新型BODIPY荧光探针荧光性质的研究

李 晨，谭 芬，王 兵，邓樱花

(湖北第二师范学院 化学与生命科学学院，武汉 430205)

新型BODIPY荧光探针荧光性质的研究

李 晨，谭 芬，王 兵，邓樱花

(湖北第二师范学院 化学与生命科学学院，武汉 430205)

以我们自己合成的BODIPY酯为研究对象，研究了溶液中有机溶剂的含量、溶液的pH值、光照以及温度四种因素对荧光性质的影响，结果表明：当甲醇和乙腈含量分别为80%和70%时，BODIPY酯荧光强度最强；当pH=11.0时，荧光强度达到最大值；在同一温度下，随着时间的延长，荧光强度基本上没有明显的变化； BODIPY酯具有很好的光稳定性。

BODIPY酯；荧光探针；荧光强度；环境因素；影响

荧光分析法是目前应用最为广泛的一种有效分析检测方法，常用于测定荧光物质的靶标物的种类和浓度等重要参数。荧光分析方法具有灵敏度高、操作简单等优势，因此在生物分析领域有着不可替代的重要作用。荧光探针作为荧光分析技术的信息检测载体，其性质的优劣直接影响到检测结果的准确性、灵敏性，因而开发荧光性能优越的荧光探针对生物分析的发展具有重要意义[1,2]。

传统的荧光探针的种类和数量较多，但是它们或多或少存在一定的缺陷，例如光稳定性差、荧光量子产率低、发射波长过短、溶解性差等，因此限制了它们的广泛应用[3-6]。氟化硼络合二吡咯甲川(Boron-dipyrromethene，简称BODIPY)类染料是近二十年来发展较快、应用较为广泛的一类新型的有机氟硼荧光探针，具有较高的摩尔吸收系数、较高的荧光量子产率、稳定的光谱性质、良好的光化学稳定性等特点[7-9]。BODIPY荧光探针被广泛应用于生物化学、化学分析、临床医学等痕量分析领域[10]。

物质的荧光强度虽然主要决定于化合物的结构与性质，但是环境因素对分子荧光可能产生强烈的影响，例如有机溶剂的含量、溶液的pH值、温度、光照、离子表面活性剂等[11-13]。邓樱花等[14]研究了有机溶剂的含量、溶液pH、光照时间等环境因素对荧光素及荧光素衍生物荧光强度的影响。支环环[15]根据香豆素类化合物在苯环和酯环上取代基的类型与位置等结构特点，研究了多种香豆素类化合物的荧光性质，考察了环境因素如pH值、溶剂极性、共存离子、光照时间等对荧光波长和强度的影响。

本文以我们自己合成的BODIPY酯为研究对象，研究了溶剂含量、溶液pH值、光照时间以及温度四种常见环境因素对该荧光探针荧光性质的影响，这将有助于合成荧光性能优良的BODIPY类荧光探针，充分发挥BODIPY类探针的优点。

1 实验部分

1.1 主要仪器及试剂

LS55荧光发光分光光度计(美国Perkin Elmer公司)，梅特勒托利多ME104电子天平(上海梅特勒-托利多仪器有限公司)，梅特勒FE28酸度计(上海梅特勒-托利多仪器有限公司)，HH-S6恒温水浴锅(金坛市华龙实验仪器厂)。

甲醇和乙腈(色谱纯，Sigma-Aldrich, CO.)，硼酸和乙酸(分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司)，磷酸(分析纯，中南化工试剂有限公司)，所用水为超纯水。

B-R缓冲溶液的配制：在浓度均为0.04 mol·L-1的三酸混合液(磷酸、乙酸、硼酸)中，加入一定体积的0.2 mol·L-1NaOH溶液，用pH计调至所需pH值。

本文所用的BODIPY荧光探针是我们实验室合成的，其结构如图1所示。BODIPY酯储备液：准确称取0.06956g的BODIPY酯溶于20 mL乙腈，即得1×10-2mol·L-1的标准储备液。

