固相的糖类感测化合物制造技术

本发明专利技术提供固相的糖类染料。该染料是以共价键结合在固体基体上的双硼酸。染料选择性地与糖类、特别是葡萄糖轭合，并记录一个信号。该信号与糖类的量成正比。因此，本发明专利技术的染料适用于测量和监视糖类的含量，特别用在诸如血液的生物流体中。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的目的在于新的、基于双硼酸的糖类感测器。该感测器属于荧光诱导电子转移(PET)类型。感测器能被固定在聚合物基体上，并制成用于监视患者糖含量的医疗设备中的糖类感测器。
技术介绍
糖类是大自然的能量输送者，是细胞存活所必需的。James，T.D.等人，J.Am.Chem.Soc.，117，8982-8987(1995)(引用Robertson，R.N.，The Lively Memebranes，牛津大学出版社，纽约，1983)。葡萄糖传输的缺陷与各种疾病状态有关，而且葡萄糖含量的波动能作为症候，或者可预测急症和慢性状况。出处同上(Id.)。因此，检测和监视动物体、特别是人体内葡萄糖含量的能力极为重要。已经证明，诸如葡萄糖的糖类或糖的分子识别是一种可靠的检测机制。对此类检测而言，可能最可靠和最有效的系统是那些采用分子间电子转移，也称为光诱导电子转移(PET)的系统。能完成此类分子识别的系统显示出与糖类结合相关的结构和荧光变化。荧光变化与样品中的糖类浓度成正比，因此这些感测器或染料能用于定量测量。这些感测器中较流行的一种是基于硼酸(boronic acid)的糖类感测器。硼酸感测器实现了与环酯形式糖类的二醇官能度之间强共价键的可逆形成。这些感测器优于包括较弱的非共价或氢结合相互作用在内的其它感测器系统。硼酸感测器并非没有自己的缺点。设计基于硼酸-糖类相互作用的荧光感测器已证明是困难的，因为硼酸部分或糖类部分中缺少足够的电子变化。J.Am.Chem.Soc.，117，第8983页。Shinkai的小组指出，通过改变硼酸的结合位置，例如通过加入能与硼酸部分形成分子间五员环的一种叔胺，从而在硼酸片段周围创建一个富电子中心，就可以克服这些缺点。出处同上(Id.)。他们随后指出，9，10-双(氨甲基)-蒽骨架通过在分子内部产生一个理想的、对葡萄糖具有选择性的裂缝，从而提供了一种对葡萄糖具有选择性的感测器。出处同上(Id.)。这些效果导致了所谓的“Shinkai染料”(附图说明图1A)。在Shinkai小组工作的基础上，Norrild的小组试图创建出不仅较之其它糖类而言更专用于葡萄糖分子，而且能在中性pH条件下结合葡萄糖的染料。Eggert等人，J.Org.Chem.，64，3846-3852，1999。为了在中性pH条件下结合葡萄糖，硼酸必须pKa≤7。设计这样一种硼酸感测器染料已证明是一个主要的问题，因为大多数染料至多达到pKa在8～10范围内。Norrild和其同事因其特别低的pKa而选择了3-吡啶硼酸，并生产出一种含有接枝在蒽部分上的两个3-吡啶硼酸部分的双硼酸。所产生的“Norrild”染料(图1B)具有需要的低pKa值和水溶性，以及用于选择性结合葡萄糖的结构最佳设计。与果糖和半乳糖相比，这些染料据称具有对葡萄糖的选择性荧光响应。Shinkai和Norrild型染料都是溶液基系统。溶液基系统为标志糖类结合的分子间变化提供了非常大的自由度。但是，某些应用要求固相的染料。固定将可能减少分子自由度并改变电化学。这将反过来影响分子的荧光性，并可能减少它的实用性。即，固定能减少荧光强度，或减少生理测试区的荧光响应。现有技术中的糖类感测器通常有一个或多个缺点。例如，已知的感测器能响应于糖类结合而产生可识别信号，但并不能提供葡萄糖相对于其它糖类的理想专一性。此外，已知的糖类感测器缺乏理想的定量响应。即，当糖类浓度增加时，荧光仅适度增强。优选地，作为糖类浓度的函数，相对荧光强度的斜率较高，而且在具有生理重要性的糖类浓度全部范围内保持为较高。显示出作为浓度函数的高强度斜率的感测器将产生更可靠、更易于识别的信号，从而显著减少生产的成本。进一步地，荧光作为检测或诊断设备的应用受益于一个重要的Stokes’频移。该Stokes’频移源自经验法则，即荧光材料的发射波长比用来激发荧光的辐射发射波长更长。