本發(fā)明涉及一種熒光染料的應(yīng)用，特別是一種熒光染料作為水熒光探針、水打印和手指汗孔熒光成像材料中的應(yīng)用。

二、

背景技術(shù)：
：

水作為較為常見的雜質(zhì)，普遍存在于各種有機(jī)溶劑中。在有機(jī)合成中，水的存在往往會(huì)淬滅反應(yīng)，降低產(chǎn)物產(chǎn)率。如在席夫堿的合成中，溶劑中的水分會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物的分解。在正丁基鋰等烷基化試劑參與的反應(yīng)中，由于水的存在往往會(huì)發(fā)生火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重危害(.,2016, 45, 1242-1256)。最經(jīng)典的檢測水的方法是卡爾費(fèi)休法?？栙M(fèi)休法雖然具有應(yīng)用范圍廣、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，但此方法也受到卡爾費(fèi)休試劑不易保存、測試費(fèi)時(shí)費(fèi)力、不能實(shí)時(shí)原位檢測樣品中水含量等缺點(diǎn)的困擾，限制了其廣泛應(yīng)用。作為卡爾費(fèi)休法的替代方法，熒光水探針由于其高靈敏性、快速原位檢測等優(yōu)點(diǎn)正受到研究人員的廣泛關(guān)注。目前報(bào)道的大部分探針中，都致力于提高其檢測限而忽視了增大線性范圍。在甲醇的工業(yè)生產(chǎn)中，其水含量常常在10%以上，甚至達(dá)到15%，一些線性窄的熒光探針就很難定量檢測其中的水含量。另外，與熒光增強(qiáng)型探針相比，淬滅型探針檢測限往往較高，不能高靈敏地檢測。淬滅型探針隨水量的增加熒光減弱，不易被肉眼識(shí)別，因此在做成試紙條用于可視化檢測時(shí)，效果往往較差。

傳統(tǒng)的打印是用墨盒和白紙，利用打印機(jī)直接把墨汁打印在白紙上。然而，隨著地球資源的枯竭和環(huán)境的惡化，傳統(tǒng)的打印技術(shù)也暴露出了許多缺點(diǎn)。如：墨水的生產(chǎn)成本大，墨水的原材料為不可再生資源，加劇了資源的枯竭。在生產(chǎn)墨水的過程中，產(chǎn)生的廢棄物會(huì)造成環(huán)境的污染 (Sheng L, Li M, Zhu S, Li H, Xi G, Li Y, Wang Y, Li Q, Liang S, Zhong K. Nat. Commun., 2014, 5, 3044.)。而噴水無墨打印技術(shù)解決了以上的難題，此技術(shù)用可再生的水代替墨水，通過特殊制備的紙張或其他固體材料，完成打印過程，既節(jié)約資源又保護(hù)環(huán)境 ()。

汗孔成像技術(shù)對(duì)于人類身體健康狀況的檢查，指紋的提取等方面發(fā)揮著重要的作用()。因?yàn)槭种干系暮箍追植荚谑种钙つw的表面，其分布的形狀即為人類指紋的形狀。而指紋作為公民與生俱來的標(biāo)志，重復(fù)率極低，被成為“人體身份證”，在日常生活的身份識(shí)別、刑偵等方面發(fā)揮著重要作用。與此同時(shí)，汗孔中汗腺分泌汗液的多少，又直接能反映出人類的新陳代謝狀況，為健康狀況的考察提供依據(jù)。雖然對(duì)于汗孔的成像，以及對(duì)排汗量的檢測已經(jīng)有成熟的化學(xué)方法。但是，這些方法都各有缺點(diǎn)。例如，碘熏法和寧海得林法只能在皮膚表面變色成像，然后拍照收集圖像，不能用于紙張采集。而茚三酮法雖然能在紙張上成像，但過程繁瑣，采集時(shí)間長，在實(shí)際應(yīng)用中仍然有需要改善的地方。

