基于1,8-萘二甲酰亚胺的荧光探针开发及其在人血清中硫化氢的高灵敏度检测应用

这篇研究报道了一种新型1,8-萘二甲酰亚胺（1,8-NI）荧光探针的开发与应用，通过将叠氮基团作为H2S特异性反应位点，结合乙醇胺结构改善水溶性（log p=1.88），实现了人血清中H2S的高选择性检测（检测限0.16 μmol·L?1）。研究通过标准加入法和亚甲蓝紫外分光光度法验证，证实该探针在生理pH范围内（7.0-7.4）具有优异响应性能，为人血清中H2S（测得浓度16.2 μmol·L?1）的实时监测提供了新工具。

　　

引言

硫化氢（H₂S）作为第三种气体信号分子，与一氧化氮（NO）、一氧化碳（CO）共同参与多种生理病理过程。其内源性生成主要依赖三种酶：胱硫醚-β-合成酶（CBS）、胱硫醚-γ-裂解酶（CSE）和3-巯基丙酮酸硫转移酶（MST）。CBS在神经系统高表达，唐氏综合征患者体内CBS水平异常升高可能导致精神障碍；而CSE则在心血管系统中起主导作用。H₂S具有双重角色：既是调节血压、抗炎、抗氧化的重要分子，又是浓度超过500 ppm时可致呼吸衰竭的环境污染物。

实验方法

研究团队设计合成了一种新型1,8-萘二甲酰亚胺衍生物（化合物2），其结构特征包括：

1. 1.

   荧光核心：1,8-NI骨架通过C-4位叠氮基团的电子捕获效应实现荧光淬灭

2. 2.

   反应位点：叠氮基团被H₂S选择性还原为氨基，触发荧光恢复

3. 3.

   溶解性调节：N-位引入乙醇胺使log p降至1.88，显著优于前期开发的甲苯胺修饰探针（log p=3.37）

合成路线分两步：4-溴-1,8-萘二甲酸酐经NaN₃亲核取代（收率82%）获得中间体1，再与乙醇胺缩合得到目标产物（收率56%）。产物经¹H/¹³C NMR和元素分析确证结构。

性能研究

pH响应：在pH 7.4的PBS缓冲液中，探针展现最佳响应，荧光强度较空白提升约15倍，且在生理pH范围（7.0-7.4）内保持稳定。

动力学特性：加入20 μmol·L^?1 Na₂S后，荧光信号在30-40分钟达到平台期，符合HS^?双电子还原叠氮的机制。

选择性验证：即使存在500倍浓度的半胱氨酸（Cys）或谷胱甘肽（GSH），探针对H₂S的响应仍保持特异性，这对生物样本检测至关重要。

实际应用

在蛋白质沉淀处理的人血清样本中，通过标准曲线法测得H_{2^?1，加标回收率在88%-101%之间。对比亚甲蓝分光光度法（测得17.1 μmol·L^?1），两种方法结果高度吻合（RSD<3%）。}

创新价值

该探针的创新性体现在：

1. 1.

   首次将乙醇胺修饰的1,8-NI探针应用于血清H₂S检测

2. 2.

   通过结构优化平衡了溶解性与检测灵敏度

3. 3.

   为研究H₂S在心血管疾病、神经退行性疾病中的动态变化提供了新工具

研究结果发表于生物荧光领域专业期刊，为开发新一代临床诊断试剂奠定了基础。