CN106187880A - 基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针及制备方法和应用 - Google Patents

基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针及制备方法和应用，所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针通式为Ⅰ，结构融合TPE和花菁结构单元的分子探针，合成过程相对简单快速，在分子影像领域具有巨大的应用潜力。本发明合成的TPE化合物具有发光性能优良、合成简便、易功能化等优点，对活细胞毒性较小，具有活细胞膜通透性，可用于活细胞荧光成像；本发明的AIE效应花菁荧光分子探针合成过程相对简单快速，在分子影像领域具有巨大的应用潜力，解决了有机荧光化合物存在聚集诱导荧光淬灭的问题。

Description

基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针及制备方法和应用
技术领域
本发明属于有机化合物制备技术领域，尤其涉及一种基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针及制备方法和应用。
背景技术
目前，通常的有机荧光化合物在稀溶液中具有很强的荧光，在一定的浓度范围内荧光强度与荧光物质的浓度呈正比，但是对于较浓的溶液，由于分子间电子振动的相互作用导致了非辐射能量转换，平面荧光生色团之间作用变强，形成了导致荧光淬灭的激基缔合物，出现了荧光减弱或者消失的现象，使得其在固态或聚集状态下的发光效率与其低浓度的稀溶液相比呈数量级的下降，极大地限制了有机荧光化合物作为有机发光材料的应用范围，成为有机发光材料在固态发光器件应用中面临的重要问题。想要突破这种瓶颈，研发出高效稳定的新型有机发光材料，就要克服聚集诱导荧光淬灭的问题。近年来，国内外的许多化学家正致力于开发一类新型的有机发光材料，即AIE化合物，它们在溶液中单分子状态时呈现弱的荧光，但当形成聚集态时发出强的荧光，聚集诱导发光类材料有着其他荧光分子无法比拟的优点，具有AIE性质的分子在聚集时发光增强，在非聚集时发光大大减弱，这一性质为一些化学或生物过程的监测提供了可能。目前，除了硅杂环戊二烯型化合物具有AIE性质之外，又陆续发现了环状多烯型、多芳香取代乙烯型、腈取代二苯乙烯型、吡喃型等化合物都具有AIE性质。其中四苯基乙烯(Tetraphenylethylene，TPE)及其衍生物因其发光性能优良、合成简便、易功能化、AIE效应明显等优点而得到了研究者的青睐。人们也通过各种方式设计不同结构的AIE分子，希望实现功能随着外界刺激的变化发生动态的可逆的变化。花菁类染料的摩尔吸收系数大，荧光发射波长范围宽，一般在600～1000nm的近红外区，在用于生物体内物质的检测时，可以极大的降低生物体内物质的自吸收和自发荧光的干扰，提高检测的灵敏度和选择性，同时还能够减少对生命体的损伤，有利于实现活体检测。近红外荧光染料可以作为一种安全、非侵入性的成像荧光探针广泛应用于医学和生物学领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针及制备方法和应用，旨在解决有机荧光化合物存在聚集诱导荧光淬灭的问题。
本发明是这样实现的，一种基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针，所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针通式的结构如下：
其中：
X为C(CH3)2、NCH3、O、S、Se、CH＝CH中的一种；
Y-为卤素离子、PF6 －、TsO－中的一种；
R1为C1-6烷基、(CH2)nCOOH中的一种；
R2为H、SO3R3、OH、卤素中的一种；
n为2～6的整数。
进一步，所述化合物的X为C(CH3)2；化合物的Y-优选为I-；化合物的R1为C2H5；化合物的R2为H和SO3R3；R3为K+。
本发明的另一目的在于提供一种所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法，所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法包括以下步骤：
步骤一，TPE-CHO和喹啉盐或噻唑盐反应，投料摩尔比为1:1.5～1.9，反应溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF，反应温度室温，反应时间20min～3h；
步骤二，所得产物用乙醚析出后加入乙酸乙酯洗涤或采用柱层析分离，展开体系为甲醇：乙酸乙酯＝1：2.5，收集蓝色段，用旋转蒸发仪旋干。
进一步，，所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法包括以下步骤：
步骤一，TPE-CHO和喹啉盐反应，投料摩尔比为1:1.9，反应溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF，反应温度室温，反应时间20～40min；
步骤二，所得的产物用乙醚析出，采用柱层析分离法将其分离，展开体系为甲醇：乙酸乙酯＝1：2.5，收集蓝色段，用旋转蒸发仪旋干。
进一步，所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法的反应方程式为：
进一步，所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法包括以下步骤：
步骤一：TPE-CHO和噻唑盐反应，投料摩尔比为1:1.5，反应溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF，反应温度室温，反应时间1h～3h；
步骤二：取少许所得的产物，加入少量乙醚并离心，取上清液用乙醚析出固体，弃去上清；向所得固体中加入乙酸乙酯并震荡，有固体溶解，弃去上清。
进一步，所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法的反应方程式为：