目前報(bào)道的部分水探針受制于熒光淬滅問題，限制了其在熒光成像方面的應(yīng)用。傳統(tǒng)的熒光團(tuán)由于聚集引起淬滅問題，在聚集時(shí)熒光很弱，或幾乎沒有熒光。將此類熒光團(tuán)應(yīng)用于生物傳感器后，在做生物應(yīng)用或在生理環(huán)境下測試時(shí)，由于熒光團(tuán)在水中的低溶解度，常常發(fā)生聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致熒光的淬滅而未能達(dá)到預(yù)期的效果。

目前一些光學(xué)成像應(yīng)用，如熒光成像，指紋采集，都需要熒光增強(qiáng)體系。因此研究和開發(fā)出一種檢測限低、線性范圍寬、熒光增強(qiáng)型、應(yīng)用范圍廣的熒光水探針具有重要的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

三、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的提供一種熒光染料及其應(yīng)用，其是在無水條件下，其溶液態(tài)或固態(tài)熒光較弱，當(dāng)有水存在時(shí)產(chǎn)生顯著的熒光增強(qiáng)。是一個(gè)檢測限低、線性范圍寬和熒光增強(qiáng)型的水熒光探針。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種熒光染料，其特征在于：所述的熒光染料為：2,5-二甲氧基-1，4-苯二甲醛，其分子式為：

所述的有機(jī)溶劑為無水四氫呋喃（THF）溶液、無水乙腈（MeCN）溶液、無水甲醇（MeOH）溶液或無水N，N’-二甲基甲酰胺（DMF）。

所述的溶液中熒光染料濃度為10微摩爾每升，在無水四氫呋喃（THF）、乙腈（MeCN）、甲醇（MeOH）、N，N’-二甲基甲酰胺（DMF）中水與無水四氫呋喃（THF）、乙腈（MeCN）、甲醇（MeOH）、N，N’-二甲基甲酰胺（DMF）的體積百分比分別不超過80%、25%、35%和70%。

所述熒光染料的無水二氯甲烷溶液浸泡的濾紙，并干燥得成像試紙?jiān)谒蛴『褪种负箍谉晒獬上癫牧现械膽?yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果：本發(fā)明熒光染料具有聚集誘導(dǎo)熒光增強(qiáng)（AIE）性質(zhì)，熒光染料制得的水熒光探針的醛基部分作為識(shí)別基團(tuán)，能與水發(fā)生氫鍵作用，引起探針分子的聚集，產(chǎn)生熒光增強(qiáng)的光學(xué)信號(hào)，克服聚集引起熒光淬滅缺陷。并且，此醛基與質(zhì)子性溶劑（如甲醇）的氫鍵較弱，不會(huì)在甲醇中發(fā)生聚集，克服一些水探針只能應(yīng)用與非質(zhì)子性溶劑的缺點(diǎn)。此外，由于探針的聚集程度隨著水含量的增加一直增強(qiáng)，故此探針的熒光強(qiáng)度和溶劑中的水含量有一個(gè)更寬的線性范圍。該探針能在乙腈、四氫呋喃、甲醇等有機(jī)溶劑中定量檢測水含量。在一定范圍內(nèi)隨著水含量的增加，探針分子的熒光不斷增強(qiáng)，解決了部分水探針熒光淬滅的問題。在四氫呋喃中，在0%~90%水含量的范圍內(nèi)，探針的最大波長熒光強(qiáng)度和溶劑中的水含量形成了良好的線性關(guān)系（圖2），線性回歸方程為y=3.6+5.47x，其線性相關(guān)系數(shù)為0.985，最低檢測限可以達(dá)到0.3％（水的體積百分比）。該檢測限寬于大部分水探針的檢測范圍。該探針制備的試紙材料用于噴水無墨打印和汗孔成像。

