基底上潜指纹荧光可视化识别探针及方法

1.本发明属于指纹识别技术领域，具体涉及潜指纹荧光可视化识别探针及方法。


背景技术：

2.指纹作为个体的独特特征，在人的一生中都不会改变。指纹中包含的信息特性，可作 为个人“身份证”和“信息库”，是刑事案件中非常重要的证据。指纹是手指接触到物体 后遗留物质形成的，主要分为三类：可见指纹、可塑指纹、潜指纹。其中潜指纹是案发现 场最为常见的一类，但其难以通过肉眼直接观察，因此开发对此类指纹的显现技术成为研 究热点。目前，对潜指纹的常规显色方法有喷粉法、熏蒸法和化学法。喷粉法是目前最简 单、最常用的方法，但在喷粉过程中容易损坏指纹细节；熏蒸法和化学法中使用的显色试 剂如碘、硝酸银、茚三酮等化学试剂可能引起皮肤、眼睛、粘膜或dna的损伤。同时很多 潜指纹显色试剂的荧光颜色与基底自身荧光颜色相近，降低了对比度和分辨率。这些传统 方法均存在着对比度低、灵敏度低、选择性差、背景干扰强、毒性大等缺点。
3.近年来，分子荧光传感器在快速、实时、高灵敏度地识别客体分子及荧光成像方面取 得了很多进展。通过荧光增强/猝灭和比值变化等策略进行荧光可视化识别，可提高识别 的灵敏度。同时荧光法所涉及的仪器设备操作简便，所需时间短，进一步提高了分子识别 的效率。因此利用分子荧光传感器的潜指纹可视化识别领域发展十分迅速。然而传统的荧 光分子具有聚集诱导猝灭效应(acq效应)，与潜指纹结合时分子聚集程度增加，可能会导 致荧光猝灭，大大限制了该类分子荧光探针在潜指纹显色中的应用。
4.目前，很多类型的化合物被应用于潜指纹识别领域，例如具有聚集诱导发光(aie效应) 的四苯乙烯分子、量子点以及金纳米颗粒等。在上述各类方法中，仍然存在如下问题：一、 指纹轮廓的荧光颜色与基底自身荧光颜色接近，降低了指纹显色的对比度，背景干扰较大； 二、显色过程大多需要有机溶剂，环境不友好，且容易对潜指纹造成破坏；三、探针的合 成过程较为复杂，纳米颗粒的稳定性较差。因此，开发一种合成简便、价格低廉、荧光颜 色与基底背景自身荧光颜色分明、使用纯水溶剂的潜指纹荧光可视化识别探针是一项研究 热点。
5.钳形金属有机络合物具有优异的荧光特性及可修饰性，其在生物成像、化学和材料科 学等领域应用十分广泛。例如基于三联吡啶zn(ii)金属有机络合物应用于atp、adp等 生物分子的荧光可视化识别领域(参见文献acs appl.mater.interfaces 2016,8, 20583-20590)，而这类分子对潜指纹的荧光可视化识别还鲜有报道。
6.本发明以2,2’:6’,2
”‑
三联吡啶或2，6-二咪唑基吡啶为构架，在中间吡啶氮对 位引入不同的功能性取代基团，赋予其识别特殊单元的能力，设计合成了一系列钳型zn(ii) 金属有机络合物，并对不同基底表面的潜指纹进行显色。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种对不同基底上的潜指纹进行荧光可视化识别的探针及
方法， 其显现得到的指纹纹路及细节特征清晰、明亮、稳定性好。
8.本发明提供的基底上潜指纹荧光可视化识别探针，是一种钳型zn(ii)金属有机络合物， 其结构式为如下(ⅰ)或(ⅱ)所示：
[0009][0010]
这里，结构式(ⅰ)所示化合物为2,2’:6’,2
”‑
三联吡啶，结构式(ⅱ)所示化合物 为2，6-二咪唑基吡啶，它们中间吡啶氮对位加不同取代基r，得到相应的钳型zn(ii)金 属有机络合物；其中，x、y、z、e为含1-16个碳的烷氧基链；l为不同阴离子，包括oac-、 cl-、no
3-、so
42-、bf
4-、pf
6-、otf-。n为苯环的个数，其大小为0-3，优选n为1-3。
[0011]
本发明中，在中间吡啶氮对位引入不同特性的取代基r，如引入aie特性及具有电子 诱导效应的取代基r，可综合调节整个分子的荧光性质，例如随着取代基r的给电子能力 增强，本发明所提供的探针所显示出的指纹轮廓荧光颜色逐渐红移；通过调节金属配离子 l的种类可进一步调节分子的溶解性，例如l种类不同时，本发明所提供探针具有不同的 水溶性；当l＝oac-时水溶性最好。
[0012]
本发明提供的荧光探针，在纯水相可通过改变取代基团r，使得探针发出不同颜色的 荧光，可调节荧光发射波长位于不同可见光区域，可克服显色基底自身的荧光干扰。
