CN105237514B - 一种具有生物显影功能的咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针及其制备方法 - Google Patents

一种具有生物显影功能的咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105237514B
CN105237514B CN201510582364.XA CN201510582364A CN105237514B CN 105237514 B CN105237514 B CN 105237514B CN 201510582364 A CN201510582364 A CN 201510582364A CN 105237514 B CN105237514 B CN 105237514B
Authority
CN
China
Prior art keywords
complex
probe
carbazole
photon
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510582364.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105237514A (zh
Inventor
田肖和
张琼
杜威
田玉鹏
吴杰颖
周虹屏
李胜利
李飞
郁建华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Oshenford Biotechnology Co ltd
Original Assignee
Anhui University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui University filed Critical Anhui University
Priority to CN201510582364.XA priority Critical patent/CN105237514B/zh
Publication of CN105237514A publication Critical patent/CN105237514A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105237514B publication Critical patent/CN105237514B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D401/00—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, at least one ring being a six-membered ring with only one nitrogen atom
    • C07D401/14—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, at least one ring being a six-membered ring with only one nitrogen atom containing three or more hetero rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/18—Metal complexes
    • C09K2211/188—Metal complexes of other metals not provided for in one of the previous groups

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有生物显影功能的咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针及其制备方法，其中咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针的结构式为：本发明合成的配合物探针分子ZnL2(NO3)2在800nm处具有大的双光子吸收截面，激发能量低、穿透性强、光损伤小。

