CN110862819A - 基于近红外荧光染料的pH荧光探针及其制备方法和应用 - Google Patents

基于近红外荧光染料的pH荧光探针及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

基于近红外荧光染料的pH荧光探针及其制备方法和应用,属于分析化学技术领域。通过化学合成方法取得荧光探针,本发明还公开了荧光探针在水溶液中、细胞体系、小鼠肿瘤模型中选择性检测次氯酸的应用情况。本发明的荧光探针利用罗丹明受pH影响开关环的特点作为响应机理,具有近红外发射、灵敏度高、响应速度快、光稳定性好等特点。

Description

基于近红外荧光染料的pH荧光探针及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于荧光成像技术领域。
背景技术
恶性肿瘤,即是人们习惯上所说的“癌症”,其形成通常是从单细胞的变异开始。伴随着细胞的癌变形成肿瘤,这些细胞也在不停地改变自身和周围的生长环境,逐渐形成肿瘤组织所特有的生理学特性的环境,通常人们将其称之为肿瘤微环境。肿瘤微环境不止包括肿瘤细胞本身,还包括血管内皮细胞、淋巴管内皮细胞、间充质细胞、免疫细胞以及细胞外基质等。肿瘤的异常增生和缺氧等因素造成了肿瘤细胞无氧代谢的增加,进而在细胞内生成大量乳酸并造成肿瘤微环境中pH稳态的失调。这也是大多数恶性肿瘤形成的标志。近年来,利用pH响应型荧光探针对肿瘤组织进行活体检测的研究引起了人们广泛的关注。
目前,构建pH荧光探针的方式主要有两种:第一种是以具有pH响应性质的纳米粒子负载具有高效发光性质的小分子发光材料,利用纳米粒子的性质调控染料分子的发光。第二种方法是在小分子发光材料结构中引入氨基或羟基结构,利用氨基的质子化或羟基的去质子化实现对小分子发光材料发光性质的调控,进而实现对pH的荧光响应。但是这两种方法都存在各自的问题,第一种方法通常是利用纳米材料的组装-解组装调控纳米材料的亲疏水性来对小分子材料的发光性质进行调控,这种方法虽然灵敏度非常高,但是纳米材料组装-解组装的过程通常过于缓慢,需要较长时间才能实现对肿瘤组织的显影。虽然第二种构建pH响应探针的方法有较多文献报道,但是到目前为止,这类探针的发光波长大多集中在可见光波段,发光波长位于700nm以上的小分子pH荧光探针相对较少。并且这些探针大多量子效率较低,pH响应范围不易调控,这限制了它们在活体成像中应用。因此,想要利用肿瘤组织弱酸性pH值(6.2~6.9)的特点实现对活体肿瘤区域尤其是微小肿瘤的快速定位,构建一种在肿瘤弱酸性pH范围内有较高灵敏度的近红外荧光探针是实现这一目标的关键。
发明内容
针对目前pH荧光探针检测所面临的上述问题和现状,本发明第一目的是提出一种基于近红外荧光染料的pH荧光探针。
本发明基于近红外荧光染料的pH荧光探针,结构式如下式(1)所示:
Figure BDA0002272393000000021
其中:
R1为碳原子数为2~8的烃基或碳原子数为2~8的醚;
R2选自碳原子数为2~8的烃基或碳原子数为2~8的醚:
R3选自碳原子数为1~18的烃基或碳原子数为2~8的醚;
R4和R5相同,选自-CH=CH=CH=CH-或H中的一种;
X选自O、S、Se或C(CH3)2中的一种。
本发明荧光探针利用pH诱导的罗丹明开关环作为响应机理,在近红外波段的具有非常强的吸光能力,有利于探针在活体成像中的应用,可以用于细胞内的pH检测和成像,并且利用肿瘤组织区域的微酸性特点,用于对小动物活体肿瘤的定位,为探寻pH与生理或者病理的进程的关联提供理论依据和技术支持。
荧光探针的pH响应范围为7.4~5.2,刚好位于人体的生理pH范围内,并且探针对pH响应的pKa是pH值为6.4,这表明探针在微酸性条件下对pH具有非常高的响应灵敏度。
本发明第二目的是提供基于近红外荧光染料的pH荧光探针的制备方法。
本发明制备方法步骤如下:
1)将罗丹明前体类化合物、方酸和三乙胺混合并以甲苯溶解,在氮气保护下加热回流反应,反应结束后冷却至室温,再旋蒸除去甲苯,将所得粗产物通过柱层析提纯分离,得到罗丹明方酸中间体化合物;所述柱层析提纯分离中的柱层析展开剂由二氯甲烷和石油醚组成;所述罗丹明前体类化合物如下述式(2)所示,所述罗丹明方酸中间体化合物如下式(3)所示:
Figure BDA0002272393000000041
以上,R1选自碳原子数为2~8的烃基或碳原子数为2~8的醚;R2选自碳原子数为2~8的烃基或碳原子数为2~8的醚:
2)将2-甲基吲哚类化合物、卤代烷烃和碳酸钾固体混合并以甲苯溶解,在氮气保护下回流反应,反应结束后将反应液冷却至室温,经过滤,取得固相,再将固相用石油醚洗涤后烘干,得到2-甲基吲哚盐类化合物;所述卤代烃选自碳原子数为1~8的溴代烷烃,所述2-甲基吲哚类化合物如下式(4)所示,所述2-甲基吲哚盐类化合物如下式(5)所示:
Figure BDA0002272393000000042
以上,X选自O、S、Se或C(CH3)2中的一种;R4和R5相同,选自-CH=CH=CH=CH-或H中的一种;
3)将2-甲基吲哚盐类化合物、罗丹明方酸中间体化合物和三乙胺投入装具有分水器装置的容器中,再以乙醇溶解,氮气保护下加热回流反应,待反应结束后,将反应液冷却至室温,再旋蒸除去乙醇,取得粗产物,再通过柱层析提纯分离,得到基于近红外荧光染料的pH荧光探针;所述柱层析提纯分离中的柱层析展开剂由二氯甲烷和石油醚组成。
本发明反应式如下:
Figure BDA0002272393000000051
本发明合成方法相对简单,产品稳定性好,且产率较高,通过步骤1),可获得罗丹明方酸中间体产率为40%~90%;通过步骤2),可获得2-甲基吲哚盐的产率为70%~98%;通过步骤3),可获得目标产物(即基于近红外荧光染料的pH荧光探针)的产率为50%~90%。
进一步地,本发明所述步骤1)中罗丹明前体化合物、方酸和三乙胺的混合摩尔比为1∶1∶0.1,其目的是便于防止反应中产生的副产物较多。
本发明所述步骤2)中化合物2-甲基吲哚类化合物、溴代烷烃和碳酸钾固体的混合摩尔比为1∶5∶10,以便于提高2-甲基吲哚盐类化合物的产率。
本发明所述步骤3)中的罗丹明方酸中间体、2-甲基吲哚盐类化合物和三乙胺的混合摩尔比为1∶1∶0.1,以便于提高原料的利用率。
本发明第三目的是提出基于近红外荧光染料的pH荧光探针的应用。
具体有:
将基于近红外荧光染料的pH荧光探针用于对水溶液中荧光检测。
将基于近红外荧光染料的pH荧光探针用于对生物细胞的成像检测。
将基于近红外荧光染料的pH荧光探针用于对生物细胞的活体成像检测。
本发明有益效果:
1、该荧光探针实现了对环境中pH的高选择性、高灵敏度快速检测,受生物体内其他的生物分子对检测信号的干扰小,在pH检测领域具有广阔的应用前景,对pH在生物体生命过程中参与的生理过程的作用机制的研究具有重要意义。
2、该荧光探针具有近红外发射与较好的光稳定性,能够应用于小动物活体中pH的成像检测,通过降低生命体内自发荧光背景干扰、降低对生物样品的光损伤、提高组织穿透深度等优点,以获得更加准确及稳定的光学信号机成像效果。
附图说明
图1为化合物Rh-SQ1的吸收光谱图。
图2为化合物Rh-SQ2的吸收光谱图。
图3为化合物Rh-SQ1的发射光谱图。
图4为化合物Rh-SQ2的发射光谱图。
图5为不同pH条件下化合物Rh-SQ1溶液的吸收光谱图。
图6为不同pH条件下化合物Rh-SQ2溶液的吸收光谱图。
图7为不同pH条件下化合物Rh-SQ1溶液的荧光发射光谱图。
图8为不同pH条件下化合物Rh-SQ2溶液的荧光发射光谱图。
图9为Rh-SQ1对pH响应的机理图。
图10为不同pH条件下化合物Rh-SQ1溶液的荧光光谱的积分面积随pH变化的趋势。
图11为不同pH条件下化合物Rh-SQ1溶液的荧光光谱的积分面积随pH变化的趋势。
图12、13分别为肿瘤细胞在pH值分别为7.4和6.5条件下的荧光成像图。
图14为注射探针0.5小时后活体明场成像检测的图片。
图15为注射材料0.5小时后活体荧光成像检测的图片。