[0013]
本发明还提供上述基底上潜指纹荧光可视化识别的探针
‑‑
钳型zn(ii)金属有机络合 物的制备方法，包括：
[0014]
(一)以2,2’:6’,2
”‑
三联吡啶为构架的探针的成；
[0015]
(二)以2，6-二咪唑基吡啶为构架的探针的合成；
[0016]
具体步骤如下：
[0017]
(一)以2,2’:6’,2
”‑
三联吡啶为构架的探针的合成，具体步骤如下：
[0018]
步骤1a：原料二取代胺的合成
[0019][0020]
其中，x＝f、cl、br；y、z为含1-16个碳的烷氧基链。
[0021]
在10ml schlenk管中加入卤代苯衍生物(4mmol)、取代苯胺(6mmol)、叔丁醇钾
(6mmol)、 10mg[pd]催化剂、5ml甲苯，80℃反应12h。反应完后经柱层析分离得到二取代胺原料。
[0022]
步骤1b：原料2,2’:6’,2
”‑
三联吡啶衍生物的合成
[0023][0024]
其中，x＝f、cl、br；
[0025]
在500ml圆底烧瓶中加入对位取代苯甲醛(10mmol)、2-乙酰基吡啶(20mmol)、氢氧化 钾(27.5mmol)、35ml氨水、75ml乙醇，室温反应12h。反应完后过滤得到粗产物，用乙醇 重结晶，得到2,2’:6’,2
”‑
三联吡啶衍生物。
[0026]
步骤1c：探针配体的合成
[0027][0028]
其中，x＝f、cl、br；y、z为含1-16个碳的烷氧基链。
[0029]
在10ml schlenk管中加入步骤1a中得到的取代二胺(2.2mmol)、步骤1b中得到的 三联吡啶衍生物(2mmol)、叔丁醇钾(3mmol,0.336g)、10mg[pd]催化剂、5ml甲苯，100℃ 反应12h。反应完后经柱层析分离得到探针配体。
[0030]
步骤1d：探针的合成
[0031][0032]
其中，l＝oac-、cl-、no
3-、so
42-、bf
4-、pf
6-、otf-，n＝1或2。
[0033]
在10ml圆底烧瓶中加入步骤1c中制备好的探针配体(1mmol)、锌盐(1.2mmol)，室 温反应6h。反应结束后减压除去溶剂，得到探针粉末。
[0034]
(二)以2，6-二咪唑基吡啶为构架的探针的合成，具体步骤如下：
[0035]
步骤2a：原料1-(1h-苯并咪唑-2-基)乙酮衍生物的合成
[0036][0037]
其中，e为含有1-16个碳原子的长链；x＝cl、br。
[0038]
在50ml圆底烧瓶中加入乳酸(26mmol)、邻苯二胺(30mmol)，3m hcl溶液15ml， 100℃回流过夜。反应结束后用饱和碳酸钠溶液调节ph值为10，用乙酸乙酯萃取，干燥， 减压除去溶剂，得到棕色粗产物；将上述粗产物溶于35ml二氯甲烷：甲醇混合溶液中(体 积比为6：1)，加入二氧化锰，室温搅拌过夜，反应结束后过滤不溶物，得到1-(1h-苯并 咪唑-2-基)乙酮；与不同链长的卤代烃反应得到其衍生物。
[0039]
步骤2b：2，6-二咪唑基吡啶构架的合成
[0040][0041]
其中，e为含有1-16个碳原子的长链,y为含1-16个碳的烷氧基链。
[0042]
在500ml圆底烧瓶中加入步骤2a中所得到的产物(8mmol)、苯甲醛衍生物(4mmol)、 氢氧化钾(10mmol)、50ml氨水、100ml乙醇，室温反应12h。反应完后减压除去溶剂， 加入二氯甲烷萃取，减压除去溶剂，得到以2，6-二咪唑基吡啶为构架的配体。
[0043]
步骤2c：以2，6-二咪唑基吡啶为构架的探针的合成
[0044][0045]
其中l＝oac-、cl-、no
3-、so
42-、bf
4-、pf
6-、otf-，n＝1或2。
[0046]
在10ml圆底烧瓶中加入步骤2b中制备好的配体(1mmol)、锌盐(1.2mmol)，室 温反应6h。反应结束后减压除去溶剂，得到以2，6-二咪唑基吡啶为构架的探针。
[0047]
本发明提供的基底上潜指纹荧光可视化识别的方法，以上述探针作为显示剂，具体步 骤为：
[0048]