Description

一种具有生物显影功能的咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光 探针及其制备方法
一、技术领域
本发明涉及一种双光子荧光探针及其制备方法，具体地说是一种具有生物显影功能的咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针及其制备方法，可应用于活体细胞和小动物双光子显微成像。
二、背景技术
小分子荧光探针在生物医药，医学诊断，分子生物学和细胞生物学等领域起着越来越重要的作用。近年的诺贝尔奖授予了如荧光蛋白(GFP)的发现者，超级分辨率显微镜(SRCM)的发明设计者等，预示了小分子荧光探针具有不可限量的应用前景。尤其是具有双光子荧光效应的金属配合物小分子生物探针，它具有三点其它材料不可替代的优势：其一，配体很容易进行修饰，调节荧光，并且可以根据要求进行蛋白质化，糖化等，以达到生物靶向目的；其二，中心金属(如锌，钌，铂等)可以很好的控制分子内荧光，发生配体金属电子转移(LMCT)和金属配体电子转移(MLCT)，实现对配合物光学性质的调控；其三，中心金属电子云密度大，还可以通过透射电子显微镜(TEM)进行观察，以此开发具有生物靶向性的新型电镜探针。
然而，制备新型生物显像双光子荧光探针必须符合以下基本要求：强双光子效应、低毒性、生物相容性、水溶性等。面临的难题是增大分子共轭体系提高双光子效应的同时，增大了探针分子的分子量，势必造成探针分子生物相容性、水溶性差，难以穿透生物膜(如细胞膜，血管内壁等)，如果借助有机溶剂DMSO，DMF等溶解探针分子，必会对生物体造成明显的毒副作用。
申请人对本申请的主题进行了如下的文献检索：
1、www.google.com网检索结果：(2015/8/18)
2、中国期刊网检索结果：
检索方式一：
篇名-一种具有生物显影功能的咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针无相关文献。
检索方式二：
全文-一种具有生物显影功能的咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针无相关文献。
三、发明内容
本发明旨在提供一种具有生物显影功能的咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针及其制备方法，以配位功能强的三联吡啶作为电子受体(Acceptor,A)，以发光性好和生物相容性的咔唑作为电子给体(Donor，D)，并引入兼具有水溶性和生物相容性的柔性醚氧链，组装形成推拉电子(D-A)结构的小分子量、强双光子效应的功能配体，选择对生物无毒的锌作为中心体，制备了综合性能好的配合物双光子荧光探针。
本发明咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针的结构式为：
本发明咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针的制备方法如下：
1、配体L的制备
将8.40g(0.030mol)N-二甘醇单甲醚-3-甲酰基咔唑溶于50mL乙醇中，常温搅拌下加入9mL(0.075mol)2-乙酰基吡啶以及6.72g(0.12mol)KOH，常温下反应18h，反应结束后抽滤，水洗，得到黄色固体，即为配体L。
2、配合物ZnL2(NO3)2的制备
将0.20g(0.4mmol)配体L溶于50mL甲醇中，随后加入0.06g(0.2mmol)Zn(NO3)2·6H2O的甲醇溶液，65℃回流反应2h，浓缩，抽滤，用乙醇洗涤，得黄色固体，即为目标产物。
合成路线如下：
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明合成的配合物探针分子ZnL2(NO3)2在800nm处具有大的双光子吸收截面(图1)，激发能量低、穿透性强、光损伤小。
2、与配体相比配合物探针分子ZnL2(NO3)2的双光子荧光明显增强(图2)，由于锌的无毒、醚氧链的水溶性和咔唑的生物相容性，是一种高效、低毒、生物相容性的生物显影探针。
3、本发明合成的配合物探针分子ZnL2(NO3)2，是一种可以同时靶向两种不同细胞器——细胞膜和细胞核的双光子荧光探针(图3)，在国际上还没有报道的先例，也不存在类似可利用的商业生物荧光探针。
4、本发明合成的配合物探针分子ZnL2(NO3)2，能透过小动物的血脑屏障，被脑细胞摄取，发出强的荧光(图4)、(图5)，可能成为中枢神经系统探针或者药物载体。
5、本发明合成的配合物探针分子ZnL2(NO3)2，原料易得，成本低，反应条件温和，合成步骤简单，使其商业化成为可能。
四、附图说明
图1是配体L和配合物ZnL2(NO3)2在DMF中的双光子吸收截面比较，说明配合物在红外区的双光子吸收截面远比配体L的大。
图2是配体L和配合物ZnL2(NO3)2的双光子荧光强度比较，说明配合物的双光子荧光强度远比配体L的强。
图3是配合物ZnL2(NO3)2与肝癌细胞的双光子共聚焦成像，其中A.1μmol ZnL2(NO3)2与HepG2细胞共培养30分钟的双光子共聚焦成像，明场图以及叠加图；B.1μmol ZnL2(PF6)2与HepG2细胞共培养30分钟的双光子共聚焦成像，与细胞膜商染CellMask的共染以及叠加图。说明该探针具有细胞通透性和细胞摄取性，在肝癌细胞膜和细胞核处发出强荧光。
