基于菲并咪唑的ON⁃OFF⁃ON双比色荧光探针及细胞成像

doi:10.7503/cjcu20210089

摘要/Abstract

摘要：

设计合成了对称型菲并咪唑荧光探针PIP-ph-PIP, 并对其结构进行了表征和确认. 随着探针溶液中水体积分数的增加, 探针的聚集程度逐渐增加, 荧光强度先增强后猝灭. 荧光光谱测试结果表明, 在水相体系中探针PIP-ph-PIP能以ON-OFF-ON的方式分别对Ag⁺和SCN^-, Cu²⁺和PO³₄^-进行连续识别, 且连续识别效果可通过裸眼比色观察, 其中对Ag⁺识别具有超低检出限(6.1 nmol/L). 结果表明, 探针PIP-ph-PIP可应用于活体HeLa细胞中Ag⁺和Cu²⁺的定性分析及实际水样中Ag⁺和Cu²⁺的定量检测.

关键词: 水相, 菲并咪唑, 比色, 荧光探针, 细胞成像

Abstract:

The symmetric fluorescent probe PIP-ph-PIP based on phenanthro［9，10-d］imidazole was designed and synthesized， and its structure was characterized and confirmed. As the increasing amount of water in the solution of PIP-ph-PIP， the fluorescence intensity of PIP-ph-PIP first increased and then quenched with the gradual aggregation. The results of the fluorescence spectra indicated that the probe PIP-ph-PIP could selectively and successively recognize Ag⁺ and SCN^-， Cu²⁺ and PO³₄^-， respectively， with an ON-OFF-ON mode in the aqueous system. Moreover， the continuous effect can be observed by the colorimetric naked eye. The probe PIP-ph-PIP offered a relatively low detection limits of 6.1 nmol/L for Ag⁺ ions. The probe PIP-ph-PIP was successfully applied to detect Ag⁺ and Cu²⁺ in living human cancer cells（HeLa cells） and quantitively analyze of Ag⁺ and Cu²⁺ in actual water samples.

Key words: Water phase, Phenanthro［9, 10-d］imidazole, Colorimetry, Fluorescent probe, Cell imaging

中图分类号:

O657.3

TrendMD:

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LI Anran, ZHAO Bing, KAN Wei, SONG Tianshu, KONG Xiangdong, BU Fanqiang, SUN Li, YIN Guangming, WANG Liyan. ON-OFF-ON Double Colorimetric and Fluorescent Probes Based on Phenanthro［9，10-d］imidazole Derivatives and Their Living Cells Imaging. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(8): 2403.

图/表 10

Scheme 1 Synthesis of probe PIP?ph?PIP

Fig.1 Absorption(A) and fluorescent spectra(B) of PIP?ph?PIP with different volume fractions(fw) of water

Fig.2 Photos of PIP?ph?PIP(10 μmol/L) illuminated by UV lamp(A) and red laser pointer(B) in different proportions of DMF/H2O(Hepes 10 μmol/L, pH＝7.4)The volume fractions of water from left to right were 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, respectively.

Fig.3 Fluorescent emission spectra of PIP?ph?PIP(10 μmol/L) in aqueous solution in presence of the various cations(100 μmol/L)a. PIP?ph?PIP; b. PIP?ph?PIP+Cu2+; c. PIP?ph?PIP+Ag+.

Fig.4 Changes of fluorescent intensities of PIP?ph?PIP(10 μmol/L) to recognize Ag+(A) and Cu2+(B)(10 μmol/L) in presence of the other interference ions(100 μmol/L)a. K+, b. Ca2+, c. Na+, d. Mg2+, e. Al3+, f. Zn2+, g. Fe3+, h. Pb2+, i. Ba2+, j. Ag+, k. Hg2+, l. Cr3+, m. Cd2+, n. Co2+, o. Ni2+, p. Cu2+, q. blank.

Fig.5 Fluorescent spectra of PIP?ph?PIP(10 μmol/L) with the changes of the concentrations of Ag+(A) and Cu2+(C)(0—50 μmol/L) and plots of the linear relation about the recognition of PIP?ph?PIP to Ag+(B) and Cu2+(D)Inset of (A): the fluorescence intensity change of PIP?ph?PIP with the increase of Ag+ concentration．Inset of (C): the fluorescence intensity change of PIP?ph?PIP with the increase of Cu2+ concentration．

Fig.6 Fluorescent spectra of the in?situ complex of PIP?ph?PIP—Ag+(A) and PIP?ph?PIP—Cu2+(B, 10 μmol/L) in presence of the different anions(A) a. PIP?ph?PIP; b. PIP?ph?PIP—Ag++SCN-; c. PIP?ph?PIP—Ag++ other anions.(B) a. PIP?ph?PIP—Cu2++PO34 -; b. PIP?ph?PIP; c. PIP?ph?PIP—Cu2++HPO24 -; d. PIP?ph?PIP—Cu2++H2PO4- .

Fig.7 Graphs of the subsequent ON?OFF?ON effect of PIP?ph?PIP under the day light(A) and UV lamp(B)(A1, B1) PIP?ph?IP; (A2, B2) PIP?ph?PIP+Ag+; (A3, B3) PIP?ph?PIP+Cu2+.

Fig.8 Fluorescent images of HeLa cells treated with PIP?ph?PIP(10 μmol/L) for different concentration(10 and 20 μmol/L) of Cu2+ and Ag+, respectively(A—E) Bright field image; (F—J) dark field image; (K—O) merged image. (A, F, K) PIP?ph?PIP; (B, G, L) PIP?ph?PIP+Cu2+, 10 μmol/L; (C, H, M) PIP?ph?PIP+Cu2+, 20 μmol/L; (D, I, M) PIP?ph?PIP+Ag+, 10 μmol/L; (E, J, O) PIP?ph?PIP+Ag+, 20 μmol/L.

Table 1 Determination of Ag+ and Cu2+ concentrations in real water samples by the fluorescence method based on the PIP-ph-PIP probe

Sample	Spiked c（Ag⁺）/ （μmol·L^-1）	Detected c（Ag⁺）/ （μmol·L^-1）	Recovery of Ag⁺（%）	Standard deviation（%）	Spiked c（Cu²⁺）/（μmol·L^-1）	Detected c（Cu²⁺）/ （μmol·L^-1）	Recovery of Cu²⁺（%）	Standard deviation（%）
Tap water	1	1.01	101.0	1	1	0.94	0.94	1
	4	3.86	96.5	0.32	4	3.74	3.74	0.32
	7	6.93	99.0	0.65	7	6.86	6.86	0.65
Lake water	1	0.98	98.1	1	1	1.02	1.02	1
	4	3.91	97.7	0.48	4	3.78	3.78	0.28
	7	6.91	98.7	1.74	7	6.96	6.96	0.71
River water	1	0.97	97.0	1.12	1	0.96	0.96	1.12
	4	3.95	98.8	0.52	4	3.85	3.85	0.32
	7	6.89	98.4	0.23	7	6.84	6.84	0.27

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