基于激发态分子内质子转移机制的3-羟基黄酮探针用于检测生物硫醇

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240161

摘要/Abstract

摘要：

生物硫醇在细胞的新陈代谢、生长分化和氧化还原平衡过程中扮演着十分重要的作用。本文以4-二甲氨基苯甲醛为起始原料设计合成了一个新的“关-开”型荧光探针HF-DBS。该探针可被生物硫醇选择性地催化水解，生成具有强荧光发射的3-羟基黄酮荧光团（HF），HF特有的激发态分子内质子转移（ESIPT）性质使其具有较大的斯托克斯位移。该探针显示出高选择性、高灵敏度、良好的生物相容性和抗干扰能力，且在生理条件下响应良好，可成功应用于细胞内的生物硫醇检测和活细胞成像。另外，该探针能够做成试纸对半胱氨酸进行快速检测。

关键词: 黄酮, 激发态分子内质子转移, 荧光探针, 硫醇

Abstract:

Biothiols play an important role in cell growth and differentiation， metabolism and redox balance. In this paper， a new “off-on” fluorescent probe， HF-DBS， was designed and synthesized from the starting material 4-dimethylaminobenzaldehyde. The probe can be selectively hydrolyzed by biothiols to produce the 3-hydroxyflavone fluorophore （HF） with strong fluorescence emission， which has the property of excited state intramolecular proton transfer （ESIPT） and therefore has a large Stokes shift. In addition， the probe has high selectivity， high sensitivity， good biocompatibility and anti-interference ability， it can be used under physiological conditions. Thus， this probe has been successfully applied to intracellular biothiols detection and live cell imaging. In addition， the probe can be made into test paper for rapid cysteine detection.

Key words: Flavone, Excited state intramolecular proton transfer, Fluorescence probe, Biothiols

中图分类号:

O657.3

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图/表 10

图1 已报道的部分黄酮类探针（A-E）化学结构［10-16］

Fig.1 Chemical structures of some reported flavonoid probes （A-E）［10-16］

图2 探针HF-DBS的合成路线

Fig.2 Synthetic route of probe HF-DBS

图3 探针（10 μmol/L）加入不同生物硫醇（50 μmol/L）前后的吸收光谱（A）和荧光光谱（λex=400 nm）（B）

Fig.3 Absorption （A） and fluorescent spectra （λex=400 nm）（B） of probe （10 μmol/L） with or without different biothiols （50 μmol/L）

图4 探针（10 μmol/L）与Cys（50 μmol/L）的荧光强度（546 nm）以及各种小分子（50 μmol/L）的干扰

Fig.4 Fluorescence intensity （546 nm） of the probe （10 μmol/L） with Cys （50 μmol/L） and the interference of coexisting various small molecules （50 μmol/L）

图5 室温下探针对生物硫醇荧光响应的时间分辨（A）和pH（B）的影响

Fig.5 Time-dependent （A） and pH （B） effect on fluorescence response of the probe for biothiols at room temperature

图6 探针对Cys的荧光滴定实验（A）和探针在546 nm处的荧光强度差值与Cys（B）、Hcy（C）或GSH（D）浓度的关系

Fig.6 The titration experiment of probe for Cys （A） and the relationship of fluorescence intensity difference of probe with the concentration of Cys （B）， Hcy （C） or GSH （D） at 546 nm

图7 探针HF-DBS对生物硫醇的识别机制

Fig.7 The recognition mechanism of probe HF-DBS for biothiols

图8 探针HF-DBS对HepG2细胞生存率的影响

Fig. 8 Effect of probe HF-DBS on the viability of HepG2 cells

图9 不同条件下处理HepG2细胞内的Cys成像（A-C） HF-DBS （10 μmol/L）；（D-F） NEM （300 μmol/L） and HF-DBS （10 μmol/L）；（G-I） NEM （300 μmol/L）， HF-DBS （10 μmol/L） and Cys （100 μmol/L）， scale bar： 100 μm

Fig.9 Fluorescence images of Cys in HepG2 cells with different treatments

图10 探针试纸对Cys的快速检测

Fig.10 Rapid detection of Cys by test paper loaded HF-DBS

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