[发明专利]一种镉离子荧光探针及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于化学分析检测领域，具体涉及一种镉离子荧光探针及其制备方法和应用，所述镉离子荧光探针能够检测宽pH工作范围的镉离子检测。

背景技术

镉是一种对人体健康具有严重毒害作用的重金属，会造成肾功能不全，钙代谢紊乱，增加肺癌、前列腺癌、胰腺癌和肾癌的发生率。镉广泛应用在工业和农业中，造成土壤和水域中的大量累积，被各种动植物吸收并通过食物链富集而进入人体。尽管镉离子对环境以及人体健康造成不良影响，但是镉离子的致病机理依然不清楚。因此寻求快速、高效的镉离子检测方法，使其应用于医药、环境、食品等领域是十分必要的。荧光检测法方法简便，而且在灵敏度、选择性、响应时间以及生物应用等方面具有突出优点，近年来得到广泛应用。

目前，大多数已报道的镉离子荧光探针主要是基于EDTA酰胺衍生物为配体或DPEA/DPA为配体的镉离子探针,通过与镉离子络合后发生荧光的淬灭或增强，或荧光发射波长的红移或蓝移来实现检测镉离子[(a)Gunnlaugsson,T.；Lee,T.C.；Parkesh,R.Org.Lett.2003,5,4065.(b)Yang,Y.-Y.；Cheng,T.-Y.；Zhu,W.-P.；Xu,Y.-F.；Qian,X.-H.Org.Lett.2011,13,264.(c)Taki,M.；Desaki,M.；Ojida,A.；Iyoshi,S.；Hirayama,T.；Hamachi,I.；Yamamoto,Y.J.Am.Chem.Soc.2008,130,12564.(d)Liu,Z.P.；Zhang,C.L.；He,W.J.；Yang,Z.H.；Gao,X.；Guo,Z.J.Chem.Commun.2010,46,6138.]。这些镉离子探针通常具有较好的灵敏度以及快速的响应时间，但是对镉离子的结合选择性比较差，容易受到其他金属离子特别是同族金属锌和汞离子的干扰。为了对结合不利的目标分析物具有特异的结合选择性，受体最好能够对目标分析物具有区别于一般的结合模式。换句话说，受体能够针对不同的目标分析物变换构型来提高结合选择性，即变型受体。变型受体能够对竞争物种采取常见的结合构型，而针对目标分析物则会改变构型而采用最优结合模式，从而实现对目标分析物的专一识别。酰胺DPA是一种利用酰胺的互变异构作为变型因子来设计变型受体，在已报道的实例中对金属离子能够表现出专一的结合选择性。

镉在土壤以及动植物中的吸收和累计，以及镉离子对生物体的毒性，严重依赖于环境的pH。例如Bervoets等人对河蚊幼虫在不同pH条件下的镉吸收做了研究，发现在pH 5.5-9范围内，随着pH的增加镉的吸收也增加；而在pH 9-10范围内，随着pH的增加镉的吸收下降。很多的研究已经证明降低pH可以减小镉的毒性。沃登等人证实，镉在pH值为5的大肠杆菌中毒性比在pH为7中的要低很多。然而，已报道的镉离子探针只能在很窄的pH范围内检测镉离子。

本发明涉及的镉离子荧光探针使用酰胺DPA变型受体很好的解决了选择性和pH检测范围的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种镉离子荧光探针及其制备方法和应用，该探针对镉离子具有专一的结合选择性和荧光响应，探针中以4-氨基-7-硝基苯噁二唑为荧光团，酰胺DPA为受体，酰胺官能团的互变异构使得受体具有变型能力，即以亚胺酸的异构体结合镉离子，而以酰胺异构体的结构结合其他金属离子，表现为对镉离子的专一结合选择性。探针结合镉离子后荧光强度增强65倍；与其他金属离子特别是同族元素结合后没有明显的荧光变化，表现为对镉离子的专一荧光信号选择性，适用于较宽的pH检测范围(pH 4.5-11.5)，且灵敏度较高，制备方法简单，适合放大合成和实际应用。

本发明采用的技术方案：

一种镉离子荧光探针，该荧光探针结构如下：

所述镉离子荧光探针的制备方法，具体步骤如下：

(1)中间体4-氨基-7-硝基苯噁二唑的合成：将4-氯-7-硝基苯噁二唑溶于甲醇，加入氨水得反应液，反应液在氮气保护下反应12-36小时，反应结束后旋干反应液，粗产物用硅胶柱分离，所得固体即为4-氨基-7-硝基苯噁二唑；

(2)中间体2-氯-N-(7-硝基苯噁二唑-4-)酰胺的合成：4-氨基-7-硝基苯噁二唑和4-二甲基氨基吡啶溶于二氯甲烷中得溶液A，溶液A置于冰浴中搅拌，再将2-氯乙酰氯溶于二氯甲烷得溶液B，将溶液B逐滴加入溶液A中，室温下搅拌反应1-5小时，旋干反应液得粗产物，粗产物通过柱色谱分离，所得固体即为2-氯-N-(7-硝基苯噁二唑-4-)酰胺；