检测金属离子的分子荧光探针

生物体的安全与健康一直备受关注,金属离子存在于生物体内,并对生物体的健康与疾病有着重要的影响。人体内环境复杂,金属离子在人体内具体的作用机理尚不清楚,因此寻找一种方法可以实现对人体内金属离子的检测对于探索它们在人体内的作用具有重要意义。分子荧光探针一般由识别基团、荧光基团和连接基团三部分组成,主要是利用探针识别基团与金属离子作用,改变荧光探针的结构,从而引起荧光性质的变化来检测金属离子。这些荧光性质的变化涉及到不同的荧光机理,比如光诱导电子转移机理,荧光由于光诱导电子转移机理会出现荧光猝灭现象,可以根据这个机理设计开-关或者关-开型荧光探针;分子内电荷转移机理由于探针与检测物反应会引起红移或者蓝移,适合比率型荧光探针的设计。荧光成像技术因对检测物具有特异的高灵敏识别能力和能够在生物体内实时监测的优点得到了迅速发展,已经广泛应用于生物体内活性物质的检测,大量的金属离子探针也被报道。本文主要根据检测不同种类的常见金属离子如铜离子、铁离子、锌离子、汞离子等,对他们在生物体中含量作用等做了研究。综述了检测铜离子的胆固醇类探针、新型开启式近红外荧光探针,基于氧化还原特性及把具有独特的Fe^(2+)脱氧作用的N-氧化物基团连接到荧光团上以特异性识别Fe^(2+)机理设计检测铁离子荧光探针,基于硫羧醛的脱保护反应构建检测汞离子荧光探针,基于分子内电荷转移荧光共振能量转移效应的锌离子荧光探针,检测镁离子的喹啉类荧光探针、检测镉离子的吩恶嗪类荧光探针以及检测铬离子、锡离子等各类荧光探针,综述了近三年检测金属离子的不同种类荧光探针的优缺点、设计机理、作用机制、研究进展及生物应用并对未被检测金属离子的荧光探针做了展望。

萘酰亚胺类荧光探针金属离子荧光体系的构建

随着工业废水排放问题社会关注度的提升,近几年检测金属离子的研究也愈发受到关注。人体正常生命活动需要多种金属元素的协同,但过量的金属元素将会对人的健康造成巨大的威胁。铁是人体必须的金属元素,与多种生理活动有密不可分的关系,如免疫及各种催化反应,但过量的铁摄入会导致铁中毒。铝被应用于污水处理、食物加工等方面,但过量的铝会使人发生一系列的代谢紊乱,加速衰老,并对脑细胞造成损伤。因此为确保人民的人身安全和身体健康,设计制备一种反应灵敏,高响应,使用方便,反应时间短的用于金属离子检测的探针是十分必要的。

基于萘酰亚胺为母体的荧光探针检测金属离子的研究进展及展望

重金属离子广泛存在于自然环境中,虽然有些重金属离子是人体所必需的元素,但是过量的金属离子对人类健康和环境会产生危害.因此,实时检测和监测环境和生物系统中的痕量重金属离子对人类身体健康和环境保护具有十分重要的意义.在众多金属离子检测方法中,荧光分析法具有高灵敏性、高选择性以及操作简便等特点,被广泛应用于生物、化学、环境等领域.由于其大的π共轭结构,优异的光化学稳定性,较大的斯托克斯位移以及易于修饰等特点,1,8-萘酰亚胺衍生物非常适合于设计红光或近红外荧光传感器.本综述涵盖了基于1,8-萘酰亚胺的荧光探针的设计,合成和应用方面的最新进展以及未来展望.

含均二苯乙烯荧光探针的合成及其对金属离子的识别研究

通过Wittig-Horner反应合成了2个含有均二苯乙烯发色团,一端为N,N-双(2-乙酰氧乙基)氨基受体,另一端分别为2,5-二氰基-[1-(p-N,N-二甲氨基)苯乙烯基-4-(p'-N,N-二(2-乙酰氧乙基)氨基苯乙烯基)]苯(DMDE)或2,5-二氰基-[1-(p-N,N-二苯氨基)苯乙烯基-4-(p'-N,N-二(2-乙酰氧乙基)氨基苯乙烯基)]苯(DPDE)的荧光探针分子.进行了NMR和MS表征.测试了加入不同金属离子时探针分子的吸收和荧光光谱变化.加入Ag+和Zn2+,DMDE在420nm处出现强的荧光峰,在600nm的荧光峰先增强后减弱,认为发生了分子间的荧光共振能量转移.而DPDE在加入Ag+或Zn2+后,420nm处无荧光发射,600nm处的荧光红移并减弱.

