一种Cu2+荧光探针的合成及其性质研究

吴晓霞

(南京晓庄学院环境科学学院，江苏 南京 211171)

铜是生物体内必需的微量元素[1]，人体内铜元素水平与多种疾病如心血管疾病、糖尿病、癌症和神经退行性疾病等密切相关[2]，研究Cu2+的检测对生命系统和环境保护都具有重要的意义。传统铜离子的检测方法主要有原子吸收光谱法、电感耦合等离子体-质谱法、分光光度测定法[3～5]。这些方法灵敏度高和精确度好，但是操作繁琐、复杂、耗时长，所需的仪器昂贵，不利于推广使用。

荧光分析方法作为一种优秀的现代分析手段，本身具有很高的灵敏度和时空分辨率，特别是荧光探针分子能够透过细胞膜进入细胞，使其在生物传感方面得到了广泛的应用[6,7]。本文合成了一种新型Cu2+荧光探针(Scheme1)，此荧光探针在混合水溶液中能够对Cu2+表现出高选择性荧光识别效应。

Scheme 1

1实验部分

1.1 仪器与试剂

PE2400元素分析仪(美国PE公司)；AMX-500核磁共振谱仪(瑞士布鲁克公司)；RF-5301荧光分光光度计(日本岛津公司)；RE-2000旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂)；SZ-93自动双纯水蒸馏器(上海亚荣生化仪器厂)。

1-萘甲酸、N-苯基乙二胺购自美国Sigma-Aldrich公司；实验中所涉及的金属离子均为高氯酸盐，购自阿拉丁试剂(上海)有限公司；其余试剂购自南京化学试剂股份有限公司。以上试剂均为分析纯。实验用水为二次去离子水。Cu2+识别实验中探针分子和金属离子所用的溶剂如未作特别说明都是(HEPES 0.01 mol/L, V(乙醇)∶V(水)=4∶1,pH=7.4)的混合溶液作为溶剂。

1.2 探针分子的合成

在搅拌的条件下向溶有1-萘甲酸(0.86 g，5 mmol)的100 mL二氯甲烷溶液中依次加入二环己基碳二亚胺(1.2 g，6 mmol)和N-苯基乙二胺(0.82 g，6 mmol)，物料加完后继续搅拌反应8 h。反应结束后，将固体不溶物过滤，滤液用100 mL水洗三次，无水硫酸钠干燥过夜。蒸除溶剂，将所得固体过硅胶柱(乙酸乙酯∶二氯甲烷，1∶4 V/V)后得淡黄色固体产物1.08 g，71%。1H NMR (500MHz, CDCl3, ppm): δ 8.52 (s, 1 H), 8.21 (s, 1 H), 7.96-7.91 (m, 3H), 7.63-7.60 (m, 3H), 7.14-7.11 (m, 2H), 7.01-6.96 (m, 2H), 4.21 (s, 1H), 3.85 (m, 2H), 3.25 (m, 2H), 2.91 (s, 2H), 2.66(s, 1H); EI-MS: m/z calcd for (M+)304.16, found 304.11; Elemental anal calcd(%) for C20H20N2O: C 78.9, H 6.6, N 9.2, found: C 78.7, H 6.5, N 9.3。

1.3 探针分子NPE对Cu2+选择性识别实验

将探针分子NPE配制成浓度为10μmol/L的溶液，在此溶液中分别加入0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.2、1.5倍摩尔量的Cu2+(1×10-3mol/L)。保持激发和发射狭缝宽度都为5nm，以480nm为激发波长，测定加入不同浓度Cu2+后探针分子的荧光发射光谱。

在浓度为10μmol/L探针分子NPE的溶液中，分别加入1.5倍摩尔量的金属离子(Al3+、Na+、Ba2+、Mg2+、Ca2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Pb2+、Hg2+、Cd2+、Ni2+、Co2+、Fe3+)浓度为1×10-3mol/L的溶液。保持激发和发射狭缝宽度都为5nm，以480nm为激发波长，测定加入不同金属离子后探针分子的荧光发射光谱。

2结果与讨论

本实验通过测定探针分子NPE对多种常见金属离子(Al3+、Na+、Ba2+、Mg2+、Ca2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Pb2+、Hg2+、Cd2+、Ni2+、Co2+、Fe3+)的荧光响应来体现其对Cu2+的选择性识别。

图1 探针分子NPE加入不同金属离子后的荧光光谱图Fig 1 Fluorescence spectra of probe NPE in thepresence of different metal ions

图2 Cu2+对探针分子NPE的荧光光谱滴定图Fig 2 Fluorescence spectra changes of probeNPE upon addition of 0～1.5 equiv of Cu2+

如图1所示，在探针分子NPE的溶液中只有在加入Cu2+后溶液的荧光发生淬灭，而其他金属离子的加入，体系的荧光光谱变化非常小，所以探针分子NPE对Cu2+表现出很高的选择性识别。

图2为Cu2+对探针分子NPE的荧光滴定图。如图2所示，以480 nm为激发波长时，探针分子NPE在542nm处有一个很强的荧光峰。但随着Cu2+的加入，探针分子NPE在542 nm处的荧光强度逐渐减弱，当Cu2+的加入量达到其一倍摩尔量后，探针分子NPE的荧光光谱基本不再变化。这说明探针分子NPE与Cu2+可能是1∶1配位结合。

3结 论

设计合成了一种新型的荧光探针NPE。该探针在(HEPES 0.01 mol/L，V(乙醇)∶V(水)=4∶1，pH=7.4)的混合溶液中对Cu2+有着很好的识别作用。该研究对Cu2+的识别检测具有一定的实际应用价值。

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