基于GFP发光机理构建非共轭胺与环烷基醇胶束荧光体系

doi:10.7503/cjcu20230096

摘要/Abstract

摘要：

基于模拟绿色荧光蛋白（GFP）发光机理构建了一种新型化学发光体系, 在该体系中, 环烷基醇形成胶束保护非共轭有机胺高效地发射荧光. 实验结果表明, 该体系的形成是物理过程, 且胶束微环境对荧光性能有重要影响. 构建的发光体系具有荧光强度高和温敏性强等特点, 可以应用于细胞染色成像和温度传感等领域. 该工作为制备高效非共轭发光系统提供了一种绿色、简便和低成本的新方法.

关键词: 非共轭小分子胺, 环烷基醇, 胶束, 荧光

Abstract:

A new fluorescent system was constructed based on simulating the luminescence mechanism of green fluorescent protein（GFP）， in which cycloalkyl alcohols formed micelles to protect non-conjugated organic amines to fluoresce efficiently. Only two simple procedures（mixing and aging） were necessary to fabricate the fluorescent system. The results show that the formation of the system is a physical process， and the micellar microenvironment has an important effect on the fluorescence properties. The luminescent system has the characteristics of high fluorescence intensity and strong temperature sensitivity， which can be applied in the fields of cell staining imaging and temperature sensing. At the same time， this work provides a new green， simple and low-cost method for the preparation of efficient non-conjugated luminescence systems.

Key words: Non-conjugated small organic amine, Cycloalkyl alcohol, Micelle, Fluorescence

中图分类号:

O646

TrendMD:

兰帅, 张雨, 杜威龙, 贾丹丹, 曹磊, 王东军. 基于GFP发光机理构建非共轭胺与环烷基醇胶束荧光体系. 高等学校化学学报, 2023, 44(10): 20230096.

LAN Shuai, ZHANG Yu, DU Weilong, JIA Dandan, CAO Lei, WANG Dongjun. A Fluorescent System Constructed by Non-conjugated Amines in Cyclohexanol Micelles Based on Simulating GFP Bioluminescence Mechanism. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(10): 20230096.

图/表 9

Fig.1 Schematic diagram of the formation of the micelle⁃triggered fluorescence system

Fig.2 Fluorescence spectra of DETA/CHM mixture at different DETA concentrations(A) Excitation spectra(λem=440 nm); (B) emission spectra(λex=364 nm); (C) UV-Vis absorption spectra; (D) photos of DETA/CHM samples at different concentrations(up: sunlight, down: UV lamp at 365 nm). Insets in (B) and (C): corresponding change trend as a function of concentration.

Fig.3 TEM(A, B) and SEM(C, D) images for the DETA/CHM samples at different concentrations of DETAw(DETA): (A) 0.5%； (B) 1%； (C) 2%； (D) 5%.

Fig.4 1H NMR spectra of DETA(A), CHM(B) and their fluorescent mixtures at different concentrations(C) in CDCl3(C) The mass fraction of DETA was 0.01%, 0.1%, 0.4%, 0.5%, 1%, and 2%(from top to bottom), respectively.

Fig.5 Fluorescence(A, D) and UV⁃Vis(B, E) spectra and relative line chart of fluorescence intensity versus time(C, F) of 0.5% DETA/CHM samples aging at room temperature(A—C) and 60 ℃(D—F)

Fig.6 Comparison of fluorescent properties for the three systems prepared with DETA and CHA, CHM and CHE(A) Chemical structures of CHA, CHE and CHM; (B, C) fluorescent(B) and the normalized(C) spectra; (D—F) excitation spectra measured at different times in the aging process at room temperature for DETA/CHA, DETA/CHM and DETA/CHE, respectively.

Fig.7 Comparison for different fluorescent systems prepared by various amine precursors and CHM

Table 1 Excited state lifetime values of four typical samples

System	Excited state lifetime/ns
System	τ₁	τ₂	χ²
0.5% DETA/CHA	4.45	9.88	1.007
0.5% DETA/CHM	6.63	9.17	1.010
0.5% TETA/CHM	7.87	13.15	1.021
0.5% DETA/CHE	5.23	8.85	1.002

Fig.8 Temperature response emission characteristics of DETA/CHM recorded between 0 and 90 ℃ (λex=364 nm; measured with 10 ℃ temperature interval)(A) Emission spectra, the insets show the sample photos in cuvette taken under UV irradiation(365 nm) at 0 ℃and 90 ℃; (B) changing tendencies of emission intensity monitored at different temperatures for the samples of DETA/CHM, rhodamine 6G/H2O and quinine sulfate/H2O; (C) circulation graph of fluorescence intensity of the DETA/CHM sample.