含吡嗪、喹啉荧光探针的合成及其对金属离子的识别研究

设计合成了3个含有吡嗪基团的荧光探针分子和喹啉基团的荧光探针分子,其结构通过红外(FT-IR)、质谱(MS)、核磁共振氢谱(1HNMR)进行表征,通过吸收光谱和荧光光谱研究了不同金属离子对目标探针分子的影响。结果表明:Cd2+使401 nm处荧光蓝移了20 nm;Co2+、Hg2+、Pb2+、Zn2+使357 nm处荧光分别红移了20、50、1401、40 nm;Cd2+、Hg2+使349 nm处荧光分别红移了707、5 nm。

荧光探针检测金属离子的研究进展

所有形式的生命都对金属元素有绝对的要求,因为金属元素在各种生化工程起着重要的作用。但随着金属离子污染物排放的加剧,同样会对人类、动物和植物造成严重的健康和环境问题。由于这些特点,对金属离子的检测变得尤为重要。荧光探针具有微环境灵敏度高、时空分辨率高等优良的光物理性质,被广泛应用于金属离子检测。在这篇综述中,主要介绍了近几年来不同结构的荧光探针用于检测痕量金属离子的研究进展。

基于荧光素的高选择性Hg^(2+)荧光探针的合成及其光谱性质研究

以荧光素、水合肼及费舍尔氏醛制备了一种新颖的Hg^(2+)荧光探针,其分子结构通过核磁及质谱进行了表征。该探针在金属离子中能够特异性识别Hg^(2+),可应用于对Hg^(2+)的检测。在生命科学及环境科学领域对于Hg^(2+)的准确、快速的实时监测备受关注,本研究在此方面具有潜在的应用价值。

具有重要生物学意义的重金属及过渡金属离子荧光分子探针

过渡金属及重金属广泛地存在于自然界中,其中的一些元素(如铜、锌等)在生命过程中具有非常重要的功能,而另外一些元素(如铅、汞、镉等)则在很低浓度时就对生物体具有极强的毒性。本文简要介绍了金属离子荧光探针的设计原理,并综述了近5年来具有重要生物学意义的重金属及过渡金属离子Pb2+、Hg2+、Cd2+、Cu2+、Cu+、Zn2+荧光分子探针的设计合成、性能及其在活细胞中应用研究的最新进展。

识别细胞内金属离子的有机荧光探针研究进展

金属离子广泛存在于组织细胞和体液中,在人体的生理和病理中发挥着十分重要的作用。金属离子的浓度必须精确控制在一定的范围内,某些离子浓度的微弱变化都将引发人体的疾病。由于细胞是生命活动的基本单位,因此研究各种金属离子对生物体的影响,通过对活体细胞内金属离子的荧光显微成像进行细胞内离子的可视化定量和定性分析引起了人们的极大关注。就近年来人们对识别细胞内金属离子的有机荧光探针与细胞成像研究领域的进展进行了评述。

电化学和光纳米探针技术用于重金属离子快速检测的研究进展

随着现代工业的快速发展,重金属污染问题日益严重,对人类健康造成了严重威胁,因此发展快速、灵敏、准确、易携带的重金属离子检测方法至关重要。电化学分析作为一种特殊的化学分析方法,因其选择性好、操作安全、分析简便的优点被应用于食品检测、环境监测、生物医疗各方面。光纳米探针技术在检测分析物质时,具有灵敏度高、选择性好、操作简便的优点。电化学分析法和光纳米探针技术在检测重金属离子时,克服了传统重金属方法检测流程烦琐、检测成本高、操作过程复杂、操作要求高的不足,成为当前重金属离子快速检测的研究热点。因此,本文对重金属污染现状、电化学和光纳米探针技术检测重金属的原理以及研究进展进行阐述,并对其未来发展趋势进行展望,以期帮助检测人员优化改进检测方法,为重金属离子的快速检测提供方法上的支持。