图16为注射探针8小时后活体明场成像检测的图片。
图17为注射材料8小时后活体荧光成像检测的图片。
具体实施方式
为了更好的理解本发明专利的内容,下面通过具体的实例和图例了进一步说明本发明的技术方案,具体包括合成、性质测定、光谱实验、细胞成像实验、活体成像实验。
一、近红外pH荧光探针的合成工艺。
例1:近红外pH荧光探针Rh-SQ1的合成。
具体反应式如下:
Figure BDA0002272393000000081
步骤1:
将0.5mmol罗丹明前体化合物a、方酸(0.5mmol)和0.05mmol三乙胺分别加入装有分水器装置的三口烧瓶,加入溶剂甲苯,氮气保护下加热回流24小时。溶液由黄色变为淡蓝色。反应结束后停止加热,冷却至室温后,旋蒸除去溶剂甲苯,将所得粗产物通过柱层析提纯分离,得到罗丹明方酸中间体化合物b。其中柱层析提纯分离中的柱层析展开剂由体积比为1∶10的二氯甲烷和石油醚组成。
化合物b的产率为75%。
化合物b的核磁如下:1H NMR(400MHz,CD3CN,δ)8.27(d,J=8.0Hz,1H),7.83(t,J=7.6Hz,1H),7.75(t,J=7.6Hz,1H),7.23(d,J=7.6Hz,1H),7.16(dd,J1=9.6Hz,J2=2.2Hz,1H),7.11(s,1H),6.96(d,J=2.0Hz,1H),3.63(q,J=7.2Hz,4H),3.15–2.97(m,2H),2.22(t,J=6.0Hz,2H),1.92(dd,J1=11.6Hz,J2=5.4Hz,2H),1.74(dd,J1=11.6Hz,J2=5.6Hz,2H),1.25(t,J=7.0Hz,6H)。
步骤2:
将2,3,3-三甲基吲哚、碘乙烷和碳酸钾固体混合并以甲苯溶解,在氮气保护下回流反应,反应结束后将反应液冷却至室温,经过滤,取得固相,再将固相用石油醚洗涤后烘干,得到N-乙基-2,3,3-三甲基吲哚碘化盐化合物c。
化合物c产率为95%。
化合物c的核磁如下:1H NMR(400MHz,CDCl3,δ)7.75–7.66(m,1H),7.66–7.55(m,3H),4.79(q,J=7.4Hz,2H),3.17(s,6H),1.67(s,6H),1.63(t,J=7.4Hz,3H)。
步骤3:
将1mmol N-乙基-2,3,3-三甲基吲哚碘化盐化合物c、1mmol罗丹明方酸中间体化合物b和0.1mmol三乙胺分别加入到装有分水器装置的三口烧瓶中,加入溶剂乙醇,氮气保护下加热回流反应48小时,溶液由淡蓝色变成绿色。反应结束后,停止加热,待反应液冷却至室温。旋蒸除去溶剂乙醇,所得粗产物通过柱层析提纯分离,得到化合物Rh-SQ1(即目标化合物pH荧光探针1)。其中柱层析展开剂由体积比为1∶10的二氯甲烷和石油醚组成。
化合物Rh-SQ1的产率为80%。
化合物Rh-SQ1的核磁如下:1H NMR(400MHz,CD3OD)8.25=(d,J=13.3Hz,1H),8.21(d,J=7.8Hz,1H),8.09(t,J=13.0Hz,1H),7.75(t,J=7.4Hz,1H),7.65(t,J=7.6Hz,1H),7.46(d,J=7.4Hz,1H),7.38(t,J=7.7Hz,1H),7.23(dt,J=15.2,7.5Hz,3H),6.92(s,1H),6.77–6.74(m,2H),6.68(t,J=13.0Hz,1H),6.31(d,J=13.4Hz,1H),4.10(dd,J=13.6,6.6Hz,2H),3.56(dd,J=13.8,6.8Hz,4H),2.66(s,2H),2.32(d,J=5.3Hz,2H),1.83–1.75(m,2H),1.73(s,6H),1.36(t,J=7.1Hz,3H),1.26(t,J=7.0Hz,6H)。
