一种新型高选择性香豆素类Cu2 荧光探针的合成与性能研究文献综述

文献综述

1、本课题研究的意义和价值

人体对微量元素的需求量很少，但是微量元素却是人体生命活动必不可少的。铜离子是生物体内的微量元素之一，在多种基本的生理过程中起着重要的作用，有机体内铜离子的平衡对其生长发育和组织健康具有极其重要的影响。铜离子参与蛋白质的合成、酶的活动及氧化反应并且具有杀菌作用。铜缺乏会引发婴儿骨骼畸形、老年骨质疏松、机体免疫能力降低、阻碍黑色素的合成以及阻碍其他离子的吸收^[1]。铜离子浓度过高时会导致胃肠道紊乱，甚至肝脏和肾脏受损。美国环保局(EPA)将饮用水中的铜含量限制在1.3ppm(~20mm)。正常血液中铜离子的平均浓度为100-150 g/dL(15.7-23.6 mu;M)^[2]。

因此，铜离子的检测是非常必要的，且非常需要更高效、更准确的检测技术检测铜离子。常用的铜离子检测方法有，分光光度法、色谱分析法、电化学法、荧光探针法等。与其他检测方法相比，，荧光分子探针检测技术操作简单、选择性高、灵敏度高、检出限低、外界干扰小以及在生命体系里对目标产物无损伤^[3]，是极具优势的检测方法。荧光探针是将分析物的化学信号转化成易于检测的荧光信号，通过荧光信号的变化来实现对分析物的定性定量检测^[4]，为在生命体内进行活体细胞检测提供了有力工具，并且其对生物原生环境的影响较小。本文设计了一种新型的、快速的、高选择性的检测铜离子的荧光探针。

荧光探针有荧光基团、连接基团、识别基团三部分组成。选择荧光基团应考虑价格、毒性、溶解性、stock位移、光稳定性、荧光寿命等。通常在荧光基团的基础上进行修饰，以达到使荧光探针分子更快速、更准确、选择性更高的检测待测物的目的。常用的荧光基团有，芘、罗丹明、荧光素、香豆素等^[5]。本文以香豆素衍生物为荧光基团，席夫碱为连接基团。

香豆素又名苯并-alpha;-吡喃酮，广泛存在于自然界中，在许多植物中也含有大量香豆素衍生物，香豆素母体常被用做荧光探针分子的荧光基团，以香豆素及其衍生物为骨架的荧光团是最优的荧光基团之一^[6]。以香豆素及其衍生物为荧光基团的荧光探针具有高荧光强度、溶解性好、细胞渗透性好、易于合成与修饰、良好的荧光量子产率和光稳定性良好等优点^[7]。目前香豆素及其衍生物已经得到了大量的研究，在荧光探针领域也有许多的文献报道，此类探针极具发展潜力，且非常有研究的意义和价值。

席夫碱类化合物是基于亲核加成反应原理合成的一种含有碳氮双键的亚胺类化合物，反应物中的氨基作为亲核试剂，其氮原子中的孤对电子进攻醛基或者羰基中的碳原子，在亲核加成后脱水生成席夫碱。席夫碱含有亚胺特性基团、结构多样化、配位作用强并具有优良光电性能的化合物，它们与特定金属离子配位后，通过限制C=N异构化或光诱导电子转移(PET)过程使得分子的荧光得以增强^[8]。近年来，席夫碱类化合物被广泛应用于荧光探针领域，目前已有不少的文献报导^[9-11]。

2、课题研究的现状及发展趋势

以香豆素为荧光基团，用以检测Cu² 的荧光探针，目前国内外已经有不少学者研究，并且取得了不少成果，2018年He G等人通过香豆素碳酰肼和1H-吲唑-3-甲醛之间的缩合反应制备了基于香豆素类席夫碱衍生物1（探针）的高选择性铜离子荧光探针^[12]，该探针可用于研究活细胞内涉及铜离子的生物过程。Akhila A K等人提出了一种基于香豆素-石墨烯的荧光探针检测铜离子的方法^[13]，该探针对铜离子的检出限为2毫微摩尔。Ge, Yanqing等人以新吡啶并[1, 2-a]苯并咪唑合成了一种同于检测铜离子的比率荧光探针^[14]，该探针检出限为42 nM，细胞毒性较低，可用于细胞检测。但这些研究的合成路线较复杂、不易合成，且研究成本较高。

目前文献报导的香豆素铜离子荧光探针^[15-17]，具有不错的检出限、选择性及低毒性，学者在后续的研究中，可以香豆素为骨架，进行不同位置的修饰，设计工艺较简单、易于合成的香豆素衍生物荧光探针，同时该探针应具有极低的检出限、高的选择性、极高的灵敏度，低的细胞毒性，以便在活细胞中进行检测，对化学环境要求较低，如可在宽的pH值范围内使用。