四、附圖說明

圖1是在四氫呋喃中增加水含量的熒光光譜圖譜，激發(fā)波長為390 nm；

圖2是在四氫呋喃中波峰處的熒光強(qiáng)度與水含量的線性關(guān)系；

圖3是在乙腈中增加水含量的熒光光譜圖譜，激發(fā)波長為390 nm；

圖4是在乙腈中波峰處的熒光強(qiáng)度與水含量的線性關(guān)系；

圖5是在甲醇中增加水含量的熒光光譜圖譜，激發(fā)波長為390 nm；

圖6是在甲醇中波峰處的熒光強(qiáng)度與水含量的線性關(guān)系；

圖7是在DMF中增加水含量的熒光光譜圖譜，激發(fā)波長為390 nm；

圖8是在DMF中波峰處的熒光強(qiáng)度與水含量的線性關(guān)系；

圖9是在水中氯化鈉濃度與506 nm處熒光強(qiáng)度的關(guān)系圖；

圖10是水溶液中溶解氧對(duì)熒光光譜的影響；

圖11是不同pH值與506 nm處熒光強(qiáng)度的關(guān)系圖；

圖12是探針在不同含水量的乙腈中的掃描電鏡圖，其中水與乙腈的體積比為 (a) 0%, (b) 20%, (c) 40%, (d) 100%；

圖13是在紫外燈照射下噴水無墨打印出的西北農(nóng)林科技大學(xué)大學(xué)?；粘上駡D，其中(a)為365 nm波長下照射，(b)為254 nm波長下照射；

圖14是在紫外燈照射下噴水無墨打印出的西北農(nóng)林科技大學(xué)大學(xué)英文成像圖，其中(a)為365 nm波長下照射，(b)為254 nm波長下照射；

圖15是汗孔成像圖。

五、具體實(shí)施方式：

本發(fā)明一種熒光染料，為：2,5-二甲氧基-1，4-苯二甲醛，其分子式為：

本發(fā)明2,5-二甲氧基-1，4-苯二甲醛的合成：將1，4-二羥基甲基-2，5-二甲氧基（1 g, 5 mol）溶于二氯甲烷（30 mL）中,逐滴滴加PCC（4.3 g, 15 mmol）的二氯甲烷（200 mL）溶液。滴加完后，攪拌過夜。將溶液抽濾，濾掉溶渣后，加入100 mL蒸餾水洗去雜質(zhì)。將有機(jī)相合并后，除去溶劑，得到粗產(chǎn)品。用柱層析的方法提純（洗脫劑：石油醚/二氯甲烷1:1）粗產(chǎn)品，得到黃色產(chǎn)品0.51 g，產(chǎn)率52.7%。¹H NMR (500 MHz, CDCl₃) δ 10.48 (s, 2H), 7.44 (s, 2H), 3.93 (s, 6H). ¹³C NMR (126 MHz, CDCl₃) δ 189.25 (s), 155.75 (s), 129.15 (s), 110.92 (s), 56.24 (s). [M+Cl^-]^-的理論值為229.69，實(shí)際的質(zhì)譜離子峰為229.93。

所述的熒光染料溶于無水四氫呋喃（THF）溶液、無水乙腈（MeCN）溶液、無水甲醇（MeOH）溶液和無水N，N’-二甲基甲酰胺（DMF）溶液后逐漸加入水所獲得的產(chǎn)物1，產(chǎn)物2、產(chǎn)物3和產(chǎn)物4在水熒光探針中的應(yīng)用。

所述的溶液中熒光染料濃度為10微摩爾每升，在無水四氫呋喃（THF）、乙腈（MeCN）、甲醇（MeOH）、N，N’-二甲基甲酰胺（DMF）中水與無水四氫呋喃（THF）、乙腈（MeCN）、甲醇（MeOH）、N，N’-二甲基甲酰胺（DMF）的體積百分比分別不超過80%、25%、35%和70%。

所述熒光染料的無水二氯甲烷溶液浸泡的濾紙，并干燥得成像試紙?jiān)谒蛴『褪种负箍谉晒獬上癫牧现械膽?yīng)用。

將市售濾紙(10厘米×10厘米)浸泡在該染料的無水二氯甲烷溶液浸泡并干燥得成像試紙材料。選用型號(hào)為HP1010的惠普打印機(jī)，并將里面的墨盒取下后，通過反復(fù)沖洗墨盒里的膜囊，將黑色墨汁洗去，并灌入自來水。在該試紙材料上打印簡單文字和圖案，觀察該試紙材料上的熒光成像；或者將手指按在該試紙材料上，觀察該試紙材料上的汗孔熒光成像。其中用于浸泡濾紙的染料濃度為10微摩爾每升，濾紙大小為10厘米×10厘米，浸泡時(shí)間10秒后，用鑷子取出濾紙，在吹風(fēng)機(jī)下吹干得成像試紙材料。手指按在該試紙上的時(shí)間15秒。在手提紫外燈下（365 納米或254納米）下觀察熒光成像。

