3，4-二甲氧基查尔酮荧光探针用于人血清白蛋白的检测

doi:10.7503/cjcu20240273

摘要/Abstract

摘要：

人血清白蛋白（HSA）是人血清中含量最丰富的蛋白质，它参与许多重要的生理过程，也与某些疾病息息相关，是临床诊断的重要生物标志物. 本文以结构简单、合成简便且荧光性质易调控的查尔酮化合物为荧光探针母体，通过在查尔酮的A环引入2个甲氧基获得一种用于HSA检测的D-π-A型荧光探针3，4-二甲氧基查尔酮（DDP）; 经¹H NMR和¹³C NMR及MS表征确证了其结构. 查尔酮A环甲氧基的引入可以调控探针的推拉电子效应及其对HSA的荧光响应性能. 进一步利用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱等方法研究了DDP的光谱性质及其与HSA的相互作用. DDP的荧光光谱分析结果表明，其荧光对溶剂的极性非常敏感，其荧光发射波长随溶剂极性增大而发生红移. DDP与HSA响应后荧光增强73倍，响应前后的荧光量子产率分别为0.2%和4.0%. DDP对HSA的响应有优异的选择性，响应速度快且响应后荧光稳定. 经Job’s plot和荧光滴定实验确定了DDP与HSA结合的化学计量比为1∶1，检出限（LOD）为40.32 nmol/L，结合常数为3.95×10⁵ L/mol；并通过置换实验证明了DDP的结合位点是HSA的DS2区. 该探针可实现对HSA的高灵敏度、高选择性检测.

关键词: 荧光探针, 荧光光谱, 查尔酮, 人血清白蛋白

Abstract:

Human serum albumin（HSA） is the most abundant protein in human serum， involved in many important physiological processes and closely related to many diseases. It is an important biomarker for clinical diagnosis. In this paper， the chalcone compounds with simple structure， easy synthesis， and easily regulated fluorescence properties were used as the fluorescent skeleton. A D-π-A fluorescent probe， 3，4-dimethoxychalcone（DDP）， was designed for the detection of HSA by introducing two methoxy groups to the A ring of chalcone. The structure of the probe was confirmed by ¹H NMR and ¹³C NMR as well as MS. The push-pull electronic effect of the probe and its fluorescence response to HSA were modulated by the introduction of the two methoxy groups. UV-visible absorption spectroscopy and fluorescence spectroscopy were further used to investigate the spectral properties of DDP and its interaction with HSA. The fluorescence spectra of DDP showed that its fluorescence is highly sensitive to the polarity of the solvent， and its fluorescence emission wavelength undergoes a red-shift with the increase of solvent polarity. The fluorescence enhancement of DDP in response to HSA was 73-fold， and the fluorescence quantum yields before and after response to HSA were 0.2% and 4.0%， respectively. DDP has excellent selectivity in response to HSA with fast response and stable fluorescence. The binding stoichiometry ratio of DDP to HSA was determined to be 1∶1 by Job’s plot and fluorescence titration. The limit of detection（LOD） was 40.32 nmol/L， and the binding constant was 3.95×10⁵ L/mol. The binding site of DDP with HSA was verified to be DS2 region with the displacement test. This probe enables highly sensitive and selective detection of HSA.

Key words: Fluorescent probe, Fluorescence spectroscopy, Chalcone, Human serum albumin

中图分类号:

O657.3

TrendMD:

王超, 贾爱萍, 张亚雯, 陈光. 3，4-二甲氧基查尔酮荧光探针用于人血清白蛋白的检测. 高等学校化学学报, 2024, 45(10): 20240273.

WANG Chao, JIA Aiping, ZHANG Yawen, CHEN Guang. 3，4-Dimethoxychalcone Fluorescent Probe for the Detection of Human Serum Albumin. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(10): 20240273.

图/表 8

Fig.1 UV⁃Vis absorption(A) and fluorescence(B) spectra of probe DDP(10 μmol/L) in different solvents

Fig.2 Fluorescence response and selectivity of probe DDP to HSAa. DDP; b. Zn2+; c. K+; d. Mg2+; e. Fe2+; f. Na+; g. Cu2+; h. Cys; i. Gly; j. Tyr; k. Leu; l. GLu; m. Arg; n. Lys; o. Trp; p.Thr; q. MYO; r. HSA.

