[发明专利]一种含刚性结构罗丹明的Hg2+比率荧光探针及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含刚性结构罗丹明的Hg²⁺比率荧光探针及制备方法，属配位化学领域。

背景技术

金属离子检测在化学、环境科学、生物学、临床诊断和医学等领域中非常重要。一些金属离子如Cu²⁺，Mg²⁺，Fe³⁺，Zn²⁺等在生命过程中具有非常重要的功能。有些重金属离子如Pb²⁺，Hg²⁺，Cd²⁺等在很低浓度时就对生物具有极强的毒性。所以检测环境或生物体系中的金属离子非常有意义。由于荧光信号非常灵敏，容易检测，其检测的下限浓度较低，近年来，科学家们对以荧光为输出信号的重金属及过渡金属离子化学传感器(重金属及过渡金属离子荧光探针)越来越感兴趣。其设计原理是将识别单元和作为信号单元的荧光团直接或通过空间间隔相连，通过识别单元与金属离子选择性地作用，并将识别信息转换成荧光信号，实现在分子水平上的原位和实时检测。

罗丹明(Rhodamine)类荧光染料具有摩尔消光系数高、光稳定性好、荧光量子产率高、激发波长和发射波长较长等优异的光物理和光化学性能，可以通过对罗丹明的氧杂蒽母体或底环进行修饰以满足不同使用条件(例如:最大吸收波长，最大发射波长，量子产率等)的需要。已成为制备荧光探针的理想材料之一。目前罗丹明类荧光探针主要应用于pH检测、小分子检测和复杂生物体系的研究等领域。

式1 罗丹明类重金属及过渡金属离子荧光探针的识别机理.

罗丹明类荧光探针对重金属及过渡金属离子的识别机理主要是基于罗丹明螺环结构的“关-开”机理(式1)。罗丹明螺环结构闭合时在长波长处没有吸收，也不产生荧光，结合重金属及过渡金属离子后，探针的螺环被打开形成氧杂蒽的共轭体系而在长波长处有吸收并产生强荧光。从而实现荧光由“关”到“开”。一些过渡金属离子如Cu²⁺，Fe³⁺是等顺磁性离子，与探针作用时形成的配合物通常对探针的荧光具有极强的淬灭性。而荧光增强型的荧光探针可以消除背景的干扰，比荧光淬灭型的荧光探针有优势。因而具有很好的研究和应用价值。Czarnik等在1997年合成了第一个荧光增强型的Cu²⁺荧光探针分子罗丹明B螺环内酰肼1。直到最近的八年，以罗丹明B或G螺环结构为基础的金属离子荧光探针才有了巨大的发展，分别出现了Cu²⁺，Hg²⁺，Fe³⁺，Cr³⁺，Pb²⁺，Zn²⁺，Pd²⁺，Pt²⁺，Au³⁺等重金属及过渡金属离子荧光探针。

然而大多数罗丹明类金属离子荧光探针只能检测一种发射波长。由于罗丹明荧光染料的吸收和发射光谱的峰形较窄，同时Stokes位移也较小，如果只检测一种发射波长就会因激发散射光的干扰而对荧光检测产生一定的影响。Stokes位移越小，激发光谱和发射光谱的重叠越多，检测的分辨率就越低，荧光探针的检测性能就越差。而基于双荧光发色团的两种不同发射波长的发射强度比例改变的比率荧光探针可以解决罗丹明衍生物Stokes位移小的问题。从而提高检测的分辨率和准确性。

目前基于罗丹明B或G衍生物的重金属及过渡金属离子荧光探针还存在发射波长低于600nm，荧光量子产率有待提高等问题。由于罗丹明B类荧光染料的末端氨基的扭转运动会使S₁-S₀内部转换加剧，导致荧光量子产率相对较低，作为荧光探针检测金属离子时灵敏度就相对较低。而结构刚性的罗丹明101的量子产率接近100％，且吸收波长和发射波长与罗丹明B或G类荧光染料相比均向长波长方向移动。如果在红光区进行金属离子检测，可以大大降低样品本底的干扰。由于散射光强度与波长的四次方成反比，散射光在红光区的干扰也会大大减少，检测结果就会更加准确。因此，在罗丹明结构101的基础上，发展具有更长波长(红光区)，Stokes位移大，量子产率高的重金属及过渡金属离子比率荧光探针具有重要的理论与实际意义。如果能设计合成具有两种不同发射波长罗丹明的比率荧光探针，并在红光区用荧光光谱法实现对一些重金属离子进行高灵敏度和高分辨率地识别，将具有重要的科学意义和应用前景。

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