将附有指纹的基底浸泡在显示剂溶液中(在实验中，可在基底表面按下指纹)，或直 接将显示剂溶液均匀地喷涂在基底表面；然后将经过显示剂溶液处理的基底，用去离子水 漂洗，去除残余液体；再放在波长为365nm的紫外光下照射，观察到清晰明亮的指纹纹路 及细节特征，用于指纹显色鉴定；并将其拍摄记录。
[0049]
本发明中，基底材料的范围非常广泛，例如：玻璃，锡箔，塑料，纸，金属，木材、 皮革等等。
[0050]
本发明中，操作温度为0-50摄氏度，优选操作温度为10-530摄氏度；带有指纹的基 底在显示剂溶液中浸泡时间为1s-120s，优选浸泡时间为40s-100s。
[0051]
本发明中，显示剂溶液的浓度范围是0.01-10mol/l，优选浓度范围是1-8mol/l。
[0052]
本发明中，所述拍摄工具可为照相机、手机等常见拍摄设备。
[0053]
本发明的原理是：2,2’:6’,2
”‑
三联吡啶及2,6-二咪唑基吡啶是一类常见的三齿 螯合剂，能有效螯合金属离子，形成稳定的金属有机络合物。在其中间吡啶氮对位引入不 同特性的取代基，如引入aie特性及具有电子诱导效应的取代基r，可综合调节整个分子 的荧光性质；通过调节金属配离子l的种类可进一步调节分子的溶解性。
[0054]
本发明制备的钳型zn(ii)金属有机络合物具有较好的水溶性，避免了使用有机溶剂。 显色剂分子中亲油性的r基团可以与指纹成分中的油脂结合，显色剂与指纹作用后，分子 聚集程度增加，导致分子荧光强度增加(aie效应)，因此显色剂选择性地吸附在指纹上后， 在紫外光激发下发出荧光，达到显色的目的。
[0055]
本发明提供的荧光探针，在纯水相可通过改变取代基团的方法使得探针发出不同颜色 的荧光，可调节荧光发射波长位于不同可见光区域，可克服显色基底自身的荧光干扰。
[0056]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0057]
1、通过调节取代基的电子性质，可以调节指纹显现的荧光颜色。本发明提供的显色 剂可以将荧光发射波长调节到可见光区域，可与基底自身荧光颜色区分开，提高了对比 度，降低了背景信号干扰。
[0058]
2、本发明提供的潜指纹显色方法是在水溶液中进行的，避免了有机溶剂对指纹的破 坏，对使用人员的健康安全没有潜在威胁，操作简单，显现效果显著。
[0059]
3、本发明提供的显现剂溶液可对不同胶带粘性面上(如透明胶带和黄色胶带)的潜 指纹进行显现，也能对难度较大的人造皮革基底上的潜指纹进行显色。
[0060]
4、经过本发明提供的显色剂显现的潜指纹可被透明胶带粘贴复制至少5次以上，具 体为：将有潜指纹的基底放入盛有探针溶液的培养皿中，浸泡1s-120s后取出。在紫外 光365nm激发下可观察到黄色的指纹轮廓荧光，用透明胶带粘取该基底上的指纹，胶带 上出现相同的荧光纹路，此过程可重复至少5次。如图10所示。
附图说明
[0061]
图1为本发明提供的三联吡啶zn(ii)金属有机络合物溶液对锡箔纸、玻璃、聚四氟乙 烯、标签纸、粗糙纸板、滤纸上指纹进行显现的效果。
[0062]
图2是本发明提供的不同取代基的三联吡啶zn(ii)金属有机络合物溶液对人造皮革上 指纹进行显现的效果。
[0063]
图3是通过改变三联吡啶zn(ii)金属有机络合物的取代基后对锡箔纸上的指纹显现颜 色进行调节的效果。
[0064]
图4是本发明提供的三联吡啶zn(ii)金属有机络合物溶液对指纹一级、二级、三级特 征显现的效果。
[0065]
图5是本发明提供的三联吡啶zn(ii)金属有机络合物溶液将锡箔纸基底上指纹显色后， 用透明胶带粘贴后，指纹被复制到胶带表面的效果。
[0066]
图6是本发明提供的三联吡啶zn(ii)金属有机络合物溶液将锡箔纸基底上指纹显色后， 基底被透明胶带粘贴六次数后的效果。
[0067]
图7是为本发明提供的不同取代基的三联吡啶zn(ii)金属有机络合物溶液通过喷洒的 方式，对锡箔纸上指纹进行显现的效果。
[0068]
图8是利用本发明提供的三联吡啶zn(ii)金属有机络合物溶液，以锡箔纸为基底，连 续多次按压指纹后进行显现的效果。
[0069]
图9是以锡箔纸为基底，三联吡啶zn(ii)金属有机络合物溶液所显现的指纹灰度值图 像。
[0070]
图10是以塑料板为基底，三联吡啶zn(ii)金属有机络合物溶液所显现的指纹灰度值 图像。
[0071]