Fig.3 Fluorescence response time of probe DDP(10 μmol/L) to HSA(10 μmol/L)

Fig.4 Job’s plot of probe DDP and HSA

Fig.5 Substitution experiment of DDP⁃HSA with site⁃bound reagents

Fig.6 Fluorescence intensity of DDP⁃HSA in the presence of 0—6.0 mol/L GndHCl(A) and 0—400 μg/mL Trypsin(B)

Fig.7 Fluorescence spectra of probe DDP (10 μmol/L) in response to different concentrations of HSAInset shows the fluorescence intensity vs. [HSA] curve at 536 nm.

Fig.8 Variation curve of fluorescence intensity at 536 nm with HSA concentration(A) and linearity of (Fmax-F0)/(F-F0) versus 1/[HSA](B)

参考文献 24

1	Nicholson J. P.， Wolmarans M. R.， Park G. R.， Brit. J. Anaesth.， 2000， 85（4）， 599—610
2	Quinlan G. J.， Martin G. S.， Evans T. W.， J. Hepatol.， 2005， 41（6）， 1211—1219
3	Zhang A.， Hao J.， Huang Q.， Gao X.， Wen W.， J. Anal. Sci.， 2013， 29（1）， 73—77
	张爱平，郝娟，黄茜，高晓亚，文雯. 分析科学学报， 2013， 29（1）， 73—77
4	Shi D.， He X.， Chem. Bull.， 2020， 83（3）， 195—208
	施德太，贺晓鹏. 化学通报， 2020， 83（3）， 195—208
5	Rabbani G.， Ahn S. N.， Int. J. Biol. Macromol.， 2021， 193（15）， 948—955
6	Sudlow G.， Birkett D. J.， Wade D. N.， Mol. Pharmacol.， 1975， 11（6）， 824—832
7	Liu H.， Chen L.， Xu C.， Li Z.， Zhang H.， Zhang X.， Tan W.， Chem. Soc. Rev.， 2018， 47（18）， 7140—7180
8	Xue T.， Murfin L. C.， Wu L.， Lewis S. E.， James T. D.， Chem. Sci.， 2021， 12（10）， 3406—3426
9	Huyan Y.， Nan X.， Li H.， Sun S.， Xu Y.， Chem. Commun.， 2024， 60（28）， 3810—3813
10	Sasmal M.， Islam A. S. M.， Moni D.， Katarkar A.， Ali M.， J. Mater. Chem. B， 2024， 12（18）， 4478—4488
11	Wang Y.， Huo F.， Yin C.， J. Phys. Chem. B， 2024， 128（5）， 1121—1138
12	Zhu Z.， Chen X.， Liao H.， Li L.， Yang H.， Wang Q.， Zhu W.， Aggregate， 2024， e526
13	Liu X.， Qi S.， Mao J.， Zhang Y.， Dong B.， Song B.， Ji L.， Dyes Pigments， 2024， 224， 112054
14	Xu Z.， Zhang M.， Chen Z.， Zhao Y.， Wang L.， Chen X.， Liu B.， Peng X.， Chem. Commun.， 2023， 59（38）， 5775—5778
15	Hong Y.， Feng C.， Yu Y.， Liu J.， Lam J.， Luo K.， Tang B.， Anal. Chem.， 2010， 82（16）， 7035—7043
16	Li P.， Wang Y.， Zhang S.， Xu L.， Wang G.， Cui J.， Tetrahedron Lett.， 2018， 59（14）， 1390—1393
17	Sharma R.， Kumar R.， Kodwani R.， Kapoor S.， Khare A.， Bansal R.， Khurana S.， Singh S.， Thomas J.， Roy B.， Phartyal R.， Saluja S.， Kumar S.， Anticancer Agents Med. Chem.， 2015， 16（2）， 200—211
18	Niu C.， Li G.， Mai D.， Aisa H. A.， Chem. J. Chinese Universities.， 2014， 35（6）， 1204—1211
	牛超，李根，买迪娜，阿吉艾克拜尔·艾萨. 高等学校化学学报， 2014， 35（6）， 1204—1211
19	Liu B.， Pang Y.， Bouhenni R.， Duah E.， Paruchuri S.， McDonald L.， Chem. Commun.， 2015， 51（55）， 11060—11063
20	Liu B.， Bi X.， McDonald L.， Pang Y.， Liu D. Q.， Pan C.， Wang L.， Sensor. Actuat. B： Chem.， 2016， 236（29）， 668—674
21	Luo Z. J.， Liu B.， Zhu K.， Huang Y.， Pan C.， Wang B.， Wang L.， Dyes Pigments， 2018， 152（5）， 60—66
22	Ghuman J.， Zunszain P. A.， Petitpas I， Petitpas I.， Bhattacharya A. A.， Otagiri M.， Curry S.， J. Mol. Biol.， 2005， 353（1）， 38—52
23	Nicoletti F. P.， Howes B. D.， Fittipaldi M.， Fanali G.， Fasano M.， Ascenzi P.， Smulevich G.， J. Am. Chem. Soc.， 2008， 130（35）， 11677—11688
24	Xu H.， Shen G.， Peng C.， Han X.， Duan L.， Cheng T.， Dyes Pigments， 2022， 197， 109915