重金属离子荧光探针的应用及研究进展

荧光探针因具有高灵敏度、高选择性、使用便捷、成本低廉、样品不需要预处理等优点而备受关注,如今已成为一种重要的荧光传感分析方法。对荧光探针的识别机理、各种荧光探针分子在离子检测方面的应用作了简要介绍。介绍了卟啉类、罗丹明类、萘酰亚胺类、喹啉类、香豆素类和荧光纳米材料类等不同类型的荧光探针在重金属离子检测领域的研究与应用情况;阐述了重金属离子荧光探针的研究方向和前景,对其未来的发展趋势作了进一步的展望。

过渡金属离子荧光探针——2,6-二氨基吡啶的研究

研究了2,6-二氨基吡啶(DAPD)与金属离子作用前后的荧光光谱和吸收光谱。结果表明,在加入过渡金属离子后,其发射光谱和吸收光谱产生红移,且光谱强度随金属离子浓度的加大而增强;但加入K+,Na+,Mg2+,Ca2+,Pd2+等金属离子后,DAPD无响应。根据Irving-Williams顺序,以过渡金属中络合能力较强的Cu2+为代表,考察了其对DAPD吸收光谱及荧光光谱的影响。Cu2+浓度在2.5×10-7～3.5×10-6mol/L范围内与荧光强度呈线性关系,求算出DAPD与Cu2+的结合比为2∶1。比较了不同的过渡金属离子对DAPD荧光强度影响的强弱,即Cu2+>Zn2+>Co2+>Ni2+>Ag+,并探讨了荧光机理。结合其结构特点,认为DAPD是可逆的、灵敏的过渡金属离子荧光探针。

2,6-二氨基吡啶衍生物作为过渡金属离子荧光探针的研究

2,6-二氨基吡啶(DAPD)衍生物都有较强的荧光。除DMHND(2,4-二甲基-7-羟-基1,8-萘啶)外,2,4-二甲基-7-胺基-1,8-萘啶(DMAND)和2,4-二甲基-7-丙烯酰胺基-1,8-萘啶(DMAAN)在加入过渡金属离子后,荧光强度增强,发射光谱红移,可以作为过渡金属离子的荧光探针。根据Irving-Williams顺序,以过渡金属中络合能力较强的Cu2+为代表,求算了DMAND和DMAAN与Cu2+的结合比,通过非线性拟合计算了结合常数,比较了它们与金属离子结合的强弱,DMAND较DMAAN为更灵敏的过渡金属离子荧光探针。

脱氢枞酸基芳胺荧光探针探测金属离子的应用

通过脱氢枞酸基芳胺荧光探针a,b,c对不同金属离子（Ca^2＋、K^＋、Mg^2＋、Mn^2＋、Na^＋、Ni^2＋、Pb^2＋、Fe^3＋、Cu^2＋）的识别性、对其他金属离子的抗干扰性、以及金属离子对探针的荧光滴定试验,研究了它们作为金属离子荧光探针的应用。结果表明,a和b对Fe^3＋、c对Cu^2＋具有良好识别性,其识别性能受其他金属离子的干扰性不明显;Fe^3＋浓度分别在1.0×10^-7-6.0×10^-6mol·L^-1和2.0×10^-7-7.0×10^-6mol·L^-1范围内,a和b的荧光强度与Fe^3＋浓度有较好的线性关系,Cu^2＋浓度在6.0×10^-6-3.0×10^-5mol·L^-1范围内,c的荧光强度与Cu^2＋浓度有较好的线性关系,可以定量检测中性水溶液中Fe^3＋和Cu^2＋含量。

香豆素酰胺荧光探针的合成及金属离子识别性能研究

以间氨基酚为原料,通过五步反应合成了两个香豆素酰胺荧光探针:N-(2-羟乙基)-2-((4-甲基-2-氧代-2H-苯并吡喃-7-基)氨基)乙酰胺(C1)和N-(3-羟丙基)-2-((4-甲基-2-氧代-2H-苯并吡喃-7-基)氨基)乙酰胺(C2),以1H NMR,13C NMR和质谱对所化合物的结构进行表征。在乙腈中,该类探针对Fe3+和Cu2+有淬灭作用,其中C2对Cu2+具有较高的选择性。

