一种基于ZIF材料的近红外纳米荧光探针的制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及了一种基于ZIF材料的三磷酸腺苷(ATP)近红外纳米荧光探针的制备和应用，该荧光探针的结构由纳米级别的沸石咪唑类金属有机框架(ZIF‑90)以及其内部包裹的基于香豆素‑吡喃的近红外荧光团构成。本发明专利技术提供了以4‑(二乙氨基)水杨醛，2‑(4‑二乙氨基‑2‑羟基苯甲酰基)苯甲酸，咪唑‑2‑甲醛，二水合乙酸锌等为原料合成该荧光探针的制备方法；该荧光探针是一种基于ZIF‑90的三磷酸腺苷近红外荧光探针；首先，该荧光探针合成方法简单，对ATP能产生32倍的荧光增强；其次，该荧光探针对ATP有相对理想的选择性，不受其他核苷酸以及生物体中常见离子的干扰；并且，该荧光探针与ATP作用迅速，响应时间在10min以内；此外，该荧光探针具有较长的近红外发射，可以应用于活细胞内ATP含量的检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ZIF材料的近红外纳米荧光探针的制备和应用
本专利技术属于荧光探针
，具体涉及基于沸石咪唑框架材料的三磷酸腺苷近红外纳米荧光探针的制备和应用。
技术介绍
三磷酸腺苷(ATP)是生物体内组织细胞一切生命活动所需能量的直接来源，主要在线粒体中产生(DennisP.B.,JaeschkeA.,SaitohM.,FowlerB.,KozmaS.C.,ThomasG.Science.2001,294,1102-1105.)。作为一种多功能生物分子，ATP在能量传递、细胞呼吸、酶催化、信号传导等多种生理过程中发挥着至关重要的作用(KnowlesJ.R.Ann.Rev.Biochem.1980,49,877-919；DennisP.B.,JaeschkeA.,SaitohM.,FowlerB.,KozmaS.C.,ThomasG.Science.2001,294,1102-1105；KhlyntsevaS.V.,BazelY.R.,VishnikinA.B.,AndruchV.J.J.Anal.Chem.2009,64,657-673.)。细胞中ATP浓度的异常波动与许多疾病密切相关，如炎症、心血管病、恶性肿瘤和帕金森病等，因此可以将ATP作为某些疾病的标志物进行研究(BoursM.J.L.,SwennenE.L.R.,DiVirgilioF.,CronsteinB.N.,DagnelieP.C.Adenosine.2006,5,358-404；YokoshikiH.,SunagawaM.,SekiT.,SperelakisN.Am.J.Physiol.:CellPhysiol.1998,274(1),C25-C37；WallaceD.C.Science.1999,283,1482-1488；ZhouZ.,DuY.,DongS.Anal.Chem.2011,83,5122-5127；DiVirgilioF.PurinergicSignalling.2005,1,205-205.)。开发一种方便有效的ATP检测方法，有助于我们进一步了解和研究与ATP相关的生理和病理过程。近年来，科研人员已开发出多种ATP检测方法，如比色法、化学发光法、电化学分析法、荧光法等(LiS.,ZhaoX.,YuX.,WanY.,YinM.,ZhangW.,CaoB.,WangH.Anal.Chem.2019,91,14737-14742；LiX.Y.,GuoX.D.,CaoL.X.,XunZ.Q.,WangS.Q.,LiS.Y.,LiY.,YangG.Q.Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,7809-7813；ChangJ.F.,LvW.X.,LiQ.,LiH.Y.,LiF.Anal.Chem.2020,92,8959-8964；WuZ.,LiuM.M.,LiuZ.C.,TianY.J.Am.Chem.Soc.2020,142,7532-7541.)。其中，荧光法由于灵敏度高、选择性好、响应快和成像分辨率强等优点，成为生物检测分析中的强大工具(ZhuH.,FanJ.,DuJ.,PengX.J.Acc.Chem.Res.2016,49,2115-2126；LichtmanJ.W.,ConchelloJ.A.Nat.Methods.2005,2,910-919；RenT.B.,XuW.,ZhangW.,J.Am.Chem.Soc.2018,140,7716-7722.)。