[发明专利]一种用于检测酸性pH变化的比色/光谱双模式荧光传感器的制备及应用

说明书

基于分子内电荷转移机理，本发明公开了一种用于检测酸性pH变化的高灵敏度比色/光谱双模式荧光探针(H4)及其制备方法。H4荧光探针具有卓越的灵敏度、响应时间短(＜10s)、溶血效果低(＜0.3％)和光稳定性好(＞120min)等特性，且在pH为2.1～7.4范围内呈良好的线性关系(R²＝0.9901，Y＝22.0409X‑58.3397)，pK_a为3.2。此外，该探针还可以作为荧光测试片，进一步作为便携式传感器，提高筛选速度，实现对H⁺的实时检测，在食品新鲜度评价中具有很大的应用潜力。

技术领域

本发明设计荧光探针制备及应用技术领域，具体涉及一种高灵敏度、快速响应、稳定性好、可检测酸性pH变化的高性能荧光探针。

背景技术

pH在细胞、生物、环境和食物中起着不可替代的作用。特别是酸性pH值的异常变化会影响生物系统的正常代谢功能，从而引起各种症状。例如胃癌和阿尔茨海默病。在环境方面，酸性异常会导致酸雨、水土流失、作物损失等。此外，在食品安全方面，不正常的pH值也会使食品腐烂。例如，以蛋白质为基础的食物，如牛奶和豆腐，一旦接触酸就会变质。因此，准确跟踪环境和生物系统(如植物和食物)的酸性pH值变化是非常必要。迄今为止，许多监测pH变化的分析和测试方法已被广泛应用，包括等离子体质谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱等。但有些技术操作复杂，样品预处理繁杂，耗时长。荧光分析技术由于其准确性、定量定性检测、实时监测和比色可视化等特点，近年来受到研究者的青睐。此外，荧光探针与荧光成像技术相结合，可以实现对环境和生命系统中小分子(如离子、pH、ROS)的定量和定性检测。近年来，各种各样的荧光探针被设计和报道，但其中一些荧光探针的合成和后处理复杂，灵敏度低。因此，需要开发一种操作简单、比色效果好、灵敏度高、选择性强的荧光探针对物质进行实时检测。

基于此，本发明设计了一种小分子荧光探针材料，以4-二苯胺基苯甲醛与苯二甲酰连接的乙烯基桥为探针形成D-π-A结构。该探针可一步法制备完成，且合成及后处理方法简单。为实现对环境和食品中的酸异常的实时、准确检测，本发明还制备了一种便携式、简单的荧光传感器结合试纸，通过比色法即可对质子信号进行即时响应。此外，该荧光探针还表现出荧光和视觉双模型的巨大优势，对水溶液和食物样品(斑马鱼和洋葱组织)的高选择性、光稳定性、相容性以及对酸性pH变化的灵敏监测，这无疑会引起食品和生物相关领域更大的研究兴趣。

发明内容

本发明主要解决现有荧光探针合成和后处理复杂、提纯方法繁琐等问题，同时解决现有H+荧光探针检测过程复杂、检测时易受到其他外界环境干扰、检测不灵敏等问题，提供一种操作简单、比色效果好、灵敏度高、选择性强的H+荧光探针及其光谱性能与应用。本发明的一种检测酸性pH变化的高灵敏度比色/光谱双模式荧光探针的结构式为：

上述用于酸性pH变化的高灵敏度比色/光谱双模式荧光探针(H4)的制备方法，按以下步骤进行：

一、依次向带有回流装置的反应容器中加入2，3，3-三甲基-3H-苯并[e]吲哚和4-二苯胺基苯甲醛、盐酸和无水乙醇；升温至75-85℃保持回流进行反应，并在反应过程中采用薄层色谱法(展开剂石油醚/乙酸乙酯体积比为1∶1)跟踪反应进程，当硅胶板上出现新的产物点，且两种原料点消失时，停止反应。

二、将反应容器中的反应物浓缩至30mL，冷却至室温，收集沉淀物，然后用无水乙醇进行重结晶，干燥6h后，得到对酸性pH变化具有高灵敏度比色/光谱双模式识别的荧光探针，该探针为红色固体，缩写为H4。

本发明的合成制备过程如下所示：