荧光探针化合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种荧光探针化合物及其制备方法和应用。该荧光探针化合物的结构式如下：

Fluorescent probe compounds and their preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
荧光探针化合物及其制备方法和应用
本专利技术涉及荧光成像检测领域，尤其是涉及一种荧光探针化合物及其制备方法和应用。
技术介绍
众所周知，万古霉素(Vancomycin，简称Van)是一种糖肽类抗生素，通过与肽聚糖前体的D-Ala-D-Ala二肽(D-Ala：D-丙氨酸)结合来抑制细菌细胞壁的合成。Van通常用于治疗由革兰氏阳性菌(甲氧西林耐药株)引起的严重感染，并被认为是革兰氏阳性菌感染的“最后一道防线”。在体内，Van不易被代谢，常以原结构出现在尿液中，临床中较高剂量的Van会导致肾脏毒性。此外，Van和其他肾毒性药物之间也存在协同作用，导致肾小球损害。由于Van的毒性问题，医院通常需要对Van的用药剂量进行监测。另一方面，环境中残留的抗生素往往会导致抗药性细菌的产生，因此在水体等环境中对Van进行检测也非常重要。目前已经报道的Van检测方法包括高效液相色谱(HPLC)法、基于ELISA的免疫测定法、放射免疫测定法、毛细管色谱法和光学方法等。其中，基于荧光的光学方法因其操作简单且易于可视化而引起了极大的关注。荧光偏振免疫分析法是最早用于Van测定的光学方法之一，早在几十年前就被开发出来且目前仍在使用。然而，该方法涉及抗体的制备和使用，操作复杂且成本较高。受Van抗菌机理的启发，Van和D-Ala-D-Ala短肽之间独特而强大的相互作用已被用于细菌和Van的检测等新技术的开发。然而，这些技术仍然存在一些缺点，例如单荧光信号输出可能导致结果不准确，并且检测高度依赖于探针浓度等。因此，发展高灵敏度且易于操作的检测产品和方法，在体液或体外环境中对Van进行定量具有迫切的需求。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种荧光探针化合物及其制备方法和应用，以解决传统的荧光法检测Van时存在的灵敏度低、准确性差等问题。一种荧光探针化合物，结构式如下：其中，D-Ala是D-丙氨酸，L-Lys是L-赖氨酸，Linker是具有氨基和羧基的间隔基团，n为0或1，Coumarin是香豆素，F是荧光素。在其中一个实施例中，所述荧光素是5-异硫氰酸酯。在其中一个实施例中，所述荧光探针化合物的结构式是：在其中一个实施例中，所述荧光探针化合物结构式是：一种荧光探针化合物的制备方法，包括如下步骤：合成短肽化合物(D-Ala)—(D-Ala)—(L-Lys)—(Linker)n，其中，D-Ala是D-丙氨酸，L-Lys是L-赖氨酸，Linker是具有氨基和羧基的间隔基团，n为0或1；将香豆素加入短肽化合物(D-Ala)—(D-Ala)—(L-Lys)—(Linker)n中，进行缩合反应，生成化合物(D-Ala)—(D-Ala)—(L-Lys)—(Linker)n—Coumarin，Coumarin是香豆素；将化合物(D-Ala)—(D-Ala)—(L-Lys)—(Linker)n—Coumarin与荧光素反应生成具有如下结构的荧光探针化合物：F是荧光素。在其中一个实施例中，合成短肽化合物时是使用基于Fmoc化学的固相多肽合成方法进行合成。在其中一个实施例中，缩合反应时加入的香豆素是7-羟基香豆素-3-羧酸。在其中一个实施例中，合成的短肽化合物是(D-Ala)—(D-Ala)—(L-Lys)，荧光素是5-异硫氰酸酯，最终合成的荧光探针化合物的结构式是：在其中一个实施例中，合成的多肽化合物是(D-Ala)—(D-Ala)—(L-Lys)—(Linker)，Linker是6-氨基己酸，荧光素是5-异硫氰酸酯，最终合成的荧光探针化合物的结构式是：上述任一实施例所述的荧光探针化合物在万古霉素检测中的应用。上述荧光探针化合物将(D-Ala)—(D-Ala)与香豆素和荧光素组成FRET(荧光能量共振转移)对整合，首次合成了基于FRET的万古霉素荧光检测探针。该荧光探针化合物与传统的单荧光团的探针相比，FRET探针可以实现荧光信号的比率式检测。