[发明专利]一种同时区分过氧阴离子和半胱氨酸的双功能荧光探针的合成与应用

说明书

本发明公开了一种同时区分过氧阴离子(O₂^·‑)和半胱氨酸(Cys)的双功能荧光探针，该双功能探针的化学结构式如下：。该双功能荧光探针实现了同时区分检测过氧阴离子和半胱氨酸。利用过氧阴离子的氧化性，对过氧阴离子快速响应，反应后在380 nm激发波长下发射460 nm的蓝色荧光；探针与半胱氨酸发生加成‑重排反应，选择性检测半胱氨酸，在450 nm激发波长下发射580 nm的黄色荧光。两发射之间相差120 nm，光谱互不干扰，并且两荧光母核之间存在着共振能量转移，可在共存时检测过氧阴离子和半胱氨酸。此类探针可双通道同时区分检测过氧阴离子和半胱氨酸，在分析化学、生命科学、生物医疗、生物成像等技术领域有着巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于分析化学技术领域，具体涉及一种同时区分过氧阴离子和半胱氨酸的双功能荧光探针的合成与应用。该探针通过简单新颖的方式连接两个荧光团，且能通过共振能量转移策略同时双通道快速响应过氧阴离子和半胱氨酸，蓝色荧光通道选择性检测过氧阴离子，黄色荧光选择性通道检测半胱氨酸，具有大斯托克斯位移、高荧光量子产率，检测灵敏度高和可视化检测等优点。

背景技术

过氧阴离子是主要的活性氧(ROS)之一，由单电子还原氧产生，在细胞信号转导、体内稳态、病原体应答、抗炎调节等方面具有重要的作用(Cell Signal 2007, 19

(2), 219-228;J. Am.Chem. Soc. 2006, 128, 17033−17042)。产生的超氧阴离子会在细胞内短暂停留或传递，然后与细胞内各种还原性物质或生物大分子发生反应，调节相关的氧化还原信号(Physiol. Rev. 2012, 92, 791–896;Molecules 2016, 21,1721)。过量的生产会导致蛋白质、脂质和核酸的损伤。除了超氧化物能直接造成伤害外，它也是其他更具破坏性ROS的关键前兆(Nat. Rev. Drug Discovery2007, 6, 662–680.)。半胱氨酸 (Cys) 是一种半必需氨基酸，不仅是蛋白质合成的组成部分，也是主要的抗氧化剂谷胱甘肽 (GSH) 和哺乳动物中从气体递质 H₂S 到辅酶 A 的各种含硫分子(Chem. Sci.2017, 8, 6257-6265;Physiol. Rev. 2012, 92,791-896)。此外，Cys在氧化还原稳态中也起着至关重要的作用，它本身就是一种有效的抗氧化剂，独立于 GSH 系统，它调节多种生理过程(Anal. Chem.2017, 89,9567-9573)。然而，异常的半胱氨酸水平可能导致氧化还原稳态破坏。过氧阴离子和半胱氨酸在细胞氧化动态平衡中起着重要作用，因此，监测细胞内过氧阴离子和半胱氨酸对于了解相关生理病理疾病以及生物学功能至关重要。

最近，已经报道了许多用于检测过氧阴离子/半胱氨酸的荧光探针(Angew. Chem.Int. Ed. 2020, 59, 2–9;J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 49, 19226–19230;Anal. Chem. 2020, 92, 3, 2802–2808)。然而，对于过氧阴离子和半胱氨酸同时区分，并且在二者共存条件下仍能通过不同激发和通道进行检测，在目前为止仍是巨大挑战。

发明内容

鉴于上述情况，克服一些现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种同时区分过氧阴离子和半胱氨酸的双功能荧光探针。该探针能在特定检测条件下，从各类阴阳离子、活性氧、活性硫、氨基酸等物种中快速选择性荧光检测过氧阴离子和半胱氨酸。

本发明的目的还在于提供一种制备方法简单、高灵敏度、检测限低和成本较低的上述双功能荧光探针的合成与应用方法。