一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针制造技术

本发明专利技术提供了一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针，一类可用于细胞膜荧光成像的萘酰亚胺类探针，该荧光探针具有合成原料低廉、方法简单且易于衍生等优点。研究发现，该类染料在萘酰亚胺母体的4‑,5‑位引入氮杂环丁烷、氮杂环戊烷等高刚性的结构，同时增加了染料的刚性和亲脂性。此类染料在乙醇中的摩尔消光系数均在35000M

A kind of cell membrane fluorescent probe with high brightness, high stability and environmental insensitivity

【技术实现步骤摘要】
一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针
本专利技术属于荧光成像
，具体涉及一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针。
技术介绍
细胞膜能调控物质进出细胞以保证细胞内各项生命活动的需求，维持着细胞内环境的稳定性，又能依靠糖蛋白等识别和传递信息，在细胞生命活动中有着复杂的功能。随着对细胞膜的研究的不断深入，研究者们对细胞膜荧光染料的性质与功能要求也不断提高，尤其超分辨荧光成像技术的迅速崛起促使新型的高稳定性、高亮度细胞膜荧光染料的开发与应用。目前常用的细胞膜荧光染料如DiD、DiI等，其染料的母体结构为花菁染料，含有长链烷烃结构，具有较高的亲脂性，可以插入磷脂双分子层中实现细胞膜的标记。然而花菁类染料的光稳定性普遍极差，无法满足长时间成像观察的需求；且由于双键的扭转这类染料为环境敏感染料，在大极性环境中荧光很弱，在低极性环境如细胞膜中有较高的亮度，然而细胞膜并非匀质结构，这使这类环境敏感染料的成像准确性大为降低。此外，这类染料的染色时间较长(通常30分钟以上)，在活细胞染色实验中受到严格限制。现有的细胞膜荧光染料难以满足超分辨技术对荧光稳定性、荧光亮度、长时间染色等性能的需求，因而开发高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光染料迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术提供了一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针，，该类染料在萘酰亚胺母体的4-,5-位引入氮杂环丁烷、氮杂环戊烷等高刚性的结构，同时增加了染料的刚性和亲脂性。研究发现这类染料有很高的亮度、优异的光稳定性，能够快速高选择性地标记细胞膜，可进一步用于荧光成像。该类染料还具有环境不敏感性，在不同环境中的光谱性质差异极小，有很好的成像准确性。一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针，其结构式如下所示：其中n＝0,1,2,3，m＝4,5,6。一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针的合成方法，合成步骤如下：一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针，优选一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的胆固醇衍生物类细胞膜荧光探针，其结构式如下所示：其中，n＝0,1,2,3。所述一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的胆固醇衍生物类细胞膜荧光探针的合成方法，其具体方法如下：步骤一：中间体N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4-溴-5-硝基-1,8萘酰亚胺的合成将4-溴-5-硝基-1,8-萘酐溶于乙醇中，并向其中加入三氟取代氨基烷烃，升温至50-70℃下反应10-24h后，减压蒸馏除去溶剂，残余物经硅胶柱分离得到中间体N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4-溴-5-硝基-1,8萘酰亚胺。步骤二：中间体N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺的合成将中间体N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4-溴-5-硝基-1,8萘酰亚胺溶于乙二醇甲醚中，并向其中加入氮杂环伯胺或仲胺，将反应液缓慢加热至100-140℃，并反应10-24h，减压除去乙二醇甲醚，残余物经硅胶柱分离残余物得到中间体N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺。步骤三：中间体的N-胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺合成将中间体N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺溶于甲醇中，并加入碳酸钾，将反应液缓慢加热至50-70℃，并反应6-8h，减压除去溶剂，残余物经硅胶柱分离得到中间体N-胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺。步骤四：细胞膜探针N-(2-胆固醇衍生物)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺的合成将中间体N-胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺溶于乙腈中，并向其中加入碘化钾、碳酸钾及胆固醇衍生物，并将反应液缓慢加热至60-80℃，并反应5-10h，减压除去溶剂，残余物经硅胶柱分离得到细胞膜探针N-(2-胆固醇衍生物)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺。步骤一中，4-溴-5-硝基-1,8-萘酐与三氟取代氨基烷烃的质量比为1:0.25-8，4-溴-5-硝基-1,8-萘酐的质量与无水乙醇的体积比为1:5-80g/mL。步骤二中，N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4-溴-5-硝基-1,8萘酰亚胺与氮杂环伯胺或仲胺的质量比为1:0.5-2，N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4-溴-5-硝基-1,8萘酰亚胺的质量与乙二醇单甲醚的体积比为1:5-40g/mL。步骤三中，N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺与碳酸钾的质量比为1:1-20，N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺的质量与甲醇的体积比为1:20-400g/mL。步骤四中，N-胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺、碘化钾、碳酸钾、胆固醇衍生物的质量比为1:0.25-1:1-3:1-3，N-胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺的质量与乙腈的体积比为1:2.5-100g/mL。一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针，优选一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的磺酸盐衍生物类细胞膜荧光探针，其结构式如下所示：其中，n＝0,1,2,3。所述一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的磺酸盐衍生物类细胞膜荧光探针的合成方法，其具体方法如下：步骤一：中间体N-(N-甲基-N-(2,9-二甲基)壬烷基)胺烷基-4-溴-5-硝基-1,8萘酰亚胺的合成将4-溴-5-硝基-1,8-萘酐溶于乙醇中，并向其中加入1-(N-(3-氨基)烷基-N-甲基)氨基-3,7-二甲基辛烷，升温至50-70℃下反应10-24h后，减压蒸馏除去溶剂，残余物经硅胶柱分离得到中间体N-(N-甲基-N-(2,9-二甲基)壬烷基)胺烷基-4-溴-5-硝基-1,8萘酰亚胺。步骤二：中间体N-(N-甲基-N-(2,9-二甲基)壬烷基)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺的合成将中间体N-(N-甲基-N-(2,9-二甲基)壬烷基)胺烷基-4-溴-5-硝基-1,8萘酰亚胺溶于乙二醇甲醚中，并向其中加入氮杂环伯胺或仲胺，将反应液缓慢加热至100-140℃，并反应10-24h，减压除去乙二醇甲醚，残余物经硅胶柱分离残余物得到中间体N-(N-甲基-N-(2,9-二甲基)壬烷基)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺。步骤三：细胞膜探针N-(N-甲基-N-(2,9-二甲基)壬烷基-N-丙磺酸基)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺的合成将中间体N-(N-甲基-N-(2,9-二甲基)壬烷基)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺溶于乙腈中，1,3-丙烷磺内酯，将反应液缓慢加热至40-80℃，并反应10-24h，减压除去溶剂，残余物经硅胶柱分离得到细胞膜探针N-(N-甲基-N-(2,9-二甲基)壬烷基-N-丙磺酸基)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针，其特征在于：其结构式如下所示：/n

