一種具有大斯托克斯(stoke)位移的高效近紅外熒光染料及其在生物成像和熒光標記等領域的應用，屬于有機熒光染料與應用技術領域。具體分子結構以富馬酸腈為基本受體結構單元，通過雙鍵在一側或兩側共軛連接具有推電子能力的給體單元，其結構式如下所示，是通過Heck反應合成的一類新型的近紅外熒光染料，其中R代表給體基團。研究發(fā)現(xiàn)這種染料在紫外光激發(fā)下會發(fā)出很亮的近紅外熒光，且該材料具有很好的抗光漂白性和高固態(tài)量子效率。同時這些材料也有很大斯托克斯位移，因此其作為近紅外熒光材料，可應用于生物成像和熒光標記等領域。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于有機熒光染料與應用
，具體涉及一種具有大斯托克斯(stoke)位移的高效近紅外熒光染料及其在生物成像和熒光標記等領域的應用。
技術介紹
十六世紀光學顯微鏡改變了人們對生物學的認識，推動了生物醫(yī)學的快速發(fā)展。本領域知悉，在光學顯微鏡下可以觀察細胞的大小及形態(tài)、細胞器、染色體等。電子顯微鏡的專利技術開啟了研究細胞超微結構的新紀元，如觀察粗面內(nèi)質網(wǎng)、滑面內(nèi)質網(wǎng)、核糖體，同時配合生物化學技術還能對細胞分子進行分析等。隨著人類社會的進步，近年來新的影像學設備及技術的不斷涌現(xiàn)，分子影像學應運而生。分子影像學是一門涉及影像學與現(xiàn)代分子生物學及其他學科的新興交叉學科。現(xiàn)代細胞生物學、分子生物學技術空前的進步和發(fā)展、高靶向性及靈敏度的分子探針、高時空分辨率小動物成像設備的發(fā)展等為分子影像學提供了條件。分子影像學是從分子或細胞水平上成像從而達到認識疾病、闡明病變組織生物過程變化、病變細胞基因表達、代謝活性高低、病變細胞是否存活以及細胞內(nèi)生物活動的狀態(tài)等目的的科學。分子影像學的發(fā)展為疾病早期診斷、治療和機制研究提供了實時、動態(tài)信息。常用的分子影像學方法主要包括光學成像、超聲成像(ultrasound)、計算機斷層攝影(computedtomography，CT)、核磁共振(magneticresonanceimaging，MRI)、正電子衍射成像(positron-emissiontomography，PET)和單光子衍射(single-photon-emissioncomputedtomography，SPECT)等。與其他成像手段相比，光學成像具有無創(chuàng)傷、無射線輻射危害、價格低、敏感性高、可實時成像等優(yōu)點。熒光技術采用熒光報告基團(GFP、RFP、Cyt及dyes等)對靶向細胞或分子進行標記成像。光學成像儀器可以直接檢測活體生物體內(nèi)特定分子、細胞活動和基因表達行為。通過這些技術，可以觀測活體動物體內(nèi)腫瘤的生長及轉移、疾病的發(fā)生發(fā)展、基因的表達及反應等生物學過程。相對于其他活體成像技術：如超聲、計算機斷層攝影、核磁共振、正電子衍射成像、單光子衍射等，光學成像具有若干獨特的優(yōu)點，如操作簡便、結果直觀、測量快速、靈敏度高及費用低廉等。許多生物體及其組織在可見光的激發(fā)下自身會發(fā)射熒光，嚴重干擾生物樣品的熒光檢測和造影，如血漿中血清蛋白的熒光波長范圍為325～350nm，還原性煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酶(NADPH)和膽紅素的熒光波長范圍為430～470nm，故使得可見光區(qū)熒光分析的靈敏度和準確性受到了很大的影響。再加上光散射的影響往往會產(chǎn)生較為嚴重的背景干擾，嚴重限制了熒光分析法靈敏度的提高，而在近紅外熒光(700～1200nm)光區(qū)，生物體內(nèi)物質的自吸收和自發(fā)熒光較弱，可避免背景干擾而獲得較高的分析靈敏度，同時還能夠減少對生命體的損傷，有利于實現(xiàn)活體檢測。并且由于散射光強度與波長的四次方成反比，隨著波長增加，拉曼散射迅速減小，使散射干擾也大為減少。另外，小的斯托克斯位移會造成染料自淬滅，也稱為染料的自吸收的問題。這是因為小斯托克斯位移的染料的吸收光譜與發(fā)射光譜有很大的交蓋，這樣染料有部分發(fā)射光能被其自身吸收，從而導致熒光強度下降。另一個問題是造成熒光分析技術的測量誤差。這是因為小的斯托克斯位移使激發(fā)波長與熒光檢測波長太過接近，激發(fā)波長易對熒光檢測狹縫造成散射光干擾。因而開發(fā)具有大斯托克斯位移的熒光染料有著十分重要的意義。近年來，近紅外熒光材料尤其受到關注，這主要是由于近紅外光對生物組織不受背景熒光干擾的強穿透能力(Guo，Z.