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

摘要過渡金屬離子Fe3+在生命體系的發(fā)展過程中擔(dān)當(dāng)重要角色，熒光探針因其具有操作簡便、靈敏度高、時空分辨能力強等特點得到了廣泛。自主設(shè)計合成了一類新型的Fe3+熒光探針。詳細考查了其對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Fe3+表現(xiàn)出選擇性的熒光增強和顏色變化（從無色到粉色），檢測限達到10-7

mol/L的水平，這一變化是源于從內(nèi)酰胺環(huán)（無熒光/off型）到開環(huán)胺（熒光/on型）的轉(zhuǎn)化過程，對其它金屬離子沒有反應(yīng)。利用等物質(zhì)的量連續(xù)法測得探針與Fe3+的結(jié)合比是1:1，同時EDTA實驗證明該結(jié)合模式具有可逆性。引言過渡金屬離子Fe3+在生命體系的發(fā)展過程中擔(dān)當(dāng)重要角色，F(xiàn)e3+的轉(zhuǎn)運、儲存、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+的缺乏和過量也會導(dǎo)致生命體的機能發(fā)生紊亂。因此找到合適的跟蹤監(jiān)測Fe3+的熒光探針一直是研究的熱點。近年來，大量有關(guān)金屬離子的熒光探針相繼被報道，但是針對識別Fe3+的熒光探針不多，同時由于Fe3+自身具有順磁性，往往會導(dǎo)致熒光猝滅，熒光增強型的Fe3+熒光探針少之又少。因此構(gòu)建光“關(guān)-開”型的Fe3+熒光探針就顯得尤為重要?？紤]應(yīng)用到生物環(huán)境中其它過渡金屬離子對Fe3+識別的影響。選擇高熒光量子產(chǎn)率的熒光團作為Fe3+熒光探針的信號體是一個有利條件；另一方面，由于Fe3+的水溶液和有機溶液都具有顏色，在紫外和近可見光區(qū)都有一定的吸收，所以熒光團的選擇還應(yīng)該考慮到其吸收光譜和發(fā)射光譜要避開紫外和近可見光區(qū)。羅丹明內(nèi)酰胺類化合物具有通過金屬離子誘導(dǎo)化合物的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生光“關(guān)–開”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行設(shè)計，使它形成具有內(nèi)酰胺螺環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物，充分利用識別基團與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，成功構(gòu)建基于羅丹明B的光“關(guān)-開”型Fe3+熒光探針。

正文部分1

實驗部分1.1

主要儀器與試劑1.2

實驗方法1.2.1

化合物的合成1.2.2

測試條件探針P儲備液濃度為1mmol/L，后續(xù)實驗中探針P溶液濃度均為10μmol/L。測定熒光光譜的激發(fā)波長為530nm，激發(fā)和發(fā)射狹縫均為10nm。測試介質(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)中水的含量對探針P性能的影響圖1a所示的是乙醇中水的含量對探針P識別Fe3+的影響。2.2

金屬離子和陰離子對探針P熒光光譜和吸收光譜的影響通過金屬離子和陰離子對探針P的吸收光譜和熒光光譜的影響來考查其識別能力。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識別Fe3+時常見金屬離子和陰離子的競爭實驗選擇性實驗證明了探針P對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爭實驗，如圖3所示。2.4

Fe3+對探針P熒光光譜和吸收光譜的影響Fe3+對探針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價其性能的一個重要指標，因為在實際應(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+體系的可逆性實驗結(jié)果。2.6

推測探針P與Fe3+的結(jié)合模式通過等物質(zhì)的量連續(xù)變化（Job-plot）法測定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”型