[发明专利]一种苯并喹啉类可用于氟离子检测的比率型近红外荧光分子探针的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种苯并喹啉类可用于氟离子检测的比率型近红外荧光分子探针的制备方法及其应用，其化学结构式如下：式I该比率型荧光探针以10‑羟基苯并[H]喹啉衍生物为母体结构，基于ESIPT机理实现纯水体系和生物体系中氟离子的检测。该探针分子在PBS缓冲溶液中最大发射波长在498 nm，当加入氟离子后，探针的最大发射波长红移至637 nm，处于近红外区，能效避免生物自发荧光的干扰。同时，本发明所述的荧光分子探针水溶性好、灵敏度高、特异性强，在环境和生命科学领域具有较强的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及的是化学分析检测技术领域，具体涉及一种苯并喹啉类的比率型近红外荧光分子探针的制备方法以及该荧光分子探针在检测氟离子方面的应用。

背景技术

氟离子是人体所必须的元素之一，同时也是最小的阴离子，具有强腐蚀性等独特性质。适量的氟化物可以预防龋齿和治疗骨质疏松症，因此被广泛应用在牙膏、药物甚至引用水中。然而，由于氟离子在人体内的代谢极慢，摄入过量的氟将会对人体造成永久性、不可逆的伤害，如氟中毒、尿石症，甚至死亡。美国环境保护署（EPA）设定了饮用水中氟离子的最大污染物水平（MCL）为4 mgL^-1（4 ppm或211 mM）。因此，开发快速有效的氟离子检测分析方法在环境和生物系统中非常重要。

迄今为止，已有氟离子选择电极法、氟试剂比色法、离子色谱法等方法用于氟离子的分析检测，但这些检测方法存在分析时间长，操作方法复杂，误差大等问题，限制了其进一步使用。相比之下，荧光分析法由于具有高选择性、高灵敏度、方便快捷、成本低廉、可以实时原位检测等优点，受到了越来越多的关注和应用。如CN 104449677 B公开了一种基于2-( 2-羟基苯基)苯并噻唑母核的可用于氟离子检测的荧光分子探针，该探针及相应氟离子含量检测过程均不受生物体系基质及杂质的干扰，可用于各种生物体系中氟离子含量的定量测定。该探针分子在乙腈溶液中最大发射波长为370 nm。但该探针发射波长较短，处于可见光区，易引起荧光自淬灭和信噪比低，从而导致荧光检测误差大和灵敏度低等缺点。同时，该探针水溶性差、生物相容性差，这些都限制了其在生物体内的进一步应用。同时，相比于增强型荧光探针，比率型荧光探针具有双波长发射（或激发）的特征，该波长比率值的变化独立于探针浓度和光源强度，可大大降低其他检测条件的干扰。因此设计一类具有水溶性好，并可减少对生物体的损伤等优势的比率型近红外荧光探针以用于不同体系中氟离子的灵敏特异性检测有重要意义。

发明内容

对于上述情况，本发明的目的之一提供一种合成简单、反应条件温和、成本较低的荧光探针合成方法；目的之二是提供一种水溶性好、特异性强、灵敏度高、能够比率型检测氟离子的荧光分子探针；目的之三在于提供上述荧光分子探针在纯水体系和生物体内氟离子的检测应用。

本发明使用的苯并喹啉类可用于氟离子检测的比率型近红外荧光分子探针，采用10-羟基苯并[H]喹啉类衍生物和叔丁基二甲基氯硅烷在二氯甲烷中合成，叔丁基二甲基硅醚作为识别基团。

为了实现上述目的，本发明解决问题采取的技术方案为，一种苯并喹啉类可用于氟离子检测的比率型近红外荧光分子探针，具有式I结构：

式I

具体制备方法包括以下步骤：

（1）将10-羟基苯并[H]喹啉和六甲基次胺加入的圆底烧瓶中，再向反应体系中加入三氟乙酸，升温至90 ^oC加热回流，反应结束后，取下反应，放冷后将其倒入冰水中，用1 N的NaOH溶液调节pH至6左右，析出大量沉淀，抽滤、收集并洗涤滤饼，真空干燥后，经柱层析纯化，可得化合物1；

（2）在圆底烧瓶将化合物1加入10mL乙醇中，充分溶解后再向反应体系中加入2-甲基吡啶盐和哌啶，升温至90 ^oC加热回流。反应结束后放冷浓缩，柱层析纯化，可得化合物2；