cl2:MeOH=15:1v/v)得到粉红色粉末,即为化合物3,其1H NMR图谱如图3:
;
(4)将化合物3(234.2 mg, 0.3 mmol),水合肼(150.2 mg, 3 mmol)溶于10 mL无水乙醇中,于90℃下加热回流反应2 h,将反应混合物真空浓缩,并通过柱层析纯化(CH2Cl2:MeOH=20:1v/v)得到白色粉末,即为荧光探针,其1H NMR图谱如图4:
。
[0020] 实施例2 荧光探针对不同浓度过氧亚硝酸根离子的响应将实施例1中获得的荧光探针配制为母液(含10%乙腈),加入相同体积、不同浓度含过氧亚硝酸根离子的溶液,以水为空白(0 μM)使得探针浓度为5 μM,进行荧光检测(λex =540 nm);计算各体系中荧光强度;评估该探针对过氧亚硝酸根离子的响应性能,如图4(A)所示:
探针能够对浓度为5-200 μM的过氧亚硝酸根离子作出响应;分析581 nm处的荧光强度与5-
50 μM过氧亚硝酸根离子浓度的线性关系,如图4(B)所示:该浓度范围内,荧光强度与过氧亚硝酸根离子浓度线性关系良好,线性回归方程为y=24.34x-42.64,R=0.9961。
[0021] 实施例3 荧光探针对过氧亚硝酸根离子的响应时间将实施例1中获得的荧光探针配制为母液(含10%乙腈),加入含过氧亚硝酸根离子的溶液,使得探针浓度为5 μM,过氧亚硝酸根离子的浓度为100 μM,每隔5s进行荧光检测(λex =
540 nm),共检测10min;计算各体系中荧光强度;评估该探针对过氧亚硝酸根离子的响应速度,如图5所示:加入ONOO-之后响应时间小于5 s,说明探针对ONOO-响应非常迅速。
[0022] 实施例4 荧光探针对不同离子的选择性将实施例1中获得的荧光探针配制为5 μM缓冲溶液(含5%乙腈,pH = 7.5),分别取4mL探针溶液分别加入100 μL浓度为40 mM的Hcys、Na2S、Na2SO3、NO、H2O2、Cys、NaNO2、Vc及
金属离子等的PBS溶液。然后进行荧光检测(λex = 540 nm);计算各体系中荧光强度;评估该不同物质对荧光探针溶液的干扰性,结果如图6所示,其中1-17分别为1. Blank;2. Ba2+;3. Al3+;4. Ca2+;5. Co2+;6. Na+;7. Cys;8. Fe2+;9. GSH;10. Hcy;11. Hg2+;12. K+;13. Mg2+;
14. OCl-;15. CO32-;16. SO32-;17. ONOO-。可见,本发明的探针仅对氧亚硝酸根离子有响应,抗干扰能力强。
[0023] 实施例5 荧光探针对细胞的毒性将HepG2细胞以每孔8000个细胞的
密度接种到96孔板中,并在培养基(100 mL)中培养过夜,然后在不同浓度的RHPN中孵育24小时。然后添加10 mL浓度为5 mg / mL的MTT溶液3小时,然后除去培养基并用100 mL二甲基亚砜(DMSO)溶解沉淀物,然后将板振摇40min。最后,用酶标仪测量溶液的570 nm的吸光度,以评估探针的细胞毒性,结果见图7。可见,本发明的探针在1-50 μM的浓度范围内,细胞存活率为85 %以上,对细胞毒性低。
[0024] 实施例6 荧光探针在活细胞中的成像应用将实施例1制备的荧光探针配制为10 μM缓冲溶液(含5%乙腈,pH = 7.5);将3份HeGp2细胞在DMEM培养基(含10 %胎
牛血清)中,于37 ℃、5 % CO2和20 % O2的
培养箱中培养48 h,然后一份用微量进样器吸取荧光探针溶液注入含有HeGp2细胞的培养基中,继续在培养箱中培养30 min,之后用PBS缓冲液冲洗培养细胞3次,进行荧光成像(λex=561 nm);另外两份-
加入荧光探针培养30min后再分别加入100 μM和200 μM ONOO 溶液,在培养箱中培养30 min,之后用PBS缓冲液冲洗培养细胞3次,进行荧光成像(λex=561 nm),结果见图8:HepG2细胞显示相对较弱的荧光,当加入ONOO-溶液后,红色荧光增强,而且荧光强度随ONOO-浓度的增加而增加。