图4A是1μmol配合物ZnL2(NO3)2作为探针与斑马鱼共培养12小时后的照片以及UV灯下的照片，图4B是1μmol配合物ZnL2(NO3)2作为探针与斑马鱼共培养12小时的双光子共聚焦成像，与细胞膜商染CellMask的共染以及叠加图。说明该探针可以在斑马鱼头部(脑部)发荧光。
图5是用100微摩配合物ZnL2(NO3)2作为探针对小鼠进行静脉注射24小时后的脑部成像，其中A.40倍对局部脑部放大，与毛细血管商染Lectin，细胞核商染DAPI的共染以及叠加图；B.60倍放大；C.200倍放大。说明该探针可以在小鼠的脑部发荧光。
五、具体实施方式
本实施例中咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针的制备方法如下：
1、配体L的制备
将8.40g(0.030mol)N-二甘醇单甲醚-3-甲酰基咔唑溶于50mL乙醇，置于250mL烧瓶常温搅拌，向其中加入9mL(0.075mol)2-乙酰基吡啶，加入6.72g(0.12mol)KOH溶液，反应18h，抽滤，水洗，得到黄色固体，即为配体L，产率53％。
1H NMR(CDCl3,400MHz,ppm)δ(ppm)＝3.34(s,3H),3.45(q,2H),3,56(q,2H),3.93(t,2H),4.57(t,2H),7.31(t,1H),7.39(t,2H),7.51(d,2H),7.60(d,1H),7.91(t,2H),8.07(d,1H),8.23(d,1H),8.68(s,1H),8.73(d,2H),8.79(d,2H),8.89(s,1H).
13C NMR(CDCl3,150MHz):δ(ppm)＝155.47,155.23,150.38,149.24,140.99,140.80,137.33,128.26,126.09,124.54,124.35,122.95,122.27,120.92,120.78,119.27,118.79,117.88,110.39,109.81；71.23,70.50,69.78,68.80,58.02；
IR(KBr,cm-1):3445(m),3063(vw),2918(w),1581(s),1467(s),1123(m),795(m),750(m).MALDI–TOF–MS:m/z,500.2.
2、配合物ZnL2(NO3)2的制备
将0.20g(0.4mmol)配体L溶于50mL甲醇中，置于100mL圆底烧瓶中，向其中加入0.06g(0.2mmol)Zn(NO3)2·6H2O的甲醇溶液，65℃回流反应2h，浓缩，抽滤，用乙醇洗涤，得黄色固体，即为目标产物ZnL2(NO3)2，产率68％。
1H NMR(d-DMSO,400MHz,ppm)δ(ppm)＝9.51(s,2H),9.34(s,1H),9.23(d,2H),8.62(d,1H),8.01(t,3H),7.83(t,3H),7.76(d,2H),7.54(t,4H),7.38(t,1H),4.73(t,2H),3.91(t,2H),3.52(t,2H),3.35(t,2H),3.14(s,3H)；
13C NMR(CDCl3,150MHz):δ(ppm)＝158.03,157.45,152.08,145.28,145.12,139.89,137.20,128.35,125.13,124.26,121.74,121.45,119,87,118.94,118.06,118.02,116.38,110.83,109.61,103.32,71.64,71.21,69.81,59.32,54.90；
IR(KBr,cm-1):3423(s),2915(w),2513(w),1796(m)，1472(w),1118(m),874(m),712(m)；EI-MS:m/z,cal:1065.37found:532.67[M2+100％].C64H56ZnN10O10:Calcd.C 64.54,H 4.74,N11.76.Found:C 64.69,H 4.78,N 11.68.
3、配合物ZnL2(NO3)2探针的生物学应用研究
1)活细胞荧光：
在活细胞共聚焦成像中，低浓度(1μmol)的探针分子ZnL2(NO3)2与人类肝癌细胞HepG2在0.5小时的共培养后，通过双光子激光共聚焦显微镜观察，展示了异常出色的细胞通透性和细胞摄取性(图3A)。实验结果表明，探针分子对肝癌细胞HepG2以及人类肝组织成纤维正常细胞HELF都具有显影作用。进一步荧光共定位显示，目标分子不仅对细胞膜有识别作用，而且对细胞核也有特异识别作用(图3B)。
2)小动物荧光：
分别以斑马鱼和小鼠作为小动物模型进行研究。
幼年斑马鱼在1μmol探针分子ZnL2(NO3)2的水溶液中培养72-96小时，没有发现异常和死亡现象。经UV灯照射，发现经过ZnL2(NO3)2培养的斑马鱼发出明显荧光(图4A)。通过双光子共聚焦显微镜的观察，发现探针分子大量渗透到斑马鱼活体组织中，并且在大脑内有一定的聚集(图4B)。
成年雄性昆明小鼠通过尾部静脉，注射50μL、100μmol探针分子ZnL2(NO3)2，24小时后，观察小鼠没有发现不良反应和死亡现象。对小鼠麻醉，取出大脑，进行冷冻切片。通过双光子共聚焦显微镜对大脑切片观察，发现探针分子不仅对脑部毛细血管有明显标记，而且大量通过了血脑屏障渗透到脑组织中(图5)。

