[发明专利]一种可响应pH的水溶性检测探针及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种pH探针及其合成方法与应用。具体地说，本发明涉及一种能够用于响应pH的检测探针，该探针由3‑乙酰基‑7‑羟基‑苯并吡喃‑2‑酮和4‑二乙氨基酮酸一起制备。该探针在响应pH时，能发生吸收和荧光信号变化，而且溶液的颜色也发生明显变化，可用于分析检测或成像研究。本发明的有益效果主要体现在：该探针含有酚羟基，在90℃的浓硫酸环境下合成，可以引入磺酸基，从而提高探针的水溶性。其次，该探针的pH响应范围较广，具有吸收和荧光两种信号，应用效果更广。最后，该探针上具有羧基、羟基等活性基团，可以进一步进行修饰，从而用于其他生物分子的检测。

(一)技术领域

本发明涉及一种可响应pH的水溶性检测探针及其制备方法，以及其在分析检测和荧光成像中的应用。

(二)背景技术

pH作为氢离子的定量指标，在实验室pH控制、环境监测和生物医学诊断中具有重要应用价值。生命体内pH值的稳定是维持正常生理功能的重要因素，细胞增殖、离子输送等过程都需要稳定的pH环境进行调控。pH若发生异常，容易导致生物体内的功能紊乱，从而引发一些严重疾病，如癌症、中风、阿尔兹海默症等。因此，pH传感具有重要意义。而pH传感的一个重要方面是构建能够特异性响应pH的检测探针。

目前为止，已经开发了许多用于pH传感的技术，包括微电极、表面增强拉曼散射、核磁共振、比色法和荧光测定法。其中，荧光测定是最有效的pH传感方法之一，其操作简单、响应快速、灵敏度高，并且具有良好的时空分辨率。同时，荧光成像是细胞水平研究的首选，通过与共聚焦激光扫描显微镜相结合从而提供空间和时间信息。

目前已经开发了许多用于pH传感和成像的荧光探针。这些探针包括有机分子探针和基于纳米材料的探针，例如上转换纳米颗粒、半导体量子点、碳纳米材料和荧光纳米复合材料。这些纳米材料具有光谱可调、高斯托克斯位移、荧光稳定等优点。然而，它们仍然存在制备复杂、重现性差、均匀性低等缺点，从而限制了其应用。有机分子探针是另一种广泛使用的探针，它们制备成本低、重复性高、响应快，并且易于商业化。此外，近红外(NIR)荧光探针由于其光组织穿透深、自体荧光低和对生物体光损伤较小而引起了广泛关注。然而，人们普遍认为大部分有机染料主要溶于有机介质而不溶于水，但几乎所有的测量都在水溶液中进行。因此，仍然希望构建水溶性的荧光探针，从而进行分析与成像应用。

(三)发明内容

本发明目的即是提供一种可响应pH的水溶性检测探针及其制备方法，以及其在分析检测和荧光成像中的应用。

本发明采用的技术方案是：

一种可响应pH的水溶性检测探针，结构如式(I)所示：

该探针的水溶性良好，由于在浓硫酸环境下合成，结构中引入了磺酸基，从而提高了探针的水溶性，其合成路线与响应原理参见图1，该探针带有正电荷，通常以盐(比如高氯酸盐)的形式参与反应。在酸性条件下，探针中的羟基处于质子化状态，分子内电荷转移(ICT)较弱。随着pH增高，探针中的羟基会逐渐发生去质子化，从而使得探针的分子内电荷转移(ICT)增强。该探针在响应pH时，能发生吸收和荧光信号变化，而且溶液的颜色也发生明显变化。该探针对pH的响应灵敏度高、特异性强，可用于分析检测与成像研究。

本发明还涉及制备所述水溶性检测探针的方法，所述方法包括：乙酰基-7-羟基-苯并吡喃-2-酮与等摩尔量的4-二乙氨基酮酸溶于浓硫酸并在90～100℃搅拌反应8～20小时，反应完全后冷却到室温，所得混合液加入到碎冰中，然后继续加入高氯酸，抽滤减压得到的固体混合物经分离纯化，得到所述水溶性检测探针(即pH探针)。

所述分离纯化方法为：抽滤减压得到的固体混合物以二氯甲烷和甲醇作为洗脱剂，用柱层析分离纯化，将收集的样品旋蒸除去溶剂后减压烘干，再用甲醇重结晶，得到所述水溶性检测探针。

所述二氯甲烷和甲醇体积比为100:1～2:1。

本发明还涉及所述的水溶性检测探针在分析检测中的应用。