實(shí)施例1：

將熒光染料2,5-二甲氧基-1,4-苯二甲醛1.94 mg溶于10 mL無水四氫呋喃制備得到探針?biāo)臍溥秽敢骸⑺c無水四氫呋喃按照一定的體積比（從0%-80%）依次配成，分別取已配好的3 mL四氫呋喃與水的溶液作為測試溶液。

實(shí)施例2：

將熒光染料2,5-二甲氧基-1,4-苯二甲醛1.94 mg溶于10 mL無水乙腈制備得到探針乙腈母液。將水與無水乙腈按照一定的體積比（從0%-25%）依次配成，分別取已配好的3mL乙腈與水的溶液作為測試溶液。

實(shí)施例3：

將熒光染料2,5-二甲氧基-1,4-苯二甲醛1.94 mg溶于10 mL無水甲醇制備得到探針甲醇母液。將水與無水甲醇按照一定的體積比（從0%-35%）依次配成，分別取已配好的3mL甲醇與水的溶液作為測試溶液。

實(shí)施例4：

將熒光染料2,5-二甲氧基-1,4-苯二甲醛1.94 mg溶于10 mL無水DMF制備得到探針DMF母液。將水與無水DMF按照一定的體積比（從0%-70%）依次配成，分別取已配好的3mLDMF與水的溶液作為測試溶液。

實(shí)施例5：

將熒光染料2,5-二甲氧基-1,4-苯二甲醛38.8 mg溶于200 mL無水二氯甲烷制備得到探針二氯甲烷溶液。將市售的濾紙（10厘米×10厘米）浸泡到上述的探針二氯甲烷溶液中，10秒后，用鑷子取出該濾紙，在吹風(fēng)機(jī)下吹干得成像試紙材料。

以下給出應(yīng)用的例子，需要說明的是，這些例子只是較優(yōu)的例子。

根據(jù)實(shí)施例1：

取30微升制備的探針?biāo)臍溥秽敢海謩e加入到已配好的3 mL四氫呋喃與水測試溶液中，觀察熒光光譜的變化，如圖1所示，隨著四氫呋喃中水含量的增加，探針的熒光強(qiáng)度有一個(gè)明顯的增強(qiáng)。在0%~90%水含量的范圍內(nèi)，隨著水含量的增加，探針的最大波長熒光強(qiáng)度增加了36倍。且在此范圍內(nèi)，探針的最大波長熒光強(qiáng)度和溶劑中的水含量形成了良好的線性關(guān)系（圖2），線性回歸方程為y=3.6+5.47x，其線性相關(guān)系數(shù)為0.985，最低檢測限為0.3％（水的體積百分比）。

根據(jù)實(shí)施例2：

取30微升制備的探針乙腈母液，分別加入到已配好的3 mL乙腈與水測試溶液中，觀察熒光光譜的變化，如圖3所示，隨著乙腈中水含量的增加，探針的熒光強(qiáng)度有一個(gè)明顯的增強(qiáng)。在0%~25%水含量的范圍內(nèi)，隨著水含量的增加，探針的最大波長熒光強(qiáng)度和溶劑中的水含量形成了良好的線性關(guān)系（圖4），線性回歸方程為y=77.19+12.18x，其線性相關(guān)系數(shù)為0.994。

根據(jù)實(shí)施例3：

取30微升制備的探針甲醇母液，分別加入到已配好的3 mL甲醇與水測試溶液中，觀察熒光光譜的變化，如圖5所示，隨著甲醇中水含量的增加，探針的熒光強(qiáng)度有一個(gè)明顯的增強(qiáng)。在0%~35%水含量的范圍內(nèi)，隨著水含量的增加，探針的最大波長熒光強(qiáng)度和溶劑中的水含量形成了良好的線性關(guān)系（圖6），線性回歸方程為y=105.70+5.28x，其線性相關(guān)系數(shù)為0.994，最低檢測限為0.67％（水的體積百分比）。

