CN103509366B - 染料与标记生物材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种染料,具有化学结构: 或上述的混合物;其中每一R1各自独立,选自氢、卤素、氰基、烷基、烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、烷基胺基、二烷基胺基、烷基胺基羰基、二烷基胺基羰基、芳香基、杂芳基、磷酸基或磺酸基,每一R2各自独立,选自以及每一n各自独立,选自2至10的整数。

Description

染料与标记生物材料的方法
技术领域
本发明涉及染料,尤其涉及以染料标记生物材料的方法。
背景技术
染料已被广泛应用于生物学研究和医学诊断。由于染料通常具有足够的检测灵敏度、较低的价格、与较低的毒性,因此优于一般的放射性检测材料。此外,染料可于体内或体外标记生物材料(氨基酸、肽、蛋白质、抗体、生物高分子、细胞或组织)。若能大量合成染料搭配自动化检验,更有利于标记生物材料。
罗丹明(Rhodamine)系列的染料是现有的主要染料之一。然而罗丹明主体本身不溶于水,需另外接枝亲水基团如磺酸基以使其能溶于水中,以应用于标记生物材料。目前仍需兼顾染料与生物材料之间的结合浓度、染料结合至生物材料后的发光效率、以及将磺酸基接枝至罗丹明上的方法。
发明内容
本发明的一实施例提供一种染料,具有化学结构:
或上述的混合物;
其中每一R1各自独立,选自氢、卤素、氰基、烷基、烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、烷基胺基、二烷基胺基、烷基胺基羰基、二烷基胺基羰基、芳香基、杂芳基、磷酸基或磺酸基,每一R2各自独立,选自以及每一n各自独立,选自2至10的整数。
本发明的一实施例提供一种标记生物材料的方法,包括:混合上述染料与一生物材料,使该染料与该生物材料结合;以及提供激发光,使结合至该生物材料的该染料发光。
附图说明
图1示出本发明的一实施例中,不同浓度的不同染料在结合至BSA后对应的光密度值。
具体实施方式
本发明提供一种染料,其可以结合至氨基酸、肽、蛋白质、抗体、生物高分子、细胞或组织等具有肽键的生物材料,可用以标记上述生物材料。此染料具有末端磺酸基,可溶于水中,且具有N-酯基琥珀酰亚胺基团而易与肽键结合。在本发明的一实施例中,先将染料与待标记的生物材料混合,使染料结合至生物材料。在本发明的另一实施例中,以紫外线或可见光作为激发光照射结合染料的生物材料,使染料发光如可见光以达标记生物材料的效果。上述标记方法可用于标记体内或体外的生物材料。
在本发明某些实施例中,染料是以下述方式合成。值得注意的是,本技术领域中自可采用其它方法合成染料,而不限于下述方法。
本发明的一实施例提供一种染料,具有化学结构:
或上述的混合物;
其中每一R1各自独立,选自氢、卤素、氰基、烷基、烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、烷基胺基、二烷基胺基、烷基胺基羰基、二烷基胺基羰基、芳香基、杂芳基、磷酸基、或磺酸基,每一R2各自独立,选自以及每一n各自独立,选自2至10的整数。
在一实施例中,染料可通过如下举例的反应获得,但不以此为限。
首先如式1所示,进行环化反应。
接着取式1的产物与N-羟基琥珀酰亚胺反应如式2,其产物即染料。
在式1及式2中,每一R1各自独立,选自氢、卤素、氰基、烷基、烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、烷基胺基、二烷基胺基、烷基胺基羰基、二烷基胺基羰基、芳香基、杂芳基、磷酸基或磺酸基。每一n各自独立,选自2至10的整数或3至6的整数。
在本发明的另一实施例中,取式1的产物、N-羟基琥珀酰亚胺、与氨基酸反应如式3所示,其产物即染料。
在式3中,每一R1各自独立,选自氢、卤素、氰基、烷基、烯基、炔基、烷氧基、烷硫基、烷基胺基、二烷基胺基、烷基胺基羰基、二烷基胺基羰基、芳香基、杂芳基、磷酸基或磺酸基。每一n各自独立,选自2至10的整数或3至6的整数。
为了使本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂,下文特列举实施例,配合附图,作详细说明如下:
【实施例】
合成例1(N,N-二丁基磺酸盐-1-酚的合成)
取2.0g化合物A(0.0076mol)与1.5mL1,4-丁磺酸内酯,2.3mL三乙胺,10mL乙腈置入100mL反应瓶,加热至60℃后反应20小时,如式4所示。反应后冷却,抽除溶剂后得化合物B。化合物A的合成见Chemistry andIndustry,20,345(1974)的方法。
直接取化合物B、0.9576g的LiOH.H2O、10mL甲醇与10mL水置于100mL反应瓶中,加热至60℃反应3小时。反应后以盐酸中和上述反应后的混合物以析出固体,过滤得3.04g的化合物C。上述反应如式5所示:
实施例1(染料合成)
取3g化合物C、0.9827g的1,2,4-苯三酸酐(0.0051mmol,购自TCIAMERICA)、0.1495g的对甲基苯磺酸(0.00079mol)及5mL的丙酸置入100mL的反应瓶中,加热至140℃后反应22小时如式6。将反应后的混合物降温至室温后进行管柱层析,得到化合物1A与化合物1B(总计2.5383g,产率35%),化合物1A与1B的混合物其氢谱分析数据如下:1H NMR(MeOH-d4),δ=8.35(d,J=6Hz,1H),8.27(s,1H),7.46(d,J=6Hz,1H),7.16(d,J=6Hz,2H),7.07(d,J=6Hz,2H),7.00(s,2H),3.66(m,8H),2.88(m,8H),1.89(m,16H)。