参考文献 38

1	Staden A. D. P. V.， Faure L， M.， Vermeulen R. R.， Dicks L. M. T.， Smith C.， ACS Synth. Biol.， 2019， 8（10）， 2220—2227
2	Sun S.， Liu Y.， Xia J.， Wang M.， Tang R.， Lei C.， Huang Y.， Nie Z.， Yao S.， Chem. Commun.， 2019， 55（15）， 2218—2221
3	Zhu X.， Tang R.， Wang S.， Chen X.， Hu J.， Lei C.， Huang Y.， Wang H.， Nie Z.， Yao S.， ACS Nano， 2020， 14（2）， 2172—2182
4	Li H. Y.， Lei C. Y.， Huang Y.， Nie Z.， Chem. J. Chinese Universities， 2020， 41（11）， 2324—2334
	李慧圆，雷春阳，黄燕，聂舟. 高等学校化学学报， 2020， 41（11）， 2324—2334
5	Guo Y. H.， Leng H. X.， Chen Q. X.， Su J. Y.， Shi W. J.， Xia C. L.， Zhang L.， Yan J. W.， Sensor Actuat. B： Chem.， 2022， 372（1）， 132648
6	Li X. Q.， Chung C. I.， Yang J. J.， Chaudhuri S.， Munster P. N.， Shu X. K.， Sci. Adv.， 2023 9（9）， 3760—3772
7	Zimmer M.， Chem. Rev.， 2002， 102（3）， 759—782
8	Davari M.， Ferrer F.， Morozov D.， Santoro F.， Groenhof G.， Chem. Phys. Chem.， 2014， 15（15）， 3236—3245
9	Chalfie M.， Tu Y.， Euskirchen G.， Ward W. W.， Prasher D. C.， Science， 1994， 263（5148）， 802—805
10	Tsien R. Y.， Annu. Rev. Biochem.， 1998， 67， 509—544
11	Lippincott⁃Schwartz J.， Patterson G. H.， Science， 2003， 300（5616）， 87—91
12	Miyawaki A.， Annu. Rev. Biochem.， 2011， 80， 357—373
13	Craggs T. D.， Chem. Soc. Rev.， 2009， 38（10）， 2865—2875
14	Auhim H. S.， Grigorenko B. L.， Harris T. K.， Aksakal O. E.， Polyakov I. V.， Berry C.， Gomes G. P.， Alabugin I. V.， Rizkallah P. J.， Nemukhin A. V.， Jones D. D.， Chem. Sci.， 2021， 12（22）， 7735—7754
15	Buhrke D.， Hildebrandt P.， Chem. Rev.， 2020， 120（7）， 3577—3630
16	Carlos C. P. A.， Correia S. F. H.， Martins M.， Savchuk O. A.， Coutinho J. A. P.， Andre P. S.， Nieder J. B.， Ventura S. P. M.， Ferreira R. A. S.， Green Chem.， 2020， 22（15）， 4943—4951
17	Prasher D. C.， Eckenrode V. K.， Ward W. W.， Prendergast F. G.， Cormier M. J.， Gene， 1992， 111（2）， 229—233
18	Ormö M.， Cubitt A. B.， Kallio K.， Gross L. A.， Tsien R. Y.， Remington S. J.， Science， 1996， 273（5280）， 1392—1395
19	Ong W. J. H.， Alvarez S.， Leroux I. E.， Shahid R. S.， Samma A. A.， Peshkepija P.， Morgan A. L.， Mulcahy S.， Zimmer M.， Mol. BioSyst.， 2011， 7， 984—992
20	Yang F.， Moss L. G.， Phillips G. N.， Nat. Biotechnol.， 1996， 14（10）， 1246—1251
21	Haldar S.， Chattopadhyay A.， J. Fluoresc.， 2008， 19， 1—2
22	Day R. N.， Davidson M. W.， Chem. Soc. Rev.， 2009， 38（10）， 2887—2921
23	Lukyanov K. A.， Chudakov D. M.， Lukyanov S.， Verkhusha V. V.， Nat. Rev. Mol. Cell. Biol.， 2005， 6， 885—890
24	Paige J. S.， Wu K. Y.， Jaffrey S. R.， Science， 2011， 333（6042）， 642—646
25	Zhou Q.， Wu F.， Wu M.， Tian Y.， Niu Z.， Chem. Commun.， 2015， 51（82）， 15122—15124
26	Chen Y. H.， Sung R.， Sung K.， Org. Lett.， 2018， 20（7）， 1768—1772
27	Bhattacharya B.， Roy D.， Dey S.， Puthuvakkal A.， Bhunia S.， Mondal S.， Chowdhury R.， Bhattacharya M.， Mandal M.， Manoj K.， Mandal P. K.， Reddy C. M.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2020， 59（45）， 19878—19883
28	Baldridge A.， Samanta S. R.， Jayaraj N.， Ramamurthy V.， Tolbert L. M.， J. Am. Chem. Soc.， 2011， 133（4）， 712—715
29	Singh A.， Verma P.， Laha S.， Samanta D.， Roy S.， Maji T. K.， ACS Appl. Mater. Inter.， 2020， 12（18）， 20991—20997
30	Williams D. E.， Dolgopolova E. A.， Pellechia P. J.， Palukoshka A.， Wilson T. J.， Tan R.， Maier J. M.， Greytak A. B.， Smith M. D.， Krause J. A.， Shustova N. B.， J. Am. Chem. Soc.， 2015， 137（6）， 2223—2226
31	Yampolsky I. V.， Remington S. J.， Martynov V. I.， Potapov V. K.， Lukyanov S.， Lukyanov K. A.， Biochemistry.， 2005， 44（15）， 5788—5793
32	Baldridge A.， Solntsev K. M.， Song C.， Tanioka， T.， Kowalik， J.， Hardcastle， K.， Tolbert， L. M.， Chem. Commun. 2010， 46（31）， 5686—5688
33	Chatterjee S.， Karuso P.， Tetrahedron Lett.， 2016， 57（47）， 5197—5200
34	Baldridge A.， Feng S.， Chang Y. -T.， Tolbert L. M.， ACS Comb. Sci.， 2011， 13（3）， 214—217
35	Tomalia D. A.， Maculewicz B. K.， Johnson K. A. M.， Brinkman I. F.， Janaszewska A.， Hedstrand D. M.， Prog. Polym. Sci.， 2019， 90， 35—117
36	Jia D. D.， Cao L.， Wang D. N.， Guo X. M.， Liang H. Zhao F. F.， Gu Y. Y.， Wang D. J.， Chem. Commun.， 2014， 50（78）， 11488—11491
37	Zhang H. K.， Zheng X. Y.， Xie N.， He Z. K.， Liu J. K.， Leung N. L. C.， Niu Y. L.， Huang X. H.， Wong K. S.， Kwok R. T. K.， Sung H. H. Y.， Williams I. D.， Qin A.， Lam J. W. Y.， Tang B. Z.， J. Am. Chem. Soc.， 2017， 139（45）， 16264—16272
38	Wang H. Y.， Zhang Y.， Lan S.， Cao L.， Peng F.， Jia D. D.， Wang D. J.， J. Lumin.， 2022， 248（8）， 118931—118937