13C NMR(101MHz,MeOD)δ=170.31,162.01,156.38,154.34,152.08,151.28,145.44,142.02,141.09,135.89,132.34,131.08,130.78,129.32,128.93,128.31,127.78,124.17,122.28,121.96,121.12,113.71,111.88,109.81,95.83,44.63,44.04,38.26,26.68,26.47,24.45,20.48,11.52,11.09。
例2、近红外pH荧光探针Rh-SQ2的合成。
步骤1:
按例1中步骤1的方法合成取得化合物b。
步骤2:
将2,3,3-三甲基苯并吲哚、碘乙烷和碳酸钾固体混合并以甲苯溶解,氮气保护下回流反应,反应结束后将反应液冷却至室温,经过滤,取得固相,再将固相用石油醚洗涤后烘干,得到N-乙基-2,3,3-三甲基苯并吲哚碘化盐化合物d。
化合物d产率为93%。
化合物d的核磁如下:1H NMR(400MHz,CDCl3,δ)8.118(d,J=8.8Hz,1H),8.086(d,J=8.8Hz,1H),8.058(d,J=8.0Hz,1H),7.822(d,J=8.8Hz,1H),7.752(m,1H),7.684(m,1H),4.872(q,J=7.2Hz,14.8Hz,2H),3.251(s,3H),1.889(s,6H),1.684(t,J=7.2Hz,3H)。
步骤3:
将1mmol罗丹明方酸中间体化合物b、1mmol N-乙基-2,3,3-三甲基苯并吲哚碘化盐化合物d和0.1mmol三乙胺分别加入到装有分水器装置的三口烧瓶中,加入溶剂乙醇,氮气保护下加热回流反应48小时,溶液由淡蓝色变成绿色。反应结束后,停止加热,待反应液冷却至室温。旋蒸除去溶剂,所得粗产物通过柱层析提纯分离,得到化合物Rh-SQ2(即目标化合物pH荧光探针2)。其中柱层析提纯分离中的柱层析展开剂由体积比为1∶2的二氯甲烷和石油醚组成。
具体反应式如下:
Figure BDA0002272393000000111
化合物Rh-SQ2的产率80%。
化合物Rh-SQ2的核磁如下:1H NMR(400MHz,MeOD)δ=8.76(d,J=14.1Hz,1H),8.32(d,J=8.6Hz,1H),8.08–7.97(m,3H),7.66(ddd,J=8.3,6.9,1.3Hz,1H),7.58(ddd,J=8.0,7.2,2.7Hz,3H),7.52–7.46(m,1H),7.20–7.12(m,1H),6.96(d,J=9.0Hz,1H),6.81(dt,J=4.3,2.4Hz,2H),6.19(d,J=14.1Hz,1H),4.36–4.25(m,2H),3.66–3.55(m,4H),2.73(s,2H),2.48(dddd,J=47.6,15.9,7.8,4.6Hz,2H),2.10(d,J=2.7Hz,5H),1.52–1.45(m,4H),1.34–1.25(m,8H)。
13C NMR(125MHz,CD3OD,δ)177.95,170.01,167.18,161.91,155.60,151.96,151.45,140.19,135.56,133.25,131.15,130.80,129.95,129.83,129.27,128.14,120.82,115.85,114.89,114.51,113.30,112.70,105.40,96.16,95.91,45.00,23.67,20.62,12.70。
二、近红外pH荧光探针的吸收光谱和发射光谱测定。
分别取例1、2中所得化合物Rh-SQ1和Rh-SQ2,以乙醇为溶剂,分别配置得到浓度为5μM的化合物Rh-SQ1的乙醇溶液和浓度为5μM的化合物Rh-SQ2的乙醇溶液。
分别移取上述化合物Rh-SQ1、Rh-SQ2的乙醇溶液2mL于比色皿中,分别测定溶液的吸收光谱和发射光谱。
如图1的探针(化合物Rh-SQ1)的吸收光谱图、图2的探针(化合物Rh-SQ1)的发射光谱图、图3的探针(化合物Rh-SQ2)的吸收光谱图和图4的探针(化合物Rh-SQ1)的发射光谱图所示:
化合物Rh-SQ1在乙醇中的吸收峰位于808nm,发射峰位于840nm。
化合物Rh-SQ2在乙醇中的吸收峰位于860nm,发射峰位于900nm。
