一种水溶性硫化氢荧光探针及其制备方法和其在水质硫化物及细胞硫化氢检测中的应用

摘要

本发明公开了一种水溶性硫化氢荧光探针及其制备方法和其在水质硫化物检测中的应用以及在细胞硫化氢检测中的应用。该水溶性硫化氢荧光探针其结构式如式VI所示：

说明书

技术领域

本发明涉及分析检测技术领域，特别涉及一种水溶性硫化氢荧光探针及其制备方法和其在水质硫化物检测中的应用以及在细胞硫化氢检测中的应用。

背景技术

硫化氢是一种重要的气体信号分子，能有效清除过氧化氢，超氧阴离子等，在生物体生命活动中发挥重要作用。但是，生物体内硫化氢浓度需要保持在一定的范围，过少会引起阿尔茨海默病，亨廷顿氏病，慢性心脏病或心力衰竭等疾病，过多会直接引起克罗恩病，牙周炎，肠易激综合征等各类病症。同时，硫化氢极易溶于水，对水生生物造成重要影响，被成为“水产养殖第一杀手”，水质硫化氢是工业废水、生活污水、生活用水、养殖用水等领域的重要检测参数之一。因此，实现生物体内微量硫化氢和水质中硫化物的高效检测具有重要意义。

目前硫化氢的检测方法主要包括亚甲基蓝分光光度法、气相色谱法、离子电极法等，这些方法存在操作复杂、检测成本高、检测极限高和生物相容性较差等不足。荧光检测技术具有操作简单、检测极限低、检测灵敏度高及可实现可视化等优点，在硫化氢检测领域展现出巨大应用前景。本技术在此背景下，设计了一种新的硫化氢荧光探针，具有检测极限低、检测范围广、水溶性好、可以很好的应用于生物体内微量硫化氢和水质硫化物的高效检测。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种水溶性硫化氢荧光探针；

本发明还提出一种水溶性硫化氢荧光探针的制备方法；

本发明还提出一种硫化氢检测方法；

本发明还提出一种水溶性硫化氢荧光探针在水质硫化物检测中的应用；

本发明还提出一种水溶性硫化氢荧光探针在细胞硫化氢检测中的应用。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种式VI所示的一种新型水溶性硫化氢荧光探针：

式VI中的为葡萄糖，或半乳糖，或阿洛糖，或阿卓糖，或甘露糖，或塔罗糖。

更进一步，所述水溶性硫化氢荧光探针为下列之一：

本发明还提供了一种水溶性硫化氢荧光探针的制备方法。如图1所示，所述制备方法为：将化合物I，三甲基硅烷基乙炔，双三苯基磷二氯化钯，碘化亚铜，三乙胺按照一定的比例加入到四氢呋喃溶液中，在一定的温度下搅拌反应24h，反应液纯化得到化合物II，所述化合物I，三甲基硅烷基乙炔，双三苯基磷二氯化钯，碘化亚铜，三乙胺按照摩尔比的比例为0.5～1:2:2:3:5，优选为1:2:2:3:5，所述反应温度为10℃～60℃，优选为50℃；将化合物II，氢氧化钾按照摩尔比1:4加入到甲醇溶液中，在一定温度条件下反应一定时间，反应液经过纯化得到化合物III，所述反应温度为30℃～100℃,优选为70℃，所述反应时间为8～48h，优选为24h；将化合物III，全乙酰基保护叠氮糖，五水硫酸铜，抗坏血酸钠按照一定比例加入到DMF水溶液中，在一定反应温度下反应20h，将反应液纯化得到目标化合物IV，所述化合物III，全乙酰基保护叠氮糖，五水硫酸铜，抗坏血酸钠按照摩尔比的比例为0.5～1:2:1:2，优选为1:2:1:2，所述反应温度为30℃～100℃，优选为70℃，所述全乙酰基保护叠氮糖优选为1-叠氮半乳糖四乙酸酯；将化合物IV，氢氧化钠按照摩尔比1:4加入到甲醇溶液中，在一定反应温度下反应4h，将反应液纯化得到目标化合物V，所述反应温度为40℃～100℃，优选为60℃；将化合物V，叠氮三甲基硅烷，亚硝酸叔丁酯按照一定比例加入到四氢呋喃溶液中，在一定反应温度下反应24h，将反应液纯化得到目标化合物VI，所述化合物V，叠氮三甲基硅烷，亚硝酸叔丁酯按照摩尔比的比例为0.5～1.5:3:4，优选为1:3:4，所述反应温度为0℃～100℃，优选为70℃。