取70mg化合物1A与1B的混合物(0.76mmol)、35.6mg的1-(3-二甲基胺基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC-HCl,0.186mmol)、19.71mg的N-羟基琥珀酰亚胺(0.171mmol)、与4mL的甲醇置入100mL的反应瓶内,于室温下搅拌1小时如式7。将反应后的混合物进行管柱层析,得到化合物2A与2B(总计77.22mg,产率76.2%)。化合物2A与2B的混合物其氢谱分析的数据如下:1H NMR(MeOH-d4),δ=8.40(d,J=3Hz,1H),8.35(s,1H),8.02(d,J=3Hz,1H),7.08(m,6H),3.66(m,8H),2.88(m,8H),2.73(s,4H),1.89(m,16H)。经紫外线-可见光光谱仪与荧光光谱仪量测化合物2A/2B的水溶液,其最大吸收波长、最大放射波长与量子效率如表1所示。Cy3的量子效率为0.15,远低于实施例。
实施例2(染料合成)
取60mg式6产物(0.0655mmol)、15mg的1-(3-二甲基胺基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC-HCl,0.0786mmol)、与4mL的甲醇置入100mL的反应瓶内,于室温下搅拌1小时。接着加入0.0172g(0.0172mol)的6-胺基己酸于室温下反应1小时,再加入19.71mg的N-羟基琥珀酰亚胺(0.171mmol)于室温下反应1小时如式8。将反应后的混合物进行管柱层析,得到化合物3A与3B(总计18.70mg,产率25%)。化合物3A与3B的混合物其氢谱数据如下:1H NMR(MeOH-d4),δ=8.30m,2H),7.41(m,2H),7.06(m,5H),3.68(m,8H),2.87(m,10H),2.74(s,4H),2.19(m,2H),1.85(m,18H),1.64(m,4H)。经紫外线-可见光光谱仪与荧光光谱仪量测化合物3A/3B的水溶液,其最大吸收波长、最大放射波长、与量子效率如表1所示。
实施例3(染料前驱物的合成)
取3g的N,N-二丙基磺酸盐-1-酚(0.01mol)、1.4606g(0.0076mol)的1,2,4-苯三酸酐,0.1112g的对甲基苯磺酸(0.00058mol)及5mL的丙酸置入100mL反应瓶中,加热至140℃后反应22小时如式9所示。将反应后的混合物降温至室温后进行管柱层析,得到化合物4A与4B(总计1.8972g,产率35%)。化合物4A与4B的混合物其氢谱分析的数据如下:1H NMR(MeOH-d4),δ=8.38(d,J=6Hz,1H),8.17(s,1H),7.53(d,J=6Hz,1H),7.18(m,4H),6.85(s,2H),3.84(m,8H),2.87(m,8H),2.19(m,8H)。
表1
化合物 最大吸收波长 最大放射波长 量子效率
化合物2A/2B 562nm 595nm 1.45
化合物3A/3B 560nm 593nm 1.40
实施例4
取化合物2A/2B与市售染料Cy3(购自GE Healthcare)各自溶于2μL水中后测其光密度(OD)。依据OD值,将化合物2A/2B水溶液与Cy3水溶液调整至相同浓度。取6支1.5mL的试管,各自加入10μL的5%牛血清白蛋白溶液(BSA solution)后,分别加入不同量的Cy3水溶液或化合物2A水溶液,与不同量的100mM碳酸氢钠水溶液(pH=8.5)。6支试管中的组成如表2所示:
表2
将上述6种组成各自均匀混合后,静置于室温下1小时。接着以体积排出色谱法(SEC)分离与BSA结合的染料、未与染料结合的BSA、与未与BSA结合的染料。取1μL分离后的BSA与染料结合者加入9μL水,再测量其全波长的光密度,即可知此样品的标记效果。上述6支试管中的样品其光密度对上染料用量的关系图如图1所示。如图1所示,化合物2A/2B的标记效果明显优于市售染料的标记效果,原因可能为化合物2A/2B与BSA的结合浓度高于市售染料与BSA的结合浓度,和/或化合物2A/2B比市售染料的发光效率更佳。
在实施例中,染料具有下述特性:(1)染料结合至生物材料后仍能产生很强的荧光信号,(2)染料结合至生物材料后具有稳定的吸收及放射波长,以及(3)染料与生物材料之间具有有效的结合浓度。
虽然本发明已经以数个较佳实施例揭露如上,然而其并非用以限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,可作任意的修改与改变,因此本发明的保护范围以权利要求书所界定为准。

Claims (5)

1.一种染料,具有化学结构:
或上述的混合物;
其中R1各自是氢,每一R2各自独立,选自以及
每一n各自独立,选自2至10的整数。
2.根据权利要求1所述的染料,具有化学结构:
或上述的混合物。
3.根据权利要求2所述的染料,具有化学结构:
或上述的混合物。
4.根据权利要求1所述的染料,具有化学结构:
或上述的混合物;
其中R1各自是氢;以及
每一n各自独立,选自2至10的整数。
5.根据权利要求4所述的染料,具有化学结构:
或上述的混合物。
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