[1]	王英杰, 潘泽晖, 陶正煜, 王妍, 童碧海, 冯敏强, 宋明星. 分子间相互作用对苯甲酮类聚集诱导延迟荧光材料性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(4): 20220562.
[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]	王甫鹏, 田佳壮, 杨艳华, 高树林. 三苯胺基取代的吡啶基二氟化硼配合物力致荧光变色及无墨书写测试[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(11): 20230326.
[4]	耿鹏, 向娟娟, 张兴红, 袁爽, 毛妙付, 卢运祥, 肖述章. 高对比度阳离子型力致变色材料的设计、合成与性质[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(11): 20230289.
[5]	邹少爽, 杨朋, 刘涛. 一种多重刺激响应性多色荧光水凝胶的制备[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(10): 20230175.
[6]	蒋小康, 周琦, 周恒为. Gd₂ZnTiO₆∶Dy³⁺, Eu³⁺单基质白光荧光粉的制备与发光性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(6): 20220029.
[7]	刘晓磊, 陆永强, 游淇, 刘国辉, 姚伟, 胡日茗, 闫纪宪, 崔玉, 杨小凤, 孙国新, 蒋绪川. 基于3-羟基沙利度胺的比率型荧光探针对过氧化氢的检测[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(6): 20220070.
[8]	王君旸, 刘争, 张茜, 孙春燕, 李红霞. DNA银纳米簇在功能核酸荧光生物传感器中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(6): 20220010.
[9]	鲁聪, 李振华, 刘金露, 华佳, 李光华, 施展, 冯守华. 一种新的镧系金属有机骨架材料的合成、结构及荧光检测性质[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(6): 20220037.
[10]	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.
[11]	李巧, 赵洋, 王恩举. 基于芳叉丙二腈的高活性迈克尔系统的吸湿反应及荧光性质[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210690.
[12]	田雪琴, 莫争, 丁鑫, 武鹏彦, 王雨, 王健. 方胺功能化荧光金属-有机框架材料的制备及对组氨酸的识别研究[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(2): 20210589.
[13]	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.
[14]	陈尚钰, 沈清明, 孙鹏飞, 范曲立. 小分子基温敏聚合物纳米粒子的制备及在近红外二区荧光成像与光热治疗中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(12): 20220392.
[15]	丁奕如, 张超颖, 谢贺新. 肾小球滤过率活体实时监测荧光示踪剂的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(12): 20220686.