当有万古霉素存在时，通过激发香豆素以及共振能量转移，可以观察到来自荧光素的荧光；当没有万古霉素时，荧光素的初始荧光很弱，主要是因为部分荧光素分子在中性水溶液中以没有荧光的闭环内酯形式存在。万古霉素与(D-Ala)—(D-Ala)二肽结合，使得靠近二肽的荧光分子也被万古霉素的结合口袋包住，从而导致荧光分子的微环境变化。经过分子动力学模拟研究发现，上述机理可能是由于万古霉素和荧光素分子之间形成额外的氢键，稳定了开环的荧光形式。该荧光探针化合物在万古霉素检测时，灵敏度高，检测结果准确可靠。附图说明图1为万古霉素的结合导致荧光探针化合物荧光信号变化的示意图；图2a、图2b和图2c分别为探针P1、P2和P3的合成路线图；图3和图4分别为探针P1的ESI-MS谱和1HNMR结果；图5和图6分别为探针P2的ESI-MS谱和1HNMR结果；图7和图8分别为探针P3的ESI-MS谱和1HNMR结果；图9为探针P1、P2与不同浓度的万古霉素的检测结果；其中，A表示探针P1与万古霉素(0,1,2,4,6,10,15,20,30,50,80,100μM)相互作用时的荧光光谱变化；B表示探针P2与万古霉素(0,6,10,15,20,30,50,80,100μM)相互作用的荧光光谱变化；C表示探针P1的强度比I519/I446与万古霉素浓度的曲线(0至100μM)；D表示探针P2的I519/I446和万古霉素浓度的曲线(0至100μM)；检测在含有30μM探针的PBS缓冲液(pH7.4)中进行检测，激发波长为400nm；图10为探针P1和P2的分子动力学模拟结果；其中，A表示探针P1和万古霉素以及探针P2和万古霉素之间形成氢键的分子动力学模拟；B表示分子动力学模拟氢键距离分布；图11为探针P1对不同抗生素的荧光反应结果以及pH对探针P1荧光响应性的影响；其中，A表示探针P1(30μM)对各种抗生素万古霉素(Van)(30μM)、红霉素(Ery)、青霉素(Pen)、粘菌素(Col)和四环素(Tet)的荧光反应，其他四种抗生素的浓度均为300μM；B表示pH对探针P1荧光响应性的影响；图12为探针P1对人工尿液的检测结果；其中，A表示在人工尿液中探针P1(30μM)与万古霉素(0,1,2,4,6,10,15,20,30,50,80,100μM)相互作用时的荧光响应，插图显示P1以颜色变化的形式响应20μM万古霉素；B表示以探针P1(30μM)的荧光强度比率I519/I446对万古霉素的浓度(0至100μM)作图，插图显示万古霉素浓度从0至20μM时的线性关系；图13为探针P1(30μM)在用于斑马鱼体内万古霉素的成像；在成像前用万古霉素(1mM)预处理鱼1小时，仅用探针P1和万古霉素处理的鱼作为对照，在右图中，沿左图中的红色选择线绘制荧光强度。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种荧光探针化合物，其特征在于，结构式如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种荧光探针化合物，其特征在于，结构式如下：



其中，D-Ala是D-丙氨酸，L-Lys是L-赖氨酸，Linker是具有氨基和羧基的间隔基团，n为0或1，Coumarin是香豆素，F是荧光素。


2.如权利要求1所述的荧光探针化合物，其特征在于，所述荧光素是5-异硫氰酸酯。


3.如权利要求1所述的荧光探针化合物，其特征在于，结构式是：





4.如权利要求1所述的荧光探针化合物，其特征在于，结构式是：





5.一种荧光探针化合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
合成短肽化合物(D-Ala)—(D-Ala)—(L-Lys)—(Linker)n，其中，D-Ala是D-丙氨酸，L-Lys是L-赖氨酸，Linker是具有氨基和羧基的间隔基团，n为0或1；
将香豆素加入短肽化合物(D-Ala)—(D-Ala)—(L-Lys)—(Linker)n中，进行缩合反应，生成化合物(D-Ala)—(D-Ala)—(L-Lys)—(Linker)n—Coumarin，Coumarin是香豆素；
将化...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓涛，刘芳，胡世友，
申请(专利权)人：广州中医药大学广州中医药研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44