[1]	张慧莲, 杨新杰, 李军, 李泉, 张福娟, 张艳丽, 王红斌, 杨文荣, 庞鹏飞. 基于N掺杂Ti₃C₂ MXene量子点的荧光探针用于Hg²⁺和S^2-的传感检测[J]. 高等学校化学学报, 2024, 45(5): 20230504.
[2]	符芳媚, 徐梦如, 梁梓珊, 黄斯锐, 李晖, 张浩然, 李唯, 郑明涛, 雷炳富. 共轭尺寸和表面氧化协同触发的红色荧光碳点用于有机溶剂中痕量水的检测[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(2): 20220464.
[3]	赵永梅, 穆叶舒, 洪琛, 罗稳, 田智勇. 双萘酰亚胺衍生物用于检测水溶液中的苦味酸[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210765.
[4]	唐倩, 但飞君, 郭涛, 兰海闯. 喹啉酮-香豆素类Hg²⁺比色荧光探针的合成及应用[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(2): 20210660.
[5]	李成, 周森森, 蒋锡群. 乏氧光学影像探针的设计与应用[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(12): 20220558.
[6]	杨燕玲, 叶德举. 碳酸酐酶靶向探针的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(12): 20220557.
[7]	姚善昆, 丁伟忠, 吴延平, 陈韵聪, 郭子建. 硫代部花菁类染料生物成像及诊疗的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(12): 20220568.
[8]	徐心昱, 张乐天, 曹晖, 马原, 刘柳卉, 宋国胜, 张晓兵. 脂质响应型探针用于动脉粥样硬化成像及治疗的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(12): 20220383.
[9]	王迪, 钟克利, 汤立军, 侯淑华, 吕春欣. 席夫碱共价有机框架的合成及对I ^‒ 的识别[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220115.
[10]	李安然, 赵冰, 阚伟, 宋天舒, 孔祥东, 卜凡强, 孙立, 殷广明, 王丽艳. 基于菲并咪唑的ON⁃OFF⁃ON双比色荧光探针及细胞成像[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8): 2403.
[11]	黄珊, 姚建东, 宁淦, 肖琦, 刘义. 石墨烯量子点荧光探针对碱性磷酸酶活性的高效检测[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8): 2412.
[12]	李梦硕, 张静, 刘丹, 朱亚先, 张勇. 芘与人血清白蛋白和牛血清白蛋白结合位点微环境极性的差异[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(3): 731.
[13]	杨新杰, 赖艳琼, 李秋旸, 张艳丽, 王红斌, 庞鹏飞, 杨文荣. 基于环状DNA-银纳米簇荧光探针对微囊藻毒素-LR的传感检测[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(12): 3600.
[14]	谌委菊, 陈诗雅, 薛曹叶, 刘波, 郑晶. 缺氧响应荧光探针的成像及治疗应用[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(11): 3433.
[15]	张爱芹, 王嫚, 申刚义, 金军. 多溴联苯醚与人血清白蛋白相互作用的表面等离子体共振及分子对接[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(9): 2054.