；Park，S.；Yoon，J.；Shin，I.Chem.Soc.Rev.2014，43，16.Yuan，L.；Lin，W.；Zheng，K.；He，L.；Huang，W.Chem.Soc.Rev.2013，42，622.Achilefu，S.Angew.Chem.Int.Ed.2010，49，9816.Escobedo，J.O.；Rusin，O.；Lim，S.；Strongin，R.M.Curr.Opin.Chem.Biol.2010，14，64.Hilderbrand，S.A.；Weissleder，R.Curr.Opin.Chem.Biol.2010，14，71.Kiyose，K.；Kojima，H.；Nagano，T.Chem.AsiaJ.2008，3，506.)。本專利技術為基于富馬酸腈為受體單元，通過改變外圍給體結構單元可以得到具有不同近紅外發(fā)射的近紅外熒光染料。以其為發(fā)光單元制備的熒光納米粒子在細胞成像和生物標記領域中的應用具有廣闊的前景。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于提供一種基于富馬酸腈的近紅外熒光染料及其在生物成像和熒光標記中的應用。本專利技術所述的近紅外熒光染料，是以富馬酸腈為基本結構單元，由雙鍵在一側或兩側共軛連接具有推電子能力的給體單元，其結構式如下所示：其中R代表給體基團，為：該類化合物適用于制備高效近紅外熒光染料。本專利技術化合物的特點是具有高的固態(tài)熒光量子效率和抗光漂白能力，大的stoke位移和多光子吸收截面，且在紫外光激發(fā)下，任意一種上述化合物都會發(fā)出近紅外熒光。而以此種化合物為基礎制備的熒光標記物，如熒光納米粒子，熒光探針等能夠用于細胞成像和生物標記。富馬酸腈近紅外熒光染料合成步驟如下：步驟1：在碘，甲醇鈉催化下，倆分子的苯乙腈類原料反應生成富馬酸腈中間體；步驟2：在碳酸銀，醋酸鈀催化條件下進行Heck反應制備得到終產(chǎn)物分子。附圖說明圖1：為實施例1中制備的近紅外熒光染料在THF溶液和固體狀態(tài)下的紫外可見吸收發(fā)射譜，激發(fā)波長365nm；圖2：為實施例2中制備的近紅外熒光染料在THF溶液和固體狀態(tài)下的紫外吸收發(fā)射譜，激發(fā)波長365nm；圖3：為實施例17中制備的不同的近紅外熒光染料負載量時的熒光發(fā)射譜；圖4：為實施例18細胞成像圖，納米粒子培養(yǎng)濃度100μg/mL，激發(fā)波長408nm，捕獲650～700nm熒光。具體實施方式本專利技術給出了一類基于富馬酸腈近紅外熒光染料的合成方法及其在細胞成像和生物標記中的應用。前軀體的制備化合物1：對溴苯乙腈(5g，25.505mmol)和碘(6.5734g，25.505mmol)于250mL反應瓶中，沖氬氣置換三次至瓶中無氧氣和水為止，加入100mL干燥乙醚攪拌溶解。將甲醇鈉(2.8933g，5.356mmol)溶于無水甲醇(8.680g，14.613ml)中，除氧和水，在-78攝氏度條件下緩慢滴入上述溶液中，整個滴加過程中需一直保持氬氣氛圍。滴加完后，緩慢升溫至0攝氏度，繼續(xù)攪拌反應3小時。反應完后，用質量分數(shù)5％的稀鹽酸溶液淬滅反應，然后攪拌反應12小時。反應完全后，將溶液抽濾，濾餅用甲醇和水洗2次。所得固體在真空干燥箱中干燥。最終產(chǎn)品為白色粉末化合物1(3.1143g，63％產(chǎn)率)。1HNMR(CDCl3，500MHz):(ppm)7.67-7.72(m，8H，1-benzene)。化合物2：對溴苯乙腈(2.5g，12.753mmol)，苯乙腈(1.49g，12.753mmol)和碘(6.5734g，25.505mmol)于250mL反應瓶中，沖氬氣置換三次至瓶中無氧氣和水為止，加入100mL干燥乙醚攪拌溶解。將甲醇本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種基于富馬酸腈的近紅外熒光染料，其結構式如下所示：其中R為以下結構式之一所示的基團，
【技術特征摘要】
1.一種基于富馬酸腈的近紅外熒光染料，其結構式如下所示：其中R為以下結構式之一所示的基團，2.如權利要求1所述的一種基于富馬酸...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：徐斌，田文晶，閆路林，紀光，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發(fā)明
國別省市：吉林;22
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