如果Stokes’频移小，则激发和发射峰紧邻，必须借助复杂的光学和过滤设备才能分辨二者。随着Stokes’频移的增加，激发峰的波长进一步移动离开发射峰，减少了对用以分辨二者的滤波器的依赖。这再次促进了更经济的设备。试图改善硼酸基糖类感测器的葡萄糖专一性，和/或改善感测器的荧光性能，和/或将那些传统溶液基系统固定在聚合基体上的努力仅取得了有限的成功。例如Arimori，S.等人，Chem.Commun.，2001，1836-1837。设计一种糖类染料时的主要目的之一是创建一种在相对强度对糖类浓度的曲线上显示出陡斜率的染料。Shinkai和Norrild已经指出可能创建出在溶液基系统中具有陡斜率的糖类染料。但是，后续的工作已经示出，这些染料与固体基体的共价连接能引起该斜率的显著减小。至今为止，现有技术中没有公开任何不导致斜率显著损失或消除、且共价连接到固相上的糖类染料。某些研究者试图将Shinkai和Norrild的工作延伸到获取固相结构，但未能产生一个用于直接血液接触、或血液在体外循环的体外方法中的系统。WO 01/74968 A2和WO 01/20334 A1。该工作集中在用其叙述的Shinkai型固相糖类染料插入患者皮下，以测量间质流体空间的糖类。还可参见US 6,002,954和US 6,011,984。现有技术中需要糖类染料具有高的葡萄糖专一性。理想地，这样高专一性的葡萄糖感测器将具有改良的荧光性能。现有技术中还需要染料在其通过与固体基体的共价连接而固定时，保持这样的专一性和荧光性能。附图概述图1A是Shinkai染料的结构示意图；图1B是Norrild染料。图2A是固定Shinkai型染料的结构示意图；图2B是固定Norrild型染料。图3是用于本专利技术组分的各种荧光团的结构示意图。图4是本专利技术含蒽Shinkai型单苯基硼酸酯(monophenylboronate)化合物的合成图，包括用于将其固定在固相上的方法。图5是用一个单独的连接臂合成本专利技术含芘Shinkai型单苯基硼酸酯化合物的合成图。图6是如图5所示合成并固定的化合物的葡萄糖响应曲线。图7是用于制备并固定双-苯基硼酸酯(Bis-phenylboronate)含蒽Shinkai型染料的合成图。图8～10是用于固定双-苯基硼酸酯含蒽Shinkai型染料的合成。图11是表示多种双-苯基硼酸酯含蒽shinkai型染料的相对强度的曲线。图12是使含氨基末端连接臂前体的双-苯基硼酸酯含蒽Shinkai型染料，与用于固定的尼龙固相材料反应的示意图。图13是用染料和间隔基之间的聚丙二醇间隔基，将双-苯基硼酸酯Shinkai型染料固定在固相材料上的合成图。图14图解说明了通过含氨基端连接臂前体的Shinkai型染料与双-NCO封端丙二醇反应而进行的固定，以及后续与乙二胺的交联，以产生固定的固相Shinkai型染料。图15图解说明了用直接和荧光团共价连接的单连接臂在固相材料上制备和固定双-苯基硼酸酯Shinkai型染料的图。图16图解说明了图15的单臂荧光团的荧光性能。图17示出图15的单臂荧光团的葡萄糖响应曲线。图18图解说明了制备并固定具有双臂固定和乙酰化荧光团的双-苯基硼酸酯Shinkai型染料的图。图19示出图18的染料的荧光性能。图20示出图18的染料的葡萄本文档来自技高网...

【技术保护点】
下面通式的化合物：＊＊＊其中：Ｑ是荧光团；Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］和Ｒ↓［３］独立地选自连接臂和非连接取代基；其中连接臂是饱和或不饱和、取代或未取代的大约Ｃ↓［３０］或更低的烃，且共价结合到一种固相材料上；其中非连接取代基是氢，或者饱和或不饱和、取代或未取代的大约Ｃ↓［２０］或更低的烃；和Ｒ↓［４］、Ｒ↓［５］、Ｒ↓［６］、Ｒ↓［７］相同或不同，选自氢、烷基、烯基、芳基、芳烷基、取代烷基、酰基、烷氧基和卤素。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：川西彻朗，马修艾伯特罗梅，马克Z霍洛迪，彼得C朱，新海征治，
申请(专利权)人：泰尔茂株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]