一种用于测定F-的比色和荧光增强型探针

侯 鹏， 李红梅， 陈 颂

(1.齐齐哈尔医学院药学院，黑龙江齐齐哈尔 161006； 2.齐齐哈尔医学科学院，黑龙江齐齐哈尔 161006)

F-作为元素周期表中最小的阴离子，在生物学、医学、化学反应过程中扮演着极其重要的角色，是牙科保健、骨质疏松症的治疗、供水处理以及化学战剂中的重要成分[1 - 4]。当人体内氟含量过高，过量的氟会诱发中毒，临床表现为甲状腺活力下降、代谢功能紊乱、免疫力下降等症状。由于氟功能的多样性促使人们对F-的检测产生了极大的兴趣。因此，开发具有高效选择性识别F-的荧光探针具有重要的意义。

早期的阴离子检测主要是利用受体与阴离子之间的非共价键作用实现物质检测，因此，得到的数据通常受到溶剂效应的影响造成探针的选择性较差，相比之下，基于不可逆的化学反应设计荧光探针的方法越来越受到科研工作者的关注。反应型荧光探针利用特定的化学反应专一识别分子的优势，具有较好的选择性和专一性[5 - 8]。本文选取以2-羟基-1萘甲醛为母体，叔丁基二甲基硅醚为识别基团,合成了一种比色和荧光增强型探针[9 - 11]。当加入F-后，F-诱导探针分子结构中Si-O键断裂，释放出的O-随后进攻结构中的氰基，最终生成具有较大共轭结构的环化产物，即萘亚胺香豆素。由于反应前后探针分子结构的改变，引起了吸收光谱和荧光光谱的变化，通过溶液显著的颜色变化和荧光光谱的增强响应，从而构建一种比色和荧光增强检测F-的分析方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Bruker ultraflexⅡ基质辅助时间飞行质谱(美国，Bruker)；BRUKER AV300 光谱仪(400 MHz)(美国，Bruker)；UV2450型紫外-可见分光光度计(日本，岛津)；F4600-荧光分光光度计(日本，日立)。

1.2 荧光探针分子的合成

荧光探针的合成及识别F-机理如图1所示。化合物1的合成参见文献方法[12]。将29 mg化合物1(0.1 mmol)和6.6 mg丙二腈(0.1 mmol)溶于10 mL乙醇中，加入少量哌啶，室温反应30 min，二氯甲烷萃取，无水Na2SO4干燥，柱层析纯化(石油醚∶乙酸乙酯=50∶1，V/V)得到产品14 mg，收率 42%。

图1 探针1的合成及F-的识别机理Fig.1 Synthetic route for probe 1 and its F--selective signaling mechanism

1H NMR (300 MHz,CDCl3) δ 8.38 (s,1H),7.91 (d,J=9.0 Hz,1H),7.84 (d,J=8.1 Hz,1H)，7.72～7.56 (m,2H),7.47 (t,J=7.3 Hz,1H),7.14 (d,J=9.0 Hz,1H),1.04 (s,9H),0.31 (s,6H)。HRMS计算值:334.1501,测得值:334.1512.

1.3 光谱分析测试

2 结果与讨论

2.1 紫外光谱研究

图2 探针的乙腈溶液(10 μmol/L)与不同浓度F-反应的紫外吸收光谱Fig.2 UV absorption spectra of probe (10 μmol/L) in the absence and presence of F- in CH3CN cF-(1-8):1,1.5,2,3,4,5,8,10 μmol/L,respectively.

图3 探针的乙腈溶液(10 μmol/L)与不同阴离子(10 μmol/L)反应的紫外吸收光谱Fig.3 UV absorption spectra for probe (10 μmol/L) with different anions(10 μmol/L) in CH3CN

2.2 荧光光谱研究

图4 探针的乙腈溶液(10 μmol/L)与F-反应的荧光光谱Fig.4 Fluorescence spectra of probe(10 μmol)with F- in CH3CN

图5 探针的乙腈溶液(10 μmol/L)与各种阴离子(100 μmol/L)反应的荧光光谱(λex=370 nm)Fig.5 Fluorescence spectra for probe (10 μmol/L) with various anions (100 μmol/L) in CH3CN(λex=370 nm)

2.3 定量分析

随着F-的加入，荧光光谱中452 nm处出现一个显著增强的荧光峰，当加入10 μmol/L F-后，荧光强度可以恢复46倍，通过分析探针(10 μmol/L)与不同浓度F-(0～100 μmol/L)的荧光发射光谱的数据，以荧光强度(y)为纵坐标，F-浓度(x)为横坐标作图(图略)，得到一条标准曲线，拟合后得到的线性方程为:y=37.3771x-39.3293(相关系数R=0.9916)。根据文献报道的方法[13]，计算得到探针分子对F-的检测限为0.52×10-6mol/L。

图6 探针的乙腈溶液(10 μmol/L)及探针与F-溶液(10 μmol/L)反应的荧光强度随时间的变化情况(λex=370 nm)Fig.6 The fluorescence intensity of probe(10 μmol/L)and probe with F-(10 μmol/L)with the change of time in CH3CN(λex=370 nm)

2.4 响应时间及稳定性

为了评价探针的稳定性以及探针对F-的检测时效，进行了相应的动力学研究。如图6所示，室温下向探针(10 μmol/L)溶液中加入F-(10 μmol/L)后，二者迅速发生反应，溶液的荧光强度随反应时间迅速升高，大约1 min即可达到平衡，而反应生成的产物萘亚胺香豆素的荧光行为不会随时间的变化而改变，荧光强度基本恒定，反应产物可以稳定存在。与此同时，单独探针溶液(10 μmol/L)的荧光强度值在相同测试时间内没有变化，具有较好的稳定性。动力学实验研究证实，室温下探针对F-具有快速响应的识别特点。由于探针分子和反应产物都具有良好的稳定性，不会因长时间放置发生分解，因此不会对探针与F-之间的识别反应产生影响。

3 结论

本文成功合成了一种以2-羟基-1萘甲醛为母体，基于诱导的Si-O键断裂和成环反应原理识别F-的荧光探针。该探针对F-表现出极高的选择性和专一性。同时，探针对F-作用后有显著的荧光增强响应(46倍)，检测限为0.52×10-6mol/L。此外，探针与F-作用后，溶液颜色由无色变为黄色，清晰的颜色变化适用于裸眼观测，双模式的检测方式使该探针在F-浓度的监测方面具有潜在的应用价值。