一種Cu2+熒光探針的合成及其性質研究

吳曉霞

(南京曉莊學院環境科學學院，江蘇 南京 211171)

銅是生物體內必需的微量元素[1]，人體內銅元素水平與多種疾病如心血管疾病、糖尿病、癌癥和神經退行性疾病等密切相關[2]，研究Cu2+的檢測對生命系統和環境保護都具有重要的意義。傳統銅離子的檢測方法主要有原子吸收光譜法、電感耦合等離子體-質譜法、分光光度測定法[3～5]。這些方法靈敏度高和精確度好，但是操作繁瑣、復雜、耗時長，所需的儀器昂貴，不利于推廣使用。

熒光分析方法作為一種優秀的現代分析手段，本身具有很高的靈敏度和時空分辨率，特別是熒光探針分子能夠透過細胞膜進入細胞，使其在生物傳感方面得到了廣泛的應用[6,7]。本文合成了一種新型Cu2+熒光探針(Scheme1)，此熒光探針在混合水溶液中能夠對Cu2+表現出高選擇性熒光識別效應。

Scheme 1

1實驗部分

1.1 儀器與試劑

PE2400元素分析儀(美國PE公司)；AMX-500核磁共振譜儀(瑞士布魯克公司)；RF-5301熒光分光光度計(日本島津公司)；RE-2000旋轉蒸發儀(上海亞榮生化儀器廠)；SZ-93自動雙純水蒸餾器(上海亞榮生化儀器廠)。

1-萘甲酸、N-苯基乙二胺購自美國Sigma-Aldrich公司；實驗中所涉及的金屬離子均為高氯酸鹽，購自阿拉丁試劑(上海)有限公司；其余試劑購自南京化學試劑股份有限公司。以上試劑均為分析純。實驗用水為二次去離子水。Cu2+識別實驗中探針分子和金屬離子所用的溶劑如未作特別說明都是(HEPES 0.01 mol/L, V(乙醇)∶V(水)=4∶1,pH=7.4)的混合溶液作為溶劑。

1.2 探針分子的合成

在攪拌的條件下向溶有1-萘甲酸(0.86 g，5 mmol)的100 mL二氯甲烷溶液中依次加入二環己基碳二亞胺(1.2 g，6 mmol)和N-苯基乙二胺(0.82 g，6 mmol)，物料加完后繼續攪拌反應8 h。反應結束后，將固體不溶物過濾，濾液用100 mL水洗三次，無水硫酸鈉干燥過夜。蒸除溶劑，將所得固體過硅膠柱(乙酸乙酯∶二氯甲烷，1∶4 V/V)后得淡黃色固體產物1.08 g，71%。1H NMR (500MHz, CDCl3, ppm): δ 8.52 (s, 1 H), 8.21 (s, 1 H), 7.96-7.91 (m, 3H), 7.63-7.60 (m, 3H), 7.14-7.11 (m, 2H), 7.01-6.96 (m, 2H), 4.21 (s, 1H), 3.85 (m, 2H), 3.25 (m, 2H), 2.91 (s, 2H), 2.66(s, 1H); EI-MS: m/z calcd for (M+)304.16, found 304.11; Elemental anal calcd(%) for C20H20N2O: C 78.9, H 6.6, N 9.2, found: C 78.7, H 6.5, N 9.3。

1.3 探針分子NPE對Cu2+選擇性識別實驗

將探針分子NPE配制成濃度為10μmol/L的溶液，在此溶液中分別加入0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.2、1.5倍摩爾量的Cu2+(1×10-3mol/L)。保持激發和發射狹縫寬度都為5nm，以480nm為激發波長，測定加入不同濃度Cu2+后探針分子的熒光發射光譜。

在濃度為10μmol/L探針分子NPE的溶液中，分別加入1.5倍摩爾量的金屬離子(Al3+、Na+、Ba2+、Mg2+、Ca2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Pb2+、Hg2+、Cd2+、Ni2+、Co2+、Fe3+)濃度為1×10-3mol/L的溶液。保持激發和發射狹縫寬度都為5nm，以480nm為激發波長，測定加入不同金屬離子后探針分子的熒光發射光譜。

2結果與討論

本實驗通過測定探針分子NPE對多種常見金屬離子(Al3+、Na+、Ba2+、Mg2+、Ca2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Pb2+、Hg2+、Cd2+、Ni2+、Co2+、Fe3+)的熒光響應來體現其對Cu2+的選擇性識別。

圖1 探針分子NPE加入不同金屬離子后的熒光光譜圖Fig 1 Fluorescence spectra of probe NPE in thepresence of different metal ions

圖2 Cu2+對探針分子NPE的熒光光譜滴定圖Fig 2 Fluorescence spectra changes of probeNPE upon addition of 0～1.5 equiv of Cu2+

如圖1所示，在探針分子NPE的溶液中只有在加入Cu2+后溶液的熒光發生淬滅，而其他金屬離子的加入，體系的熒光光譜變化非常小，所以探針分子NPE對Cu2+表現出很高的選擇性識別。

圖2為Cu2+對探針分子NPE的熒光滴定圖。如圖2所示，以480 nm為激發波長時，探針分子NPE在542nm處有一個很強的熒光峰。但隨著Cu2+的加入，探針分子NPE在542 nm處的熒光強度逐漸減弱，當Cu2+的加入量達到其一倍摩爾量后，探針分子NPE的熒光光譜基本不再變化。這說明探針分子NPE與Cu2+可能是1∶1配位結合。

3結 論

設計合成了一種新型的熒光探針NPE。該探針在(HEPES 0.01 mol/L，V(乙醇)∶V(水)=4∶1，pH=7.4)的混合溶液中對Cu2+有著很好的識別作用。該研究對Cu2+的識別檢測具有一定的實際應用價值。

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