[发明专利]一种反应型近红外光电活性受体及其合成方法和应用

说明书

本发明公开了一种反应型近红外光电活性受体及其合成方法和应用，化学结构式为：精准设计酰基硫脲桥将硅杂罗丹明螺内酰胺和二茂铁组合成首例反应型近红外光电活性受体，利用Hg²⁺离子特异脱硫环化反应生成1,3,4‑噁二唑开启硅杂罗丹明螺内酰胺环，实现了基于紫外可见光谱、荧光光谱、比色或电化学分析等技术对水相中Hg²⁺离子的选择性高效多模检测，最低检出下限为8.4×10^‑9M。本发明提供的受体化学与生物稳定性好，具有近红外显色能力和荧光响应特性，检测pH范围宽(pH 3.9～9.9)，特别适用活体细胞荧光成像，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光电功能材料领域，具体涉及一种反应型近红外光电活性受体及其合成方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

汞是一种具有很强生理毒性的重金属元素，它能引起严重的生态环境污染和人类疾病。随着现代工业的快速发展，汞以各种形态进入生态环境中，基于其特有的持久性、易迁移性和高度生物富集性，对土壤、空气和水源等直接造成严重的污染。在湖泊、海洋中，汞在细菌的作用下可转化为毒性更大的有机汞，然后经食物链进入人体不断蓄积，进而引起中枢神经系统、肾脏以及内分泌系统的疾病，严重威胁人类的健康。因此，必须严格控制汞的使用，特别是建立精准、灵敏、方便监测汞的新方法，对有效保护生态环境和人类健康具有重要的意义。

汞离子检测的常规手段主要包括仪器分析技术、荧光探针技术和电化学传感技术。其中，仪器分析技术存在前处理过程复杂、仪器昂贵、分析成本高等缺点，尤其是无法实现汞离子的定位检测；荧光探针技术和电化学传感技术检测手段相对单一，应用范围亦受到一定的限制。因此，亟需开发新的技术对汞离子实施精准、方便的监测。

光电活性受体是一类具有多信号响应功能的新型探针，不仅集成了荧光探针和电化学探针的优点，而且可以实现多模式分析检测，具有更广泛的应用前景。构建光电活性受体的关键在于选择优异的光电信号中心和精准设计桥联基团，以保证实现对特定底物的多模式高效检测。目前，人们基于罗丹明类染料优良的光物理特性和二茂铁优异的电化学响应功能，通过改变桥联结构所设计合成的光电活性受体，绝大多数都是基于可逆配位反应使罗丹明螺环从关到开实现对Hg²⁺离子的多模式检测，而基于不可逆化学反应使罗丹明螺环由关到开实现对Hg²⁺离子高选择性检测的反应型光电活性受体甚少。特别是构建光电活性受体常用的罗丹明类染料，其荧光发射波长不在近红外光区(600～900nm)，在实际应用中易受生物样品背景荧光干扰影响，限制了此类受体在生物组织及活体成像检测中的效果。显然，发展反应型近红外光电活性受体对各种环境中Hg²⁺离子的多模式高效检测具有重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明旨在提供一种反应型近红外光电活性受体及其合成方法和应用，能在不同环境中高灵敏度、高选择性多模式检测Hg²⁺离子。受体的突出特点是以硅杂罗丹明为近红外光信号中心、以二茂铁为电信号中心，设计酰基硫脲基团桥联成反应型近红外光电活性受体，是基于硅杂罗丹明螺内酰胺环“关-开”机制实现多模式检测Hg²⁺离子的首例近红外光电活性受体，可通过紫外可见光谱、荧光光谱、比色或电化学分析高选择性检测不同环境中微量Hg²⁺离子，最低检出限为8.4×10^-9M。与现有技术相比，该受体具有选择性好、灵敏度高、水溶性好等特点，可通过不同检测手段高效监测不同环境中Hg²⁺离子；此外，该受体荧光发射波长为676nm，在更利于生物学研究的近红外区，具有光毒性低、光散射低、组织穿透力强，以及化学与生物稳定性好、受生物体自发荧光干扰小、检测pH范围宽(pH 3.9～9.9)等突出优势，特别适合细胞及组织的荧光成像。因此，该受体无论在环境、食品分析，还是生物荧光成像分析，均具有广阔的应用前景。