图1 BODIPY酯的化学结构式

2 实验方法

2.1 荧光光谱的测定

将BODIPY酯储备液用乙腈稀释到1×10-5mol· L-1，用此溶液确定激发和发射波长。固定激发波长值，设置激发和发射波长狭缝宽度分别为10 nm，10 nm , 扫描速度为1200 nm/min，扫描波长在400～600 nm范围内BODIPY酯试剂的发射光谱峰，确定其最大发射波长。同理，固定其最大发射波长，同样条件下扫描波长在400～600 nm范围内的激发峰，确定最大激发波长值。

2.2 不同有机溶剂对荧光强度的影响

将上述BODIPY酯储备液分别用不同含量的甲醇、乙腈稀释为1×10-5mol· L-1，用LS55荧光光谱仪测定(1 cm×1 cm比色皿)，根据测定对象分别调节相应的荧光光度计狭缝。

2.3 pH值对荧光强度的影响

将BODIPY酯储备液用不同pH值的缓冲溶液稀释至1×10-5mol· L-1, 分别测定pH值为2.0-12.0的条件下的荧光强度。

2.4 温度对荧光强度的影响

将浓度为1×10-5mol·L-1的BODIPY酯溶液置于恒温水浴槽，测定不同温度下的荧光强度，恒温水浴槽的温度依次设定为25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃，10 min后，测量其荧光值。

2.5 荧光稳定性的测定

在上述确定的最佳实验条件下，将三支浓度相同(均为1×10-5mol·L-1)的BODIPY酯溶液分别置于-20℃、4℃、25℃，每隔两个小时分别测定其荧光强度。

2.6 光照时间对荧光强度的影响

在上述确定的最佳实验条件下，按文献[16]方法测定BODIPY酯溶液(浓度为1×10-5mol·L-1)的光稳定性。用200 W的白炽灯泡在10 cm处照射装有样品的比色管，照射一定时间后，用自来水进行冷却，再进行荧光强度测定。

3 结果与讨论

3.1 BODIPY酯荧光光谱图

图2为实验测定的BODIPY酯荧光探针的激发和发射光谱图。

图2 BODIPY酯荧光探针的激发和发射光谱图

从图2可以确定BODIPY酯荧光探针的最大激发波长和发射波长分别为500 nm和510 nm,因此在后续实验中将500 nm作为激发波长，测定510 nm处荧光强度的变化，探讨环境因素对BODIPY酯荧光强度的变化。

3.2 不同有机溶剂对BODIPY酯荧光性质的影响

甲醇-水和乙腈-水体系是反相高效液相色谱中广泛使用的两种流动相，在这里，我们主要研究了甲醇和乙腈含量对BODIPY酯荧光性质的影响。

3.2.1 甲醇含量对BODIPY酯荧光性质的影响

图3显示了甲醇含量对BODIPY酯荧光探针荧光强度的影响。

图3 甲醇含量对荧光强度的影响

从图3得知：随着甲醇含量的增加，BODIPY酯的荧光强度呈先增加后下降趋势。在甲醇含量小于80%时，荧光强度一直呈增强趋势；在甲醇含量大于80%时，荧光强度呈下降趋势；甲醇含量为80%时，BODIPY酯的荧光强度达到最大。

3.2.2 乙腈含量对BODIPY酯荧光性质的影响

图4显示了乙腈含量对BODIPY酯荧光探针荧光强度的影响。

图4 乙腈含量对荧光强度的影响

从图4得知：随着乙腈含量的增加，物质的荧光强度先增加后下降，当乙腈含量在70%时，BODIPY酯的荧光强度达到最大。

上述甲醇和乙腈对BODIPY酯荧光探针荧光强度的影响是由于溶剂的极性效应造成的，不同溶剂的极性对荧光探针的荧光强度都会发生显著的影响。甲醇、乙腈是极性很强的溶剂，向BODIPY酯溶液中加入溶剂，荧光探针与溶剂分子之间相互作用形成激发态氢键配合物，使激发态与基态的能极差减小，使荧光强度逐渐增大[17]。但随着溶剂含量的不断增加，溶剂效应也增强，折射率也增大，介电常数的减小促使荧光光谱的Stokes位移减小，从而使荧光效率降低[18]。