基于染料的较大的共轭程度,化合物Rh-SQ1在808nm处的摩尔消光系数达到2.3х105mol-1·cm2,说明化合物Rh-SQ1在近红外波段的具有非常强的吸光能力,有利于探针在活体成像中的应用。
基于染料的较大的共轭程度,化合物Rh-SQ2在60nm处的摩尔消光系数达到2.7х105mol-1·cm2,说明化合物Rh-SQ2在近红外波段的具有非常强的吸光能力,有利于探针在活体成像中的应用。
三、近红外pH荧光探针对溶液pH的光谱测试。
1、以水为溶剂,配置化合物Rh-SQ1(即探针)的不同pH溶液(pH分别为4.5,5.0,5.2,5.4,5.8,6.2,6.6,6.8,7.0,7.4,8.0,9.0),其中乙醇和PBS缓冲溶液体积比为1∶9,测试吸收光谱和荧光发射光谱。
以不同pH溶液中探针的荧光发射光谱的积分面积对溶液的pH作图,得到探针的发光强度随溶液中pH变化的响应趋势。
由图5的不同pH条件下化合物Rh-SQ1溶液的吸收光谱图和图7的不同pH条件下化合物Rh-SQ1溶液的荧光发射光谱图说明:随着溶液中pH的降低,溶液的在800nm左右的吸收带的吸光度逐渐增加,且溶液在840nm左右的发光峰逐渐增强。这说明在酸性条件下Rh-SQ1分子的趋于开环状态(图9),因而该探针溶液在酸性条件下具有更强的荧光强度和吸光度。基于肿瘤组织区域的的微环境通常呈弱酸性趋势,因此,该探针在活体肿瘤的pH检测中具有一定的应用潜力。
2、以水为溶剂,配置化合物Rh-SQ2(即探针)的不同pH溶液(pH分别为4.5,5.0,5.2,5.4,5.8,6.2,6.6,6.8,7.0,7.4,8.0,9.0),其中乙醇和PBS缓冲溶液体积比为1∶9,测试吸收光谱和荧光发射光谱。
以不同pH溶液中探针的荧光发射光谱的积分面积对溶液的pH作图,得到探针的发光强度随溶液中pH变化的响应趋势。
由图6的不同pH条件下化合物Rh-SQ2溶液的吸收光谱图和图8的不同pH条件下化合物Rh-SQ2溶液的荧光发射光谱图说明:随着溶液中pH的降低,溶液的在840nm左右的吸收带的吸光度逐渐增加,且溶液在900nm左右的发光峰逐渐增强。这说明在酸性条件下Rh-SQ2分子的趋于开环状态,因而该探针溶液在酸性条件下具有更强的荧光强度和吸光度。基于肿瘤组织区域的的微环境通常呈弱酸性趋势,因此,该探针在活体肿瘤的pH检测中具有一定的应用潜力。
3、如图10所示,不同pH条件下化合物Rh-SQ1溶液的荧光光谱的积分面积随pH变化,探针的pH响应范围为7.4~5.2,刚好位于人体的生理pH范围内,并且探针对pH响应的pKa是pH值为6.4,这表明探针在微酸性条件下对pH具有非常高的响应灵敏度。因此有利于探针在微酸性的肿瘤组织区域荧光的增强,而在pH值为7.4左右的正常组织区域,探针的荧光较弱。
而如图11所示,不同pH条件下化合物Rh-SQ2溶液的荧光光谱的积分面积随pH变化,探针的pH响应范围为7.4~5.0,刚好位于人体的生理pH范围内,并且探针对pH响应的pKa是pH值为6.0,这表明探针在微酸性条件下对pH具有非常高的响应灵敏度。因此有利于探针在微酸性的肿瘤组织区域荧光的增强,而在pH值为7.4左右的正常组织区域,探针的荧光较弱。
四、癌症细胞中的pH检测。
本发明在细胞层次测试了化合物Rh-SQ1作为探针的pH检测性能:
分别配置浓度为20μM、pH值分别为7.4和6.5的化合物Rh-SQ1溶液。
成像所用细胞系为宫颈癌细胞(Hela)。
成像的激发光光源为730nm激光器,成像收集的波长为750nm长通。
分别取得图12和图13的肿瘤细胞在pH值分别为7.4和6.5条件下的荧光成像图。对比图12、13可见在微酸性的细胞环境中,探针的荧光强度明显增强。
五、皮下接种肿瘤的裸鼠的肿瘤成像试验。
本发明还通过活体成像的方式,分别测试了探针对活体肿瘤定位的性能和明场成像,如图14~17所示。
选用探针浓度为20μM,通过尾静脉注射的方式,注射50微升探针的水溶液,成像的激发光光源为730nm激光器,成像收集的波长为800nm长通。分别观察了注射材料不同时间段的成像信号。通过成像信号强度的变化,可以测得活体肿瘤组织区域的位置。