本发明的另一目的在于提供一种包含所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的活细胞荧光成像方法。
本发明的另一目的在于提供一种包含所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的生物医学靶向标记方法。
本发明提供的基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针及制备方法和应用，融合TPE和花菁结构单元的分子探针，合成过程相对简单快速，在分子影像领域具有巨大的应用潜力。本发明合成的TPE化合物具有发光性能优良、合成简便、易功能化等优点，对活细胞毒性较小，具有活细胞膜通透性，可用于活细胞荧光成像。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法流程图。
图2是本发明实施例提供的TPE-VQ质谱图。
图3是本发明实施例提供的TPE-VS质谱图。
图4是本发明实施例提供的TPE-VQ高分辨质谱图。
图5是本发明实施例提供的TPE-VS高分辨质谱图。
图6是本发明实施例提供的TPE-VQ紫外可见吸收图谱。
图7是本发明实施例提供的TPE-VS紫外可见吸收图谱。
图8是本发明实施例提供的TPE-VS在水占不同比例的四氢呋喃/水的混合溶剂中的荧光光谱图。
图9是本发明实施例提供的TPE-VS在水占不同比例的四氢呋喃/水的混合溶剂中的荧光强度。
图10是本发明实施例提供的TPE-VQ在四氢呋喃/水(1/4)的混合溶液中的光稳定性曲线。
图11是本发明实施例提供的TPE-VS在四氢呋喃/水(1/4)的混合溶液中的光稳定性曲线。
图12是本发明实施例提供的TPE-VQ对SGC-7901细胞标记的荧光成像(放大400倍，染料浓度为5μM)。
图13是本发明实施例提供的TPE-VS对SGC-7901细胞标记的荧光成像(放大400倍，染料浓度为5μM)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
本发明实施例的基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针具有通式Ⅰ的结构：
其中：
X为C(CH3)2、NCH3、O、S、Se、CH＝CH。
Y-为卤素离子、PF6 －或TsO－。
R1为C1-6烷基、(CH2)nCOOH。
R2为H、SO3R3、OH或卤素。
n为2～6的整数。
上述化合物的X优选为C(CH3)2。
上述化合物的Y-优选为I-。
上述化合物的R1优选为C2H5。
上述化合物的R2优选为H和SO3R3；R3优选为K+。
如图1所示，本发明实施例的基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法包括以下步骤：
S101：TPE-CHO和喹啉盐或噻唑盐反应，投料摩尔比为1:1.5～1.9，反应溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF，反应温度室温，反应时间20min～3h；
S102：所得产物用乙醚析出后加入乙酸乙酯洗涤或采用柱层析分离，展开体系为甲醇：乙酸乙酯＝1：2.5，收集蓝色段，用旋转蒸发仪旋干。
本发明实施例的基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法包括以下步骤：
步骤一：TPE-CHO和喹啉盐反应，投料摩尔比为1:1.9，反应溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF，反应温度室温，反应时间20～40min；
步骤二：所得的产物用乙醚析出，采用柱层析分离法将其分离，展开体系为甲醇：乙酸乙酯＝1：2.5，收集蓝色段，用旋转蒸发仪旋干。
制备实验的反应方程式为：
本发明实施例的基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法包括以下步骤：
步骤一：TPE-CHO和噻唑盐反应，投料摩尔比为1:1.5，反应溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF，反应温度室温，反应时间1h～3h。
步骤二：取少许步骤一所得的产物，加入少量乙醚并离心，取上清液用乙醚析出固体，弃去上清。向所得固体中加入乙酸乙酯并震荡，有少量固体溶解，弃去上清。
进一步，制备实验的反应方程式为：
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
实施例1：
1、TPE-CHO和喹啉盐制备TPE-VQ的反应：
称取15mgTPE-CHO、23.7mg喹啉盐，溶于1ml N,N-二甲基甲酰胺DMF中，在10ul三乙胺的催化条件下，常温搅拌20～40min，溶液变为深绿色。
2、TPE-VQ的分离纯化：
将所得的产物用乙醚析出后，采用柱层析分离法将其分离，展开体系为甲醇：乙酸乙酯＝1：2.5，收集蓝色段，用旋转蒸发仪旋干。
制备实验的反应方程式为：
实施例2：
1、TPE-CHO和噻唑盐制备TPE-VS的反应：
称取10mgTPE-CHO和12.1mg噻唑盐溶于1ml N,N-二甲基甲酰胺DMF中，在10ul三乙胺的催化条件下，室温搅拌2～3h，溶液逐渐由淡黄色变为深粉色。
2、TPE-VS的分离纯化：
取少许所得的产物，加入少量乙醚并离心，取上清液用乙醚析出固体，弃去上清。向所得固体中加入乙酸乙酯并震荡，有少量固体溶解，弃去上清。
制备实验的反应方程式为：
下面结合化合物TPE-VQ和TPE-VS的测定对本发明的应用效果作详细的描述：
1、TPE-VQ和TPE-VS的光谱特性的测定
TPE-VQ光谱测定：
步骤一：取1mgTPE-VQ溶于1mlDMSO中配制成母液；
步骤二：取80ul母液加入装有3mlTHF的EP管中配制成浓度为5X10-5mol/l的工作溶液；
步骤三：向两个比色皿中分别加入3mlTHF后放入紫外可见分光光度计的内外侧样品池中进行基线扫描；
步骤四：将外侧样品池中的比色皿取出，并将盛有工作溶液的比色皿放入样品池中进行光谱测定。
TPE-VS光谱测定：
步骤一：取1mgTPE-VS溶于1mlDMSO中配制成母液；