本发明还提供了一种硫化氢检测方法，例如水质中硫化氢检测方法：该方法包括，将水溶性硫化氢荧光探针配置成10mM的母液，然后取所述母液1μL加入到一定体积的溶剂里，稀释成为0μM-50μM的不同浓度的荧光探针检测液；将待检含有不同浓度硫化氢水质样品加入到所述荧光探针检测液中，根据不同浓度的硫化氢与荧光探针反应产生的荧光强度的不同从而被荧光检测器捕捉，从而得到样品浓度，所述不同浓度硫化氢水质样品包括工业废水、生活污水、生活用水及养殖用水，优选生活用水。

更具体地，检测水质样品中所述硫化氢浓度为0μM～1000μM。待测样品在pH为7.5的PBS缓冲溶液中配置10mM样品溶液。检测反应液中标准样品的浓度为0μM～50μM。将硫化氢水溶液加入到荧光探针溶液中，反应5分钟，反应液使用荧光光谱仪测定荧光强度。

本发明的水溶性硫化氢荧光探针被成功应用于水质中硫化氢的检测，检测极限可以达到10nM。包括如下步骤：取待测水样1ml，加入到比色管中，加入浓度为10μM的荧光试剂0.1～0.5mL和浓度为10％的酸化试剂0.1～0.5mL，其中酸化试剂优选为盐酸，震荡静置5分钟，使用荧光检测仪获得荧光强度数据，参照硫化氢浓度与荧光强度数值之间的关系数据，即得到待测水样中水质硫化物的浓度。

本发明的水溶性硫化氢荧光探针被成功应用于细胞硫化氢检测，表现出荧光“关-开”的应用效果。包括如下步骤：将权利要求1中的水溶性硫化氢荧光探针配置成10mM的母液，然后取所述母液1μL加入到一定体积的水里，稀释成为0μM-50μM的不同浓度的荧光探针检测液；将所述荧光探针检测液与细胞在37℃温度下孵化5-30分钟，所述孵化时间优选为10分钟，根据不同浓度的硫化氢与荧光探针反应产生的荧光强度的不同从而被荧光检测器捕捉，进而得到样品浓度。

相对于现有技术，本发明提供的水溶性硫化物荧光探针具有以下优点：

该水溶性硫化氢荧光探针具有检测极限低、水溶性好、生物相容性好、硫化氢特异性识别能力强等优点。该荧光探针被成功应用于水质硫化氢检测，例如，在工业废水中硫化物的检测和生活污水中硫化物的检测方面都具有较好的效果，检测极限可以达到10nM。该荧光探针还被成功应用于细胞硫化氢的高效检测，并取得了较好的检测效果。

附图说明

图1为本发明荧光探针的反应路线图。

图2为本发明的荧光探针在pH为7.5条件下，加入0μM～100μM硫化氢浓度的紫外吸收光谱测定图。

图3为本发明在pH为7.5条件下，荧光探针5μM与不同化合物50μM反应5min的选择性实验，激发波长为370nm，发射波长为520nm，荧光探针的选择性检测图。

图4为本发明的荧光探针在pH为7.5条件下，不同硫化物当量中激发波长为370nm，发射波长为520nm处的荧光效果检测图。

图5为本发明的荧光探针式VI-2对水质硫化氢的检测效果图。

图6为本发明的荧光探针式VI-2对细胞硫化氢的检测效果图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

实施例1：制备N-(5-三甲基硅乙炔喹啉-8-氨基)苯酰胺

将式I所示的N-(5-碘喹啉-8-氨基)苯酰胺0.1mmol，三甲基硅基乙炔0.2mmol，双三苯基磷二氯化钯0.04mmol，CuI 0.015mmol，三乙胺0.3ml加入到15ml四氢呋喃溶液中，氮气保护，搅拌升温至50℃反应12h，反应结束后，向反应液中加入饱和NaCl水溶液，使用乙酸乙酯萃取，有机相经过无水硫酸镁干燥，过滤，溶剂经过旋蒸出去，粗品经过柱层析分离，乙酸乙酯：石油醚为1:50为流动相，得到式II所示化合物28mg。

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实施例2：制备N-(5-三甲基硅乙炔喹啉-8-氨基)苯酰胺

将式I所示的N-(5-碘喹啉-8-氨基)苯酰胺0.1mmol，三甲基硅基乙炔0.3mmol，双三苯基磷二氯化钯0.05mmol，CuI 0.015mmol，三乙胺0.5ml加入到15ml四氢呋喃溶液中，氮气保护，搅拌升温至70℃反应12h，反应结束后，向反应液中加入饱和NaCl水溶液，使用乙酸乙酯萃取，有机相经过无水硫酸镁干燥，过滤，溶剂经过旋蒸出去，粗品经过柱层析分离，乙酸乙酯：石油醚为1:50为流动相，得到式II所示化合物31mg。