然而，目前所报道的ATP荧光探针大部分发射波长较短，达不到生物活体成像的要求(LiW.,GongX.Y.,FanX.P.,YinS.L.,SuD.D.ChineseChemicalLetters.2019,30,1775-1790.)。因此，有必要设计一种近红外发射的荧光探针用于监测体内ATP水平的动态波动。沸石咪唑骨架(ZIFs)是由金属离子和咪唑连接体自组装而成的金属有机框架(MOFs)的一个子类(VennaS.R.,CarreonM.A.J.Am.Chem.Soc.2010,132,76-78.)。由于其孔隙可调、结构可控、负载率高、生物相容性好、易于合成和功能化等优势，在催化、气体储存与分离、药物输送、生物成像和传感等领域被广泛研究和应用(MorrisW.,LeungB.,FurukawaH.,YaghiO.K.,HeN.,HayashiH.,AstaM.,LairdB.B.,YaghiO.M.J.Am.Chem.Soc.2010,132,11006-11008；YaghiO.M.J.Am.Chem.Soc.2016,138,15507-15509；ParkJ.,SunL.B.,ChenY.P.,PerryZ.,ZhouH.C.Angew.Chem.,Int.Ed.2014,53,5842-5846.)。近年来，ZIFs在有关生物过程和疾病标志物检测领域的研究越来越多(YangJ.,YangY.W.Small.2020,16,1906846.)，但是，利用ZIFs进行ATP检测的报道较少。因此，将纳米材料和荧光技术相结合，开发一种基于ZIFs的近红外纳米荧光探针来检测ATP具有重要意义。
技术实现思路
根据所提出的要求，本专利技术人对此进行了深入研究，在付出大量创造性劳动后，提供了一种基于沸石咪唑框架(ZIF-90)的三磷酸腺苷近红外纳米荧光探针。本专利技术的技术方案是，一种基于ZIF材料的近红外纳米荧光探针，其结构是由沸石咪唑框架(ZIF-90)和香豆素-吡喃基近红外荧光染料(CP)自组装而成。一种基于ZIF材料的近红外纳米荧光探针的制备方法。步骤如下：1)香豆素-吡喃基近红外染料(CP)的制备方法：将10当量的4-(二乙氨基)水杨醛，10当量的乙酰乙酸乙酯，以及1.0当量的哌啶分别加入到100mL圆底烧瓶中，然后加入20mL无水乙醇将其溶解。反应在75～80℃下回流搅拌6h，反应完成后，减压除去溶剂。粗产品用硅胶柱层析法提纯，洗脱液为二氯甲烷，减压抽滤除去溶剂，得到深黄色固体中间产物(产率60％)。在100mL圆底烧瓶中，将1.0当量的中间产物和1.0当量的2-(4-二乙氨基-2-羟基苯甲酰基)苯甲酸溶解在5～8mL的浓硫酸中，在90℃下搅拌反应6h。停止反应，将所得到的溶液迅速倒入冰水中，然后加入0.5mL的70％高氯酸以沉淀固体。粗产品经减压抽滤和冷水洗涤后，再用硅胶柱层析法提纯，洗脱液比例为二氯甲烷：甲醇(20:1)，减压抽滤除去溶剂，得到深绿色固体产物(产率69％)。2)基于ZIF材料的近红外纳米荧光探针(CP@ZIF-90)的制备方法：将100当量的咪唑-2-甲醛和1.0当量的近红外荧光染料CP加入10mL离心管中，滴加1～5mLN,N-二甲基甲酰胺使其完全溶解；将50当量的二水合乙酸锌加入5mL离心管中，滴加1～5mLN,N-二甲基甲酰胺使其完全溶解，再将5mL离心管中的溶液倒入10mL离心管内；然后，把离心管放入超声波清洗机中振荡5min，再滴加5～10mLN,N-二甲基甲酰胺，继续超声振荡10～20min；接着，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ZIF材料的近红外纳米荧光探针，其结构是由纳米级别的沸石咪唑类金属有机框架ZIF-90以及其内部包裹近红外荧光染料CP构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于ZIF材料的近红外纳米荧光探针，其结构是由纳米级别的沸石咪唑类金属有机框架ZIF-90以及其内部包裹近红外荧光染料CP构成。


2.根据权利要求1所述的一种基于ZIF材料的近红外纳米荧光探针的制备方法，其特征在于，反应步骤如下：
将100当量的咪唑-2-甲醛和1当量的近红外荧光染料CP加入10mL离心管中，滴加1～5mLN,N-二甲基甲酰胺使其完全溶解；将50当量的二水合乙酸锌加入5mL离心管中，滴加1～5mLN,N-二甲基甲酰胺使其完全溶解，再将5m...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春艳，侯美家，陈骏涛，徐芬，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43