[发明专利]一种基于希尔型pH响应罗丹明衍生物的新型金属离子选择性纳米传感器及制备方法和应用

说明书

本发明提供一种基于希尔型pH响应罗丹明衍生物的新型金属离子选择性纳米传感器及其制备方法以及应用，以一种具有二乙氨基苯酚官能团和两个相互作用的pH敏感位点的希尔型罗丹明衍生物PHX2为带电型生色离子载体，以聚己内酯和O‑乙酰柠檬酸三丁酯为纳米传感器的基质，一步沉淀法即得。基于离子交换传感机理，本发明以钠和钾离子选择性载体为例，进一步将其应用于制备具有金属离子特异性的荧光纳米光器件，研究发现其具有实时监测胞内离子浓度的性能。根据本发明，提供了一种具有低毒性和高生物相容性，并且可用于细胞内离子长期监测的新型金属离子选择性纳米传感器。

技术领域

本发明涉及纳米传感器领域，更具体地涉及一种基于希尔型pH响应罗丹明衍生物的新型金属离子选择性纳米传感器及制备方法和应用。

背景技术

细胞内离子如钠和钾离子等在生物活性中起重要作用。它们参与膜运输，细胞内信号传递，细胞活性调节等。光学传感器是基于离子的检测和成像技术而广泛使用的光学转导技术，通过与目标分析物离子相互作用而改变其光学特性。如今，已开发出许多用于离子检测的试剂，例如荧光蛋白，有机荧光分子，DNA功能化传感器和荧光微粒或纳米颗粒。离子选择性纳米传感器由于其较高的灵敏度，出色的选择性，快速的响应时间，良好的响应范围和简单的制备工艺而成为生物化学，临床医学和环境领域中检测游离离子的有效工具之一。通常，离子选择性纳米传感器由包裹在聚合物基质中的离子载体(L)，交换剂(R)和亲脂性pH指示剂(生色离子载体)组成。离子选择性纳米光纳米传感器的响应是基于通过离子交换团的质子化和去质子化形成的离子交换机制。目标离子(分析物)和离子载体在纳米传感器中结合，导致分析物和H⁺离子之间的竞争。然后，可以通过吸光度或荧光强度的变化观察生色离子载体的质子化/去质子化。

江德臣和他的同事合成了哌啶功能化硼二吡咯烷(BODIPY)衍生物作为苯氨基BODIPY类型的pH指示剂，该探针已成功地用于制备具有双(2-乙基己基癸二酸酯(DOS)和高分子量的聚氯乙烯(PVC)作为光学基质检测Pb²⁺的荧光开启选择性纳米传感器膜。此外，他们还开发了一种杯芳烃功能化的BODIPY衍生物(CBDP)的pH敏感染料作为生色离子载体，用于制备基于DOS和PVC的离子选择性纳米传感器，并成功检测了兔体内的氯离子，钾离子，钠离子和钙离子等。另外，Bakker和他的同事报告了一类具有不同酸度系数(pK_a)的荧光恶嗪酮衍生物(O_x)染料用于DOS和PVC制备的纳米传感器膜中的生色离子团。在离子选择膜的基础上，前人已通过使用聚乙二醇-脂质或泊洛沙姆开发了微型或纳米传感器。Bakker等在泊洛沙姆的帮助下制备了基于O_x染料和DOS的纳米传感器，并测定其作为生色离子载体在纳米传感器中的pK_a值。使用泊洛沙姆通过溶剂沉淀法获得了超小尺寸的离子选择性纳米颗粒，这使得纳米传感器用于可见图像检测成为可能。谢小江等人合成了一系列基于D-π-A结构的溶剂变色染料，作为基于DOS的离子选择性纳米传感器的生色离子载体。将该纳米传感器用于盘基网柄菌活细胞中的离子成像以及体外血浆中钠离子的检测。江德臣和他的同事还使用CBDP(与ETH 5350相比)作为制备基于DOS的纳米传感器的生色离子载体，将其用于HeLa细胞中细胞内钙离子的连续成像。但是，通过噻唑蓝分析，发现基于DOS的纳米传感器在高浓度下对细胞具有较大的毒性。此外，Clark和他的同事首次发明了以聚己内酯(PCL)为基质，以聚乙二醇为表面活性剂的钠离子纳米传感器。它是通过溶剂置换法制备的，其制备过程复杂，包括离心，洗涤和重悬。基于PCL的纳米传感器在肝脏中脂肪酶的浓度下，会在4小时内降解。PCL是众所周知的健康且生物相容性的材料，是一种广泛使用的FDA批准的聚合物，可作为光学基质。此外，PCL作为一种常用的生物材料，由于其流变和粘弹性优于许多脂肪族聚酯对应物，易于制备和操作。因此，PCL已被制成微粒和纳米微粒，在胶体药物传递系统中充当运输载体隔室。当前，用于离子选择性纳米传感器的商业化生色离子载体主要是ETH系列，包括ETH 5294(CH I，λ_ex/em 535/660纳米)，ETH 5350(CH III，λ_ex/em 645/669纳米)，ETH 5418。但是，很大一部分ETH化合物是弱荧光或非荧光的，其类型对于其应用而言过于简单。因此，需要开发更多的pH依赖型染料用于离子选择性纳米传感器。