荧光探针PTAID固态试纸法测定土壤中Pd^(2+)和Cu^(2+)的比较研究

将新型荧光探针PTAID以固态形式用于检测土壤中的钯离子(Pd^(2+))和铜离子(Cu^(2+)),检出限分别为0.63和1.19μmol/L,说明探针PTAID对Pd^(2+)和Cu^(2+)有很高的灵敏度。通过条件优化实验,说明探针PTAID在pH值为4.0~12.0,反应时间为0~15 min内可以快速检测Pd^(2+)和Cu^(2+)。对土壤样品中的Pd^(2+)和Cu^(2+)进行检测,该方法与电感耦合等离子体发射光谱法相比,准确度和精密度均较高,具有响应时间短、灵敏度高、选择性好等优点,在土壤重金属检测方面具有广阔的应用前景。

苝酰亚胺衍生物荧光探针的制备及对金属离子的识别

苝酰亚胺衍生物(perlenediimides derivatives,PDIs)作为一类性能优异的新型光电材料,由于其良好的光电性能和强的化学可修饰性,使其在荧光探针方面有着良好的应用前景。以提高苝酰亚胺衍生物溶解性能、改善选择性能为研究切入点,以四氯苝酐为原料,在主链引入供电子基吡啶-2-甲氨基,制备苝酰亚胺衍生物N,N-二(吡啶-2-甲基)-1,6,7,12-四氯-3,4:9,10-苝二酰亚胺(PTCDI-ABD),并对其与Pb^(2+)、Cu^(2+)、Mg^(2+)、Ni^(2+)、Zn^(2+)、K^+、Na^+等金属离子络合后的荧光性能进行详细研究,确定特征金属离子,准确实现金属离子识别。研究证明该化合物分子结构的优化增加了其在空气中的稳定性,与金属离子络合后(即使在较低浓度0.1×10^(-5) mol·L^(-1)),吸收光谱发生蓝移,随着时间的延长,Cu^(2+)的存在导致荧光淬灭。研究显示该化合物是一个很好的Cu^(2+)荧光探针,准确度高、灵敏度强、选择性好、操作简便,容易进行大规模生产和标准化控制。

水溶性苝系衍生物荧光探针的合成及对金属离子的识别

用苝四酸酐为反应物,在酸酐位置上引入天冬氨酸,合成了水溶性的含4个羧基的荧光苝二酰亚胺衍生物:N,N'-二天冬氨酸铵盐-3,4,91,0-苝四羧酸二酰亚胺(PTCDA).在水溶液中与Fe3+、Al3+、Pb2+和Cu2+等金属离子反应,吸收光谱发生红移,荧光淬灭.当加入等量Hg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Mn2+和Mg2+等金属离子后不干扰荧光反应,有选择性好、灵敏度高等特点.并探讨了衍生物的荧光反应机理,表明有好的应用价值和广阔发展前景。

席夫碱荧光探针的合成及其对三价金属的识别

Al ^(3+)、Cr ^(3+)、Fe ^(3+)、Ce ^(3+)对环境和生物体有重要影响,能同时检测这4种三价金属离子的荧光探针较为少见。以2-氨基蒽和对苯基苯甲醛制备了一种席夫碱类荧光探针Ⅰ,通过1HNMR、HRMS和元素分析对其结构进行了表征。光谱分析实验结果表明,探针Ⅰ在四氢呋喃/水(V(THF)∶V(水)=1∶1)溶液中对三价金属Al ^(3+)、Cr ^(3+)、Fe ^(3+)和Ce ^(3+)具有较强荧光响应,有较高选择性和快速响应,且不受其他金属离子或阴离子影响,抗干扰能力强,检测的最适pH范围为5~9。结合高分辨质谱检测、紫外测试和理论计算,证实探针与三价金属的作用机理为:探针与三价金属作用后,分解生成2-氨基蒽,发出荧光。进一步将荧光探针负载于试纸条,成功实现对三价金属的试纸检测。

油溶性荧光探针在水相体系中对金属离子的检测

连有套索冠醚的油溶性探针化合物（ＦＬ－Ｃ）在水溶液中能与β－ＣＤ相络合形成１∶１主－客体配合物．由于套索冠醚仍处于β－ＣＤ的外侧，因此它具有能络合水溶液中碱金属和碱土金属的能力，导致探针分子荧光强度的变化．结果表明，本方法可成功地使油溶性探针化合物在水相中得到应用．