实施例3：制备N-(5-乙炔喹啉-8-氨基)苯酰胺

将式II所示的N-(5-三甲基硅乙炔喹啉-8-氨基)苯酰胺0.1mmol，KOH 0.4mmol加入到25ml甲醇溶液中，搅拌加热至40℃，反应12h，反应结束后，向反应液中加入饱和NaCl水溶液，使用乙酸乙酯萃取，有机相经过无水硫酸镁干燥，过滤，溶剂经过旋蒸出去，粗品经过柱层析分离，乙酸乙酯：石油醚为1:50为流动相，得到式III所示化合物18mg。

¹H>13C>

实施例4：制备N-(5-乙炔喹啉-8-氨基)苯酰胺

将式II所示的N-(5-三甲基硅乙炔喹啉-8-氨基)苯酰胺0.1mmol，KOH 0.4mmol加入到25ml甲醇溶液中，搅拌加热至70℃，反应24h，反应结束后，向反应液中加入饱和NaCl水溶液，使用乙酸乙酯萃取，有机相经过无水硫酸镁干燥，过滤，溶剂经过旋蒸出去，粗品经过柱层析分离，乙酸乙酯：石油醚为1:50为流动相，得到式III所示化合物24mg。

实施例5：制备N-(5-全乙酰基半乳糖三氮唑喹啉-8-氨基)苯酰胺

将式III所示的N-(5-乙炔喹啉-8-氨基)苯酰胺0.1mmol，全乙酰基叠氮半乳糖0.2mmol，五水硫酸铜0.1mmol，抗坏血酸钠0.2mmol加入到20ml DMF水溶液中，在40℃下反应20h，反应结束后，向反应液中加入饱和NaCl水溶液，使用乙酸乙酯萃取，有机相经过无水硫酸镁干燥，过滤，溶剂经过旋蒸出去，粗品经过柱层析分离，乙酸乙酯：石油醚为1:5为流动相，得到式IV-2所示化合物39mg。

¹H>13C>

实施例6：制备N-(5-全乙酰基半乳糖三氮唑喹啉-8-氨基)苯酰胺

将式III所示的N-(5-乙炔喹啉-8-氨基)苯酰胺0.1mmol，全乙酰基叠氮半乳糖0.3mmol，五水硫酸铜0.15mmol，抗坏血酸钠0.3mmol加入到20ml DMF水溶液中，在70℃下反应24h，反应结束后，向反应液中加入饱和NaCl水溶液，使用乙酸乙酯萃取，有机相经过无水硫酸镁干燥，过滤，溶剂经过旋蒸出去，粗品经过柱层析分离，乙酸乙酯：石油醚为1:5为流动相，得到式IV-2所示化合物47mg。

实施例7：制备5-半乳糖三氮唑-8-氨基喹啉

将式IV-2所示的N-(5-全乙酰基半乳糖三氮唑喹啉-8-氨基)苯酰胺0.1mmol，氢氧化钠0.4mmol加入到15ml甲醇溶液中，在50℃下反应4h，反应结束后，向反应液中加入饱和NaCl水溶液，使用乙酸乙酯萃取，有机相经过无水硫酸镁干燥，过滤，溶剂经过旋蒸出去，粗品经过柱层析分离，甲醇：二氯甲烷为1:10为流动相，得到式V-2所示化合物14mg。

¹H>13C>

实施例8：制备5-半乳糖三氮唑-8-氨基喹啉

将式IV-2所示的N-(5-全乙酰基半乳糖三氮唑喹啉-8-氨基)苯酰胺0.1mmol，氢氧化钠0.4mmol加入到15ml甲醇溶液中，在80℃下反应4h，反应结束后，向反应液中加入饱和NaCl水溶液，使用乙酸乙酯萃取，有机相经过无水硫酸镁干燥，过滤，溶剂经过旋蒸出去，粗品经过柱层析分离，甲醇：二氯甲烷为1:10为流动相，得到式V-2所示化合物23mg。

实施例9：制备5-半乳糖三氮唑-8-叠氮喹啉

将式V-2所示的5-半乳糖三氮唑-8-氨基喹啉0.1mmol，叠氮三甲基硅烷0.3mmol，亚硝酸叔丁酯0.4mmol加入到20ml四氢呋喃溶液中，在50℃下反应24h，反应结束后，向反应液中加入饱和NaCl水溶液，使用乙酸乙酯萃取，有机相经过无水硫酸镁干燥，过滤，溶剂经过旋蒸出去，粗品经过柱层析分离，甲醇：二氯甲烷为1:20为流动相，得到式VI-2所示化合物14mg。