【技术特征摘要】
1.一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针，其特征在于：其结构式如下所示：



其中

n＝0,1,2,3，m＝4,5,6。


2.根据权利要求1所述的一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针，其特征在于：其结构式如下所示：



其中，n＝0,1,2,3。


3.根据权利要求1所述的一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针，其特征在于：其结构式如下所示：



其中，n＝0,1,2,3。


4.根据权利要求1所述的一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针，其特征在于：其结构式如下所示：



其中，n＝0,1,2,3。


5.根据权利要求2所述的一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针的合成方法，其具体方法如下：
步骤一：中间体N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4-溴-5-硝基-1,8萘酰亚胺的合成
将4-溴-5-硝基-1,8-萘酐溶于乙醇中，并向其中加入三氟取代氨基烷烃，升温至50-70℃下反应10-24h后，减压蒸馏除去溶剂，残余物经硅胶柱分离得到中间体N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4-溴-5-硝基-1,8萘酰亚胺。
步骤二：中间体N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺的合成
将中间体N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4-溴-5-硝基-1,8萘酰亚胺溶于乙二醇甲醚中，并向其中加入氮杂环伯胺或仲胺，将反应液缓慢加热至100-140℃，并反应10-24h，减压除去乙二醇甲醚，残余物经硅胶柱分离残余物得到中间体N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺。
步骤三：中间体的N-胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺合成
将中间体N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺溶于甲醇中，并加入碳酸钾，将反应液缓慢加热至50-70℃，并反应6-8h，减压除去溶剂，残余物经硅胶柱分离得到中间体N-胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺。
步骤四：细胞膜探针N-(2-胆固醇衍生物)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺的合成
将中间体N-胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺溶于乙腈中，并向其中加入碘化钾、碳酸钾及胆固醇衍生物，并将反应液缓慢加热至60-80℃，并反应5-10h，减压除去溶剂，残余物经硅胶柱分离得到细胞膜探针N-(2-胆固醇衍生物)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺。


6.根据权利要求5所述的一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针的合成方法，其特征在于：步骤一中，4-溴-5-硝基-1,8-萘酐与三氟取代氨基烷烃的质量比为1:0.25-8，
4-溴-5-硝基-1,8-萘酐的质量与无水乙醇的体积比为1:5-80g/mL。


7.根据权利要求5所述的一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针的合成方法，其特征在于：步骤二中，N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4-溴-5-硝基-1,8萘酰亚胺与氮杂环伯胺或仲胺的质量比为1:0.5-2，
N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4-溴-5-硝基-1,8萘酰亚胺的质量与乙二醇单甲醚的体积比为1:5-40g/mL。


8.如权利要求5所述的一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的4细胞膜荧光探针的合成方法，其特征在于：步骤三中，N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺与碳酸钾的质量比为1:1-20，
N-(2,2,2-三氟乙酰胺)胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺的质量与甲醇的体积比为1:20-400g/mL。


9.如权利要求5所述的一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针的合成方法，其特征在于：步骤四中，N-胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺、碘化钾、碳酸钾、胆固醇衍生物的质量比为1:0.25-1:1-3:1-3，
N-胺烷基-4,5-双氮杂环取代-1,8萘酰亚胺的质量与乙腈的体积比为1:2.5-100g/mL。


10.根据权利要求3所述的一类高亮度、高稳定性、环境不敏感的细胞膜荧光探针的合成方法，其具体方法如下：
步骤一：中间体N-(N-甲基-N-(2,9-二甲基)壬烷基)胺烷基-4-溴-5-硝基-1,8萘酰亚胺的合成
将4...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐兆超，陈婕，乔庆龙，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21