一种多功能近红外荧光探针及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种多功能近红外荧光探针，化学结构式如式(Ⅰ)所示：

Multifunctional near infrared fluorescent probe, preparation method and application thereof

The invention provides a multifunctional near infrared fluorescent probe, wherein the chemical structural formula is shown in formula (I):

【技术实现步骤摘要】
一种多功能近红外荧光探针及其制备方法和应用
本专利技术涉及有机探针分子
，具体涉及一种多功能近红外荧光探针及其制备方法和应用。
技术介绍
硫醇(即，含巯基的化合物)在生命系统中起到非常重要的作用，例如，谷胱甘肽(GSH)可以维持细胞内的氧化还原、细胞内的信号转换等，半胱氨酸(Cys)可以作为细胞外的还原剂，合成蛋白质的决定性底物等。某些硫醇的水平与许多疾病(如牛皮癣、肝脏损伤、艾滋病)和癌症有直接关联。细胞内的pH在酶活性、细胞增殖和调亡、抗药性、离子传输、细胞内吞作用以及肌肉收缩等一系列组织活动中起着至关重要的作用。例如，肿瘤发生时细胞内pH会发生变化。细胞功能和pH值的这种微妙关系意味着只要能掌握细胞内pH值的变化就可以为相关的生理和病理过程研究提供重要的信息。相对于其他检测方法，使用荧光探针法进行pH检测或硫醇的检测具有灵敏度高、选择性好等优点，但目前大部分pH探针或硫醇的波长较短，不能避开组织自吸收和自荧光，背景干扰较强，部分stocks位移小，紫外吸收波谱和荧光光谱重叠较大，信噪比低，毒性较大，不能用于细胞和活体pH检测。而近红外荧光探针的最大吸收波长和发射波长为600～900nm，可避免背景干扰。因此，近红外荧光检测在生物样品分析中有明显的优越性。目前既可以检测硫醇，又可检测pH的近红外荧光探针的报道非常少。因此，设计合成具有大的Stokes位移、背景干扰少的多功能荧光探针具有非常重要的意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种多功能近红外荧光探针及其制备方法和应用。该探针的最大发射波长在765nm，能有效避开组织的自吸收和自发荧光，最大激发为540nm，stocks位移高达225nm，背景干扰少、信噪比较高，该探针对硫醇有较高的灵敏度、高选择性，另外，该探针还可在两个不同激发波长下测定荧光强度比率，可以减少或消除其他测试参数或系统误差对硫醇的荧光检测准确度的干扰。同时，该探针的pKa为6.4，探针的毒性低，对细胞和活体伤害较小，很适合用来进行肿瘤细胞的pH检测，所述多功能近红外荧光探针为双响应型探针，能同时实现对pH值和硫醇的检测。本专利技术第一方面提供了一种多功能近红外荧光探针，其化学结构式如式(Ⅰ)所示：式(Ⅰ)中，X1为-S-或-Se-，R'为C1-12的亚烷基，X2为-C(CH3)2-、-O-、-S-或-Se-，R1和R2分别独立地选自H原子、C1-18烷基或如SO3R9所示的基团，其中，R9为C1-18烷基或苄基，R3和R4分别独立地选自C1-18烷基或苄基，R5、R6、R7和R8分别独立地选自C1-18烷基或含有F、Cl、Br、I、O和S中的至少一种的C1-18烷基，Y1和Y2分别独立地选自F、Cl、Br或I。本专利技术中，所述Y1与所述Y2可以相同，也可以不同。优选地，所述X1为-S-。优选地，所述R'为-CH2CH2-。优选地，所述X2为-C(CH3)2-。优选地，所述Y1为I。优选地，所述R1和所述R2均为H原子。优选地，所述R3和所述R4均为乙基。优选地，所述R5、R6、R7和R8均为乙基。优选地，所述Y2为Cl。进一步优选地，所述X1为-S-，所述R'为-CH2CH2-，所述X2为-C(CH3)2-，所述Y1为I，所述R1和所述R2均为H原子，所述R3、所述R4、所述R5、所述R6、所述R7和所述R8均为乙基。本专利技术中所述多功能近红外荧光探针，基于FRET(荧光共振能量转移)机理，将吸收光谱和发射光谱有一定重叠的花菁类荧光染料和罗丹明类染料通过含二硫键或二硒键的连接体-NH-R'-X1-X1-R'-NH-(X1为-S-或-Se-)连接起来，由于所述花菁染料的吸收峰与所述罗丹明类染料的发射峰有重叠，该探针内发生从供体罗丹明类染料到受体花菁类染料的FRET而表现出荧光，该最大发射波长在765nm，能有效避开组织的自吸收和自发荧光，最大激发为540nm，stocks位移高达225nm，背景干扰少、信噪比较高。该探针中的二硫键或二硒键可以作为硫醇分子的反应位点，当在硫醇分子存在下，硫醇会与之发生基团交换反应导致二硫键或二硒键断裂导致FRET过程终断，从而使该探针分子的荧光光谱发生改变，以实现选择性地检测硫醇。另外，在硫醇分子存在下，该探针在最大荧光发射波长765nm和荧光发射波长为575nm左右的两处荧光强度发生改变，可以作为一个比率型探针以实现检测硫醇，并能减少以及消除几种决定因素的变化对测量荧光强度的影响，包括探针浓度、激发光的光路长度、激发强度等；可消除的人工假象包括光漂白、探针渗漏、细胞厚度、探针在细胞内(区室化作用引起)或不同细胞群之间(负载效率差异造成)的不均匀分布等，提高检测的准确度。此外，所述探针在碱性条件下，该探针分子内与花菁类荧光染料相连的连接体上的N原子未被质子化，相应氮原子上存在的孤对电子可以发生光致电子转移(PET)而猝灭花菁荧光团的荧光，该探针没有荧光或显示很弱的荧光，当pH降低时，所述氮原子逐渐被质子化，PET逐渐被阻断，对花菁荧光团的荧光猝灭作用逐渐减弱，该探针逐渐表现出花菁类染料的荧光。在pH为6-8，在花菁类染料的激发波长下，探针的荧光强度随着pH的降低而逐渐增强，以实现对pH的检测。另外，所述近红外荧光探针pKa为6.4，很适合用来进行肿瘤的检测。本专利技术第一方面提供的所述多功能近红外荧光探针的最大发射波长在765nm，能有效避开组织的自吸收和自发荧光，最大激发为540nm，stocks位移高达225nm，背景干扰少、信噪比较高，该探针对硫醇有较高的灵敏度、高选择性，另外，该探针还可在两个不同激发波长下测定荧光强度比率，可以减少或消除其他测试参数或系统误差对硫醇的荧光检测准确度的干扰。同时，该探针的pKa为6.4，探针的毒性低，对细胞和活体伤害较小，很适合用来进行肿瘤细胞的pH检测。所述多功能近红外荧光探针为双响应型探针，能同时实现对pH值和硫醇的检测。该探针还可进行光声成像和光动力治疗，是一个集多模态成像、诊断-治疗为一体的多功能探针。本专利技术第二方面提供了一种多功能近红外荧光探针的制备方法，包括以下步骤：(1)取化学结构式如式(Ⅱ)所示的化合物，以及如式(Ⅲ)所示化合物的盐酸盐或其硫酸盐，将如式(Ⅱ)所示的化合物与如式(Ⅲ)所示化合物的盐酸盐或其硫酸盐按照摩尔比为1：(1-3)的比例溶解在第一溶剂中，再加入缚酸剂，保护气体氛围下，在30-75℃下反应4-10h，提纯后得到第一化合物，所述第一化合物的化学结构式如式(ⅰ)所示：式(Ⅰ)、式(Ⅲ)和式(ⅰ)中，X1为-S-或-Se-，R'为C1-12的亚烷基，X2为-C(CH3)2-、-O-、-S-或-Se-，R1和R2分别独立地选自H原子、C1-18烷基或如SO3R9所示的基团，其中，R9为C1-18烷基或苄基，R3和R4分别独立地选自C1-18烷基或苄基，Y1为F、Cl、Br或I；(2)提供化学结构式如式(Ⅳ)所示的化合物，式(Ⅳ)中，R5、R6、R7和R8分别独立地选自C1-18烷基或含有F、Cl、Br、I、O和S中的至少一种的C1-18烷基，Y2为F、Cl、Br或I；取所述第一化合物溶于第二溶剂，并加入活化剂、缩合剂，并加入如式(Ⅳ)所示的化合物，在30-80℃下进行酰胺化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能近红外荧光探针，其特征在于，其化学结构式如式(Ⅰ)所示：