3.3 pH值对BODIPY酯荧光性质的影响

本实验研究了在pH 值在2-12范围内，BODIPY酯荧光探针的荧光强度随pH值的变化，如图5 所示。

图5 pH值对荧光强度的影响

pH值是影响BODIPY酯荧光特性的重要因素。溶液的酸碱性变化，将使荧光探针的弱酸或弱碱分子及其相应的离子比例发生变化，从而对荧光强度产生很大的影响[19]。由图5可知：探针的荧光强度随溶液pH值的升高先增加后减弱，当pH值为11.0时，其荧光强度达到最大。

3.4 温度对荧光强度的影响

图6显示了在pH值为11.0的缓冲溶液中，不同温度对BODIPY酯荧光探针荧光强度的影响。

图6 温度对荧光强度的影响

由图6可知：荧光强度随着温度的升高而逐渐减弱。二者关系式表示为：(F0-F)/F=ke-E/RT(其中F0和F是溶液温度上升前后的荧光强度)[19]。当温度升高时，分子之间的碰撞频率增加，使去活化几率增加，碰撞猝灭增强，使荧光强度下降。

3.5 光照对BODIPY酯荧光性质的影响

图7反映了在室温，200 W白炽灯在不同的光照时间对BODIPY酯荧光强度的影响。

图7 光照时间对荧光强度的影响

从图7可知：随着光照时间的增加，在0-6 h内BODIPY酯的荧光强度几乎没有变化，在6-12 h内BODIPY酯的荧光强度稍微增强。总体来说BODIPY酯荧光探针具有较好的光稳定性。

3.6 时间对BODIPY酯荧光性质的影响

实验测得在不同的温度下(分别为-20℃、4℃和25℃)，不同的时间对BODIPY酯荧光强度的影响，如图8所示。

图8 时间对荧光强度的影响， (■) -20℃；(●) 4℃；(▲) 25℃

由图8可见，在三种温度下，随着时间的延长，BODIPY酯探针的荧光强度基本保持稳定，没有明显的变化。这说明BODIPY酯荧光探针具有很好的时间稳定性。

3 结论

本文以我们自己合成的BODIPY酯为对象，研究了甲醇的含量、乙腈的含量、溶液的pH值、时间、温度、光照等因素对荧光强度的影响。结果表明BODIPY酯荧光探针在甲醇、乙腈含量分别为80%和70%时，其荧光强度达到最大；在pH值为11.0时，其荧光强度最大；此外，该探针具有很好的光稳定性和时间稳定性。本文的研究为后续合成荧光性能更加优越的BODIPY荧光探针，为后续研究BODIPY荧光染料在生物分析方面的应用，提供重要的参考价值。

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On Fluorescence Feature of New BODIPY Fluorescent Probe

LI Chen, TAN Fen, WANG Bing, DENG Ying-hua
(School of Chemistry and Life Sciences, Hubei University of Education, Wuhan 430205, China)

The effects of content of organic solvent, solution pH, illumination time and temperature on fluorescence features are observed, taking BODIPY ester as the research object. The experimental results show that when the content of methanol and acetonitrile are 80% and 70%, fluorescence intensity is the strongest; when pH is 11.0, the fluorescence intensity is the strongest. In the same temperature, there is little change of fluorescence intensity as time goes by. BODIPY ester has good light stability.

BODIPY ester; fluorescent probe; fluorescence intensity; environmental factor; effect

O657.3

A

1674-344X(2017)8-0011-05

2017-06-27

国家自然科学基金(21405036)，湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目(T201718)

邓樱花(1979-)，女，湖北荆门人，副教授，博士，研究方向为荧光分析化学。