Claims (1)

1.一种具有生物显影功能的咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针，其特征在于其结构式为：
CN201510582364.XA 2015-09-14 2015-09-14 一种具有生物显影功能的咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针及其制备方法 Active CN105237514B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510582364.XA CN105237514B (zh) 2015-09-14 2015-09-14 一种具有生物显影功能的咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510582364.XA CN105237514B (zh) 2015-09-14 2015-09-14 一种具有生物显影功能的咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105237514A CN105237514A (zh) 2016-01-13
CN105237514B true CN105237514B (zh) 2017-12-22

Family

ID=55035383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510582364.XA Active CN105237514B (zh) 2015-09-14 2015-09-14 一种具有生物显影功能的咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105237514B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105778890B (zh) * 2016-03-10 2018-05-11 安徽大学 一种噻吩三联吡啶化合物双光子吸收材料及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102924524B (zh) * 2012-10-29 2015-02-04 安徽大学 一种具有活体细胞显影功能的锰配合物双光子吸收材料及其合成方法
CN103467455B (zh) * 2013-09-17 2014-11-26 安徽大学 一种具有活体组织显影功能的锌配合物双光子吸收材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105237514A (zh) 2016-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Long-lived emissive probes for time-resolved photoluminescence bioimaging and biosensing
S Marfin et al. Recent advances of individual BODIPY and BODIPY-based functional materials in medical diagnostics and treatment
Dmitriev et al. Versatile conjugated polymer nanoparticles for high-resolution O2 imaging in cells and 3D tissue models
CN104974745B (zh) 两亲性的具有聚集诱导发光特性的发光物及其应用
Fercher et al. Intracellular O2 sensing probe based on cell-penetrating phosphorescent nanoparticles
Xu et al. Tissue imaging of glutathione-specific naphthalimide–cyanine dye with two-photon and near-infrared manners
Luo et al. Highly sensitive hill-type small-molecule pH probe that recognizes the reversed pH gradient of cancer cells
CN106470964A (zh) 具有聚集诱导发光性质的聚合物和寡聚物在成像和成像引导的治疗中的应用
Xu et al. A zwitterionic squaraine dye with a large Stokes shift for in vivo and site-selective protein sensing
CN106039325A (zh) 荧光生物探针以及成像方法
Li et al. A near-infrared frequency upconversion probe for nitroreductase detection and hypoxia tumor in vivo imaging
CN110057804B (zh) 基于n-甲基邻苯二胺盐酸盐的荧光碳点在溶酶体靶向中的应用
Ho et al. A lysosome-specific two-photon phosphorescent binuclear cyclometalated platinum (II) probe for in vivo imaging of live neurons
GB2567124A (en) Imaging agents and methods
Kritchenkov et al. Biocompatible Ir (III) complexes as oxygen sensors for phosphorescence lifetime imaging
Li et al. Self-healing organic fluorophore of cyanine-conjugated amphiphilic polypeptide for near-infrared photostable bioimaging
CN103820104B (zh) 一类以尼罗蓝为母体的近红外荧光探针、其制法及应用
Wei et al. Orange-emissive carbon quantum dots for ligand-directed Golgi apparatus-targeting and in vivo imaging
Wang et al. A class of biocompatible dye–protein complex optical nanoprobes
CN105237514B (zh) 一种具有生物显影功能的咔唑三联吡啶锌配合物双光子荧光探针及其制备方法
Zhang et al. Intramolecular cyclization reaction enabling fluorescent probes for dual-color visualization of lysosomes and lipid droplets with prominent spectral shift
Dong et al. Mitochondria-targeted aggregation-induced emission active near infrared fluorescent probe for real-time imaging
CN103483243B (zh) 一种磺酸酯吡啶盐生物显影材料及其制备方法
CN106634964B (zh) 噁嗪类化合物在制备近红外荧光探针中的应用
CN107501221A (zh) 一种对生物体内硫化氢快速响应的荧光探针及其制备方法和用途

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20201010

Address after: 230011 3rd floor, international talent City, building G3, phase II, innovation industrial park, Hefei high tech Zone, Anhui Province

Patentee after: Hefei oshenford Biotechnology Co.,Ltd.

Address before: 230601 No. 111 Jiulong Road, Hefei economic and Technological Development Zone, Anhui, China

Patentee before: ANHUI University