【技术特征摘要】
1.一种多功能近红外荧光探针，其特征在于，其化学结构式如式(Ⅰ)所示：式(Ⅰ)中，X1为-S-或-Se-，R'为C1-12的亚烷基，X2为-C(CH3)2-、-O-、-S-或-Se-，R1和R2分别独立地选自H原子、C1-18烷基或如SO3R9所示的基团，其中，R9为C1-18烷基或苄基，R3和R4分别独立地选自C1-18烷基或苄基，R5、R6、R7和R8分别独立地选自C1-18烷基或含有F、Cl、Br、I、O和S中的至少一种的C1-18烷基，Y1和Y2分别独立地选自F、Cl、Br或I。2.如权利要求1所述的近红外荧光探针，其特征在于，所述X1为-S-，所述R'为-CH2CH2-。3.如权利要求1所述的近红外荧光探针，其特征在于，所述X2为-C(CH3)2-，所述Y1为I。4.如权利要求1所述的近红外荧光探针，其特征在于，所述R1和所述R2均为H原子，所述R3、R4、R5、R6、R7和R8均为乙基。5.一种多功能近红外荧光探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取化学结构式如式(Ⅱ)所示的化合物，以及如式(Ⅲ)所示化合物的盐酸盐或其硫酸盐，将如式(Ⅱ)所示的化合物与如式(Ⅲ)所示化合物的盐酸盐或其硫酸盐按照摩尔比为1：(1-3)的比例溶解在第一溶剂中，再加入缚酸剂，保护气体氛围下，在30-75℃下反应4-10h，提纯后得到第一化合物，所述第一化合物的化学结构式如式(ⅰ)所示：式(Ⅰ)、式(Ⅲ)和式(ⅰ)中，X1为-S-或-Se-，R'为C1-12的亚烷基，X2为-C(CH3)2-、-O-、-S-或-Se-，R1和R2分别独立地选自H原子、C1-18烷基或如SO3R9所示的基团，其中，R9为C1-18烷基或苄基，R3和R4分别独立地选自C1-18烷基或苄基，Y1...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡林涛，孟晓青，龚萍，杨月婷，张利，吕亚琳，吴亚运，郑明彬，盛宗海，陈驰，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44