步骤二：取76ul母液加入装有3mLTHF的EP管中配制成浓度为5X10-5mol/l的工作溶液；
步骤三：向两个比色皿中分别加入3mlTHF后放入紫外可见分光光度计的内外侧样品池中进行基线扫描；
步骤四：将外侧样品池中的比色皿取出，并将盛有工作溶液的比色皿放入样品池中进行光谱测定。
2、化合物TPE-VQ和TPE-VS的光稳定性检测：
TPE-VQ光稳定性检测：
步骤一：取1mgTPE-VQ溶于1mlDMSO中配制成母液；
步骤二：取80ul母液加入装有3mlTHF的EP管中配制成浓度为5X10-5mol/l的工作溶液；
步骤三：向两个比色皿中分别加入3mlTHF后放入紫外可见分光光度计的内外侧样品池中进行基线扫描；
步骤四：将外侧样品池中的比色皿取出，并将盛有工作溶液的比色皿放入样品池中进行光谱测定；
步骤五：测定结束后，将外侧样品池中的比色皿取出并将工作溶液收入EP管中，第二天重复步骤三和四。
TPE-VS光稳定性检测：
步骤一：取1mgTPE-VS溶于1mlDMSO中配制成母液；
步骤二：取76ul母液加入装有3mlTHF的EP管中配制成浓度为5X10-5mol/L的工作溶液；
步骤三：向两个比色皿中分别加入3mlTHF后放入紫外可见分光光度计的内外侧样品池中进行基线扫描；
步骤四：将外侧样品池中的比色皿取出，并将盛有工作溶液的比色皿放入样品池中进行光谱测定；
步骤五：测定结束后，将外侧样品池中的比色皿取出并将工作溶液收入EP管中，第二天重复步骤三和四。
3、活细胞荧光成像：
把SGC-7901细胞用含10％的胎牛血清、1％的100μg/ml青霉素和1％的100μg/ml链霉素的PRMI-1640培养液置于37℃，5％的CO2的培养箱培养。待细胞融合率达80％左右时用0.25％胰蛋白酶消化，细胞计数后，用含10％的胎牛血清的RPMI-1640培养液将其稀释成2.5×104/ml的单细胞悬液，以500μL/孔加入干净的12孔板，置于37℃、5％的CO2的培养箱隔夜培养。然后将TPE-VQ和TPE-VS的初始溶液用RPMI-1640培养液稀释至5μM，按照1ml/孔的最终溶液加入到12孔板中，常规培养5h后用PBS清洗2～3次，利用结构显微镜进行扫描。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针，其特征在于，所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针通式的结构如下：
其中：
X为C(CH3)2、NCH3、O、S、Se、CH＝CH中的一种；
Y-为卤素离子、PF6 －、TsO－中的一种；
R1为C1-6烷基、(CH2)nCOOH中的一种；
R2为H、SO3R3、OH、卤素中的一种；
n为2～6的整数。
2.如权利要求1所述的基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针，其特征在于，所述化合物的X为C(CH3)2；化合物的Y-为I-；化合物的R1为C2H5；化合物的R2为H和SO3R3；R3为K+。
3.一种如权利要求1所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法，其特征在于，所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法包括以下步骤：
步骤一，TPE-CHO和喹啉盐或噻唑盐反应，投料摩尔比为1:1.5～1.9，反应溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF，反应温度室温，反应时间20min～3h；
步骤二，所得产物用乙醚析出后加入乙酸乙酯洗涤或采用柱层析分离，展开体系为甲醇：乙酸乙酯＝1：2.5，收集蓝色段，用旋转蒸发仪旋干。
4.如权利要求3所述的基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法，其特征在于，所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法包括以下步骤：
步骤一，TPE-CHO和喹啉盐反应，投料摩尔比为1:1.9，反应溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF，反应温度室温，反应时间20～40min；
步骤二，所得步骤一的产物用乙醚析出，采用柱层析分离法将其分离，展开体系为甲醇：乙酸乙酯＝1：2.5，收集蓝色段，用旋转蒸发仪旋干。
5.如权利要求4所述的基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法，其特征在于，所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法的反应方程式为：
6.如权利要求3所述的基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法，其特征在于，所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法包括以下步骤：
步骤一，TPE-CHO和噻唑盐反应，投料摩尔比为1:1.5，反应溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF，反应温度室温，反应时间1h～3h；
步骤二，取步骤一所得的产物，加入乙醚并离心，取上清液用乙醚析出固体，弃去上清；向所得固体中加入乙酸乙酯并震荡，有固体溶解，弃去上清。
7.如权利要求6所述的基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法，其特征在于，所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的制备方法的反应方程式为：
8.一种包含权利要求1或2任意一项所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的活细胞荧光成像方法。
9.一种包含权利要求1或2任意一项所述基于聚集诱导发光效应的花菁荧光探针的生物医学靶向标记方法。
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