基于羅丹明B的光“關(guān)-開(kāi)”型Fe3+熒光探針的構(gòu)建研究

摘要過(guò)渡金屬離子Fe3+在生命體系的發(fā)展過(guò)程中擔(dān)當(dāng)重要角色，熒光探針因其具有操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、時(shí)空分辨能力強(qiáng)等特點(diǎn)得到了廣泛。自主設(shè)計(jì)合成了一類新型的Fe3+熒光探針。詳細(xì)考查了其對(duì)不同金屬離子的光譜分辨能力，結(jié)果表明：在中性乙醇–水溶液中，探針只對(duì)Fe3+表現(xiàn)出選擇性的熒光增強(qiáng)和顏色變化（從無(wú)色到粉色），檢測(cè)限達(dá)到10-7

mol/L的水平，這一變化是源于從內(nèi)酰胺環(huán)（無(wú)熒光/off型）到開(kāi)環(huán)胺（熒光/on型）的轉(zhuǎn)化過(guò)程，對(duì)其它金屬離子沒(méi)有反應(yīng)。利用等物質(zhì)的量連續(xù)法測(cè)得探針與Fe3+的結(jié)合比是1:1，同時(shí)EDTA實(shí)驗(yàn)證明該結(jié)合模式具有可逆性。引言過(guò)渡金屬離子Fe3+在生命體系的發(fā)展過(guò)程中擔(dān)當(dāng)重要角色，F(xiàn)e3+的轉(zhuǎn)運(yùn)、儲(chǔ)存、平衡都與生物體有關(guān)。例如，線粒體的呼吸鏈就是Fe3+作為酶反應(yīng)的催化劑。但是Fe3+的缺乏和過(guò)量也會(huì)導(dǎo)致生命體的機(jī)能發(fā)生紊亂。因此找到合適的跟蹤監(jiān)測(cè)Fe3+的熒光探針一直是研究的熱點(diǎn)。近年來(lái)，大量有關(guān)金屬離子的熒光探針相繼被報(bào)道，但是針對(duì)識(shí)別Fe3+的熒光探針不多，同時(shí)由于Fe3+自身具有順磁性，往往會(huì)導(dǎo)致熒光猝滅，熒光增強(qiáng)型的Fe3+熒光探針少之又少。因此構(gòu)建光“關(guān)-開(kāi)”型的Fe3+熒光探針就顯得尤為重要?？紤]應(yīng)用到生物環(huán)境中其它過(guò)渡金屬離子對(duì)Fe3+識(shí)別的影響。選擇高熒光量子產(chǎn)率的熒光團(tuán)作為Fe3+熒光探針的信號(hào)體是一個(gè)有利條件；另一方面，由于Fe3+的水溶液和有機(jī)溶液都具有顏色，在紫外和近可見(jiàn)光區(qū)都有一定的吸收，所以熒光團(tuán)的選擇還應(yīng)該考慮到其吸收光譜和發(fā)射光譜要避開(kāi)紫外和近可見(jiàn)光區(qū)。羅丹明內(nèi)酰胺類化合物具有通過(guò)金屬離子誘導(dǎo)化合物的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生光“關(guān)–開(kāi)”效應(yīng)的理想潛能，利用此原理羅丹明B及其衍生物已被廣泛應(yīng)用到醫(yī)學(xué)、生物學(xué)以及分析化學(xué)領(lǐng)域。因此本研究以羅丹明為母體進(jìn)行設(shè)計(jì)，使它形成具有內(nèi)酰胺螺環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物，充分利用識(shí)別基團(tuán)與Fe3+結(jié)合后導(dǎo)致羅丹明B結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使得熒光增強(qiáng)，成功構(gòu)建基于羅丹明B的光“關(guān)-開(kāi)”型Fe3+熒光探針。

正文部分1

實(shí)驗(yàn)部分1.1

主要儀器與試劑1.2

實(shí)驗(yàn)方法1.2.1

化合物的合成1.2.2

測(cè)試條件探針P儲(chǔ)備液濃度為1mmol/L，后續(xù)實(shí)驗(yàn)中探針P溶液濃度均為10μmol/L。測(cè)定熒光光譜的激發(fā)波長(zhǎng)為530nm，激發(fā)和發(fā)射狹縫均為10nm。測(cè)試介質(zhì)為：V（乙醇）：V（水）

=1:4，pH6.5，20mmol/L羥乙基哌嗪乙硫磺酸（HEPES）。

2

結(jié)果與討論2.1

pH及介質(zhì)中水的含量對(duì)探針P性能的影響圖1a所示的是乙醇中水的含量對(duì)探針P識(shí)別Fe3+的影響。2.2

金屬離子和陰離子對(duì)探針P熒光光譜和吸收光譜的影響通過(guò)金屬離子和陰離子對(duì)探針P的吸收光譜和熒光光譜的影響來(lái)考查其識(shí)別能力。在探針P的乙醇-水溶液中，分別加入同等濃度的常見(jiàn)金屬離子（Na+、K+、Ag+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Pb2+、Cu2+、Hg2+、Cd2+、Co2+、Ni2+、Mn2+、Cr3+、Fe3+、Fe2+、Al3+）和陰離子（ClO-、NO3-、CO32-、Cl-、Ac-、ClO4-、Br-、HPO42-），結(jié)果如圖3所示。2.3

探針P識(shí)別Fe3+時(shí)常見(jiàn)金屬離子和陰離子的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)選擇性實(shí)驗(yàn)證明了探針P對(duì)Fe3+具有較好的專一性后，又考察了探針P在多種金屬離子和陰離子存在的情況下的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)，如圖3所示。2.4

Fe3+對(duì)探針P熒光光譜和吸收光譜的影響Fe3+對(duì)探針P的熒光光譜和吸收光譜的影響如圖4所示。2.5

探針P與Fe3+結(jié)合的可逆性探針的可逆性是評(píng)價(jià)其性能的一個(gè)重要指標(biāo)，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，探針的可重復(fù)使用具有重要的意義。圖5為考察探針P-Fe3+體系的可逆性實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2.6

推測(cè)探針P與Fe3+的結(jié)合模式通過(guò)等物質(zhì)的量連續(xù)變化（Job-plot）法測(cè)定P與Fe3+的結(jié)合比。固定P-Fe3+體系的總濃度為50μmol/L，繪制Job-plot曲線，如圖6所示。3

結(jié)論結(jié)論自主合成了一種結(jié)構(gòu)新穎的以羅丹明B為熒光體的光“關(guān)–開(kāi)”型