根據(jù)實(shí)施例4：

取30微升制備的探針DMF母液，分別加入到已配好的3 mLDMF與水測試溶液中，觀察熒光光譜的變化，如圖7所示，隨著DMF中水含量的增加，探針的熒光強(qiáng)度有一個(gè)明顯的增強(qiáng)。在0%~70%水含量的范圍內(nèi)，隨著水含量的增加，探針的最大波長熒光強(qiáng)度和溶劑中的水含量形成了良好的線性關(guān)系（圖8），線性回歸方程為y=56.69+6.74x，其線性相關(guān)系數(shù)為0.978。

在實(shí)際的有機(jī)溶劑水檢測的過程中，溶劑中的離子強(qiáng)度、溶解氧、pH往往各不相同。為了探究這些因素是否會(huì)影響此探針對(duì)不同有機(jī)試劑中水含量的測定，我們做了一系列相關(guān)的干擾實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如圖9-11，氯化鈉的濃度從0 mmol提高到1 mmol，或者溶劑除去氧氣，或者溶劑水溶液的pH值從4提高到11，探針的熒光強(qiáng)度基本維持不變。證明離子強(qiáng)度、溶解氧、pH因數(shù)對(duì)探針檢測有機(jī)溶劑中的水含量無明顯影響。

為了證明水會(huì)引起探針分子的聚集，我們用掃描電鏡表征了探針分子在不同含水量的乙腈中的聚集狀況。通過對(duì)圖12的掃描電鏡圖分析可知，在純的乙腈溶劑中，探針分子幾乎不發(fā)生聚集（圖12a）。但是，隨著乙腈中水含量的增加，從圖12b到圖12c可以看出探針分子的聚集程度逐漸增加。當(dāng)含水量達(dá)到百分之百時(shí)（圖12d），有直徑約為10 μm的聚集體形成，證明了探針分子的聚集引起了熒光的增強(qiáng)。

根據(jù)實(shí)施例5：

選用市售的型號(hào)為HP1010的惠普打印機(jī)，將里面的墨盒取下后，通過反復(fù)沖洗墨盒里的膜囊，將黑色墨汁洗去，并灌入自來水。然后在網(wǎng)站上下載西北農(nóng)林科技大學(xué)的?；?qǐng)D案，將其打印在制備好的試紙材料上。從圖13可以看出，在手提紫外燈的照射下，無論是在365 nm（圖13a），還是在254 nm（圖13b）的激發(fā)下，呈現(xiàn)出清晰的熒光?；盏膱D像。用同樣的方法在制備好的試紙材料上打印出了西北農(nóng)林科技大學(xué)的英文名稱（圖14），圖14a和圖13b分別為用手提紫外燈365 nm和254 nm的照射下得到。2,5-二甲氧基-1,4-苯二甲醛染料可用于噴水無墨打印。其打印機(jī)理是打印試紙?jiān)诖蛴≈?，染料在紙張上呈低聚集狀態(tài)，發(fā)出較弱的熒光。當(dāng)打印機(jī)中墨盒將自來水噴灑到試紙上時(shí)，由于水會(huì)引起試紙上探針分子的進(jìn)一步聚集，引起熒光的增強(qiáng)。而未被噴水的區(qū)域，探針分子依然保持低聚集狀態(tài)，熒光不發(fā)生變化。

根據(jù)實(shí)施例6：

基于汗孔中排的汗液大部分是水分，能夠引起試紙材料上探針分子的進(jìn)一步聚集。將右手食指按在試紙材料上10秒鐘后，在365 nm激發(fā)下，采集到一個(gè)完整的汗孔圖像。然后通過photoshop軟件處理后，得到圖15。從圖中可以看出，手指上廣泛分布有汗孔，但是排汗量不相同。