¹H>13C>

实施例10：制备5-半乳糖三氮唑-8-叠氮喹啉

将式V-2所示的5-半乳糖三氮唑-8-氨基喹啉0.1mmol，叠氮三甲基硅烷0.4mmol，亚硝酸叔丁酯0.4mmol加入到20ml四氢呋喃溶液中，在80℃下反应24h，反应结束后，向反应液中加入饱和NaCl水溶液，使用乙酸乙酯萃取，有机相经过无水硫酸镁干燥，过滤，溶剂经过旋蒸出去，粗品经过柱层析分离，甲醇：二氯甲烷为1:20为流动相，得到式VI-2所示化合物20mg。

实施例11：荧光探针式VI-2，在pH为7.5条件下的水溶性中加入浓度为0μM～100μM硫化氢的紫外吸收光谱测定

准确称取实施例10中制备的荧光探针VI-2，用去离子水配置成浓度为10mM的荧光探针母液，使用移液器吸取1μL加入到磷酸缓冲液中(体积为1mL)，此时荧光探针浓度为10μM。分别加入1μL不同浓度硫化氢水溶液(最终硫化氢在反应体系中的浓度分别为0μM、10μM、20μM、30μM、40μM、50μM、60μM、70μM、80μM、90μM、100μM)，37℃条件下反应5min，测定混合液的紫外吸收光谱，结果见图2。所述荧光探针与硫化氢反应后在370nm出现强的吸收峰。

实施例12：荧光探针式VI-2，在pH为7.5条件下的选择性实验

准确称取实施例10中制备的荧光探针VI-2，用去离子水配置成浓度为10mM的荧光探针母液，使用移液器吸取1μL加入到磷酸缓冲液(体积为1mL)，分别加入1μL硫化氢水溶液和其他对照结构(磷酸二氢钠，磷酸钠，硝酸钠，碳酸钠，氯化钠，叠氮化钠，乙酸钠，碳酸氢钠，谷胱甘肽，半胱氨酸，同型半胱氨酸，溴化钠，亚硝酸钠，焦磷酸钠，谷氨酸)，使得反应体系中对照组物质浓度与硫化氢的浓度为100μM，荧光探针浓度为10μM。反应液在37℃条件下反应5分钟，测定其荧光值。激发波长为370nm，发射波长为520nm。荧光强度比值见图3。所述结果表明，该荧光探针对硫化氢检测有很好的专一选择性。

实施例13：荧光探针式VI-2，在pH为7.5，激发波长为370nm的条件下加入不同浓度的硫化氢的荧光检测效果

准确称取实施例10中制备的荧光探针VI-2，用去离子水配置成浓度为10mM的荧光探针母液，使用移液器吸取1μL加入到磷酸缓冲液(体积为1mL)，此时溶液中荧光探针浓度为10μM，分别加入1μL不同浓度硫化氢水溶液(最终硫化氢在反应体系中的浓度分别为0μM、10μM、20μM、30μM、40μM、50μM、60μM、70μM、80μM、90μM、100μM)，37℃条件下反应5min，测定其荧光强度值。激发波长为370nm，发射波长为520nm，荧光强度见图4，所述结果表明，该荧光探针检测硫化氢浓度与荧光强度呈现良好线性关系。

实施例14：荧光探针式VI-2对水质硫化物检测效果

准确称取实施例10中制备的荧光探针VI-2，用去离子水配置成浓度为10mM的荧光探针母液，使用移液器吸取1μL加入到磷酸缓冲液中(体积为1mL)。同时取待测水质硫化物样品3mL置于比色管中，使用滴管将0.3ml荧光探针，0.1ml酸化试剂加入到待测水样中，于37℃反应5min，测定荧光强度。激发波长为370nm，荧光颜色由无色变为绿色荧光，见图5。所述结果表明，该荧光探针表现出较好水质硫化物检测效果。

实施例15：荧光探针式VI-2对细胞硫化氢检测效果

准确称取实施例10中制备的荧光探针VI-2，用去离子水配置成浓度为10mM的荧光探针母液，使用移液器吸取1μL加入到磷酸缓冲液中(体积为1mL)。取荧光探针式VI-2(10μM)在HepG-2细胞体系中孵化30min后，利用Zeiss Axiovert 200m荧光倒置显微镜观察孵化前后的荧光信号，孵化前为a)，孵化后为b)，见图6。所述结果表明，该荧光探针表现出较好细胞硫化氢检测效果。

应当指出的是，上述实施例中的式IV-2为图1中式IV的异构体，式V-2为图1中式V的异构体。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。