图11是不同阴离子的zn(ii)金属有机络合物溶液对锡箔纸上指纹显现的效果，图中 从左至右阴离子依次为no
3-，oac-，cl-。
[0072]
图12是不同阴离子的2，6-二咪唑基吡啶结构为骨架的钳型zn(ii)金属有机络合物 溶液对锡箔纸上指纹显现的效果。图中从左至右阴离子依次为no
3-，oac-，cl-。
具体实施方式
[0073]
以下结合实施例和附图进一步介绍本发明，但并不限定本发明。下述方法，如无特殊 说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为市场可售，无 需专门纯化。
[0074]
实施例1、三联吡啶zn(ii)金属有机络合物的制备
[0075]
步骤1a：原料4-甲氧基-n-苯基苯胺的合成
[0076][0077]
在10ml schlenk管中加入氯苯(4mmol,0.448g)、对甲氧基苯胺(6mmol,0.751g)、 叔丁醇钾(6mmol,0.673g)、10mg[pd]催化剂、5ml甲苯，80℃反应12h。反应完后经柱 层析分离得到700mg白色固体，产率88％。
[0078]
步骤1b：原料4
’‑
(4-氯苯基)-2,2’:6’,2
”‑
三联吡啶的合成
[0079][0080]
在500ml圆底烧瓶中加入对氯苯甲醛(10mmol,1.41g)、2-乙酰基吡啶(20mmol,
2.42g)、 氢氧化钾(27.5mmol,1.54g)、35ml氨水、75ml乙醇，室温反应12h。反应完后过滤得到 的白色沉淀，用乙醇重结晶，得到3.08g白色固体，产率90％。
[0081]
步骤1c：本发明所提供的探针配体的合成
[0082][0083]
在10ml schlenk管中加入4-甲氧基-n-苯基苯胺(2.2mmol,0.44g)、4
’‑
(4-氯苯基)
‑ꢀ
2,2’:6’,2
”‑
三联吡啶(2mmol,0.68g)、叔丁醇钾(3mmol,0.336g)、10mg[pd]催 化剂、5ml甲苯，100℃反应12h。反应完后经柱层析分离得到710mg淡黄色固体，产率70％。
[0084]
步骤1d：本发明所提供探针的合成
[0085][0086]
在10ml圆底烧瓶中加入步骤1c中制备好的探针配体(1mmol，0.68g)、醋酸锌(1.2mmol， 0.22g)，室温反应6h。反应结束后减压除去溶剂，得到650mg黄色固体，产率95％。
[0087]
实施例2、以2,6-二咪唑基吡啶为骨架的显色试剂的制备
[0088]
步骤2a：原料的合成
[0089][0090]
在50ml圆底烧瓶中加入乳酸(26mmol，2.3ml)、邻苯二胺(30mmol，3.25g)，3m hcl 溶液15ml，100℃回流过夜。反应结束后用饱和碳酸钠溶液调节ph值为10，用乙酸乙酯 萃取，干燥，减压除去溶剂，得到棕色粗产物；将上述粗产物溶于35ml二氯甲烷：甲醇 混合溶液中(体积比为6：1)，加入23g二氧化锰，室温搅拌过夜，反应结束后过滤不溶 物，得到2.8g红色固体，产率72％。
[0091]
步骤2b：2，6-二咪唑基吡啶骨架的合成
的荧光图像，此过程可重复至少5次后基底上指纹图像仍具有可视的纹路。
[0110]
效果如图5所示。
[0111]
实施例5、喷涂方式潜指纹的显现方法
[0112]
一、制备指纹显色工作液
[0113]
称取5mg制备好的显色剂溶于25ml蒸馏水中，配置成质量分数为20wt％的显色剂水溶 液。
[0114]
二、潜指纹显现
[0115]
1、测试者用手指在基底表面(锡箔纸、滤纸)按压1-2s，留下指纹。
[0116]
2、对步骤1留有指纹的不同基底进行检测，依次按照如下步骤操作：
[0117]
(1)将指纹显色工作液均匀地喷涂在基底上，静置2min。
[0118]
(2)用水将多余液体冲洗干净。
[0119]
(3)使用手机或照相机进行拍照，无需滤色设备。
[0120]
效果如图7所示
[0121]
实施例6、连续在锡箔纸上按压指纹，对指纹进行显色。
[0122]
取多张锡箔纸，依次按压指纹，分别将锡箔纸浸泡在制备好的显色剂水溶液中1s-120s 后取出，冲洗掉多余的显色剂溶液，依次放在紫外灯下，用365nm波长光源激发可观察到 指纹轮廓，强度没有明显衰减。
[0123]
效果如图8所示。