图14和15分别为静脉注射了探针0.5小时后的明场成像和探针对活体肿瘤定位荧光成像的对比图,通过明场无法准确找到肿瘤的位置,并且难以对肿瘤和正常组织进行有效的区分。通过荧光成像则可以明显的观察到活体腹腔部位的肿瘤血管部位。由于目前注射材料的时间较短,肿瘤部位富集的探针的含量较低,还无法明显的观察到肿瘤组织的轮廓。
图16和17分别为静脉注射了探针8小时后的明场成像和探针对活体肿瘤定位荧光成像的对比图,通过明场依然无法准确找到肿瘤的位置,并且难以对肿瘤和正常组织进行有效的区分。而通过荧光成像图则可以明显的观察到活体腹腔区域的肿瘤部位和轮廓。这表明通过这种探针可以实现对活体中的腹腔肿瘤进行成像检测,这一性质使该探针有望用于肿瘤的诊断应用中。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于近红外荧光染料的pH荧光探针,结构式如下式(1)所示;
Figure FDA0002272392990000011
其中:
R1选自碳原子数为2~8的烃基或碳原子数为2~8的醚;
R2选自碳原子数为2~8的烃基或碳原子数为2~8的醚:
R3选自碳原子数为1~18的烃基或碳原子数为2~8的醚;
R4和R5相同,选自-CH=CH=CH=CH-或H中的一种;
X选自O、S、Se或C(CH3)2中的一种。
2.如权利要求1所述基于近红外荧光染料的pH荧光探针的合成方法,其特征在于包括以下步骤:
1)将罗丹明前体类化合物、方酸和三乙胺混合并以甲苯溶解,在氮气保护下加热回流反应,反应结束后冷却至室温,再旋蒸除去甲苯,将所得粗产物通过柱层析提纯分离,得到罗丹明方酸中间体化合物;所述柱层析提纯分离中的柱层析展开剂由二氯甲烷和石油醚组成;所述罗丹明前体类化合物如下述式(2)所示,所述罗丹明方酸中间体化合物如下式(3)所示:
Figure FDA0002272392990000021
以上,R1选自碳原子数为2~8的烃基或碳原子数为2~8的醚;R2选自碳原子数为2~8的烃基或碳原子数为2~8的醚:
2)将2-甲基吲哚类化合物、卤代烷烃和碳酸钾固体混合并以甲苯溶解,在氮气保护下回流反应,反应结束后将反应液冷却至室温,经过滤,取得固相,再将固相用石油醚洗涤后烘干,得到2-甲基吲哚盐类化合物;所述卤代烃选自碳原子数为1~8的溴代烷烃,所述2-甲基吲哚类化合物如下式(4)所示,所述2-甲基吲哚盐类化合物如下式(5)所示:
Figure FDA0002272392990000022
以上,X选自O、S、Se或C(CH3)2中的一种;R4和R5相同,选自-CH=CH=CH=CH-或H中的一种;
3)将2-甲基吲哚盐类化合物、罗丹明方酸中间体化合物和三乙胺投入装具有分水器装置的容器中,再以乙醇溶解,氮气保护下加热回流反应,待反应结束后,将反应液冷却至室温,再旋蒸除去乙醇,取得粗产物,再通过柱层析提纯分离,得到基于近红外荧光染料的pH荧光探针;所述柱层析提纯分离中的柱层析展开剂由二氯甲烷和石油醚组成。
3.根据权利要求2所述基于近红外荧光染料的pH荧光探针的合成方法,其特征在于:所述步骤1)中罗丹明前体化合物、方酸和三乙胺的混合摩尔比为1∶1∶0.1。
4.根据权利要求2所述基于近红外荧光染料的pH荧光探针的合成方法,其特征在于:所述步骤2)中2-甲基吲哚类化合物、卤代烷烃和碳酸钾固体的混合摩尔比为1∶5∶10。
5.根据权利要求2所述基于近红外荧光染料的pH荧光探针的合成方法,其特征在于:所述步骤3)中2-甲基吲哚盐类化合物、罗丹明方酸中间体化合物和三乙胺的混合摩尔比为1∶1∶0.1。
6.如权利要求1所述基于近红外荧光染料的pH荧光探针在水相或生物细胞体系选择性的检测pH中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用,其特征在于将基于近红外荧光染料的pH荧光探针用于对水溶液中荧光检测。
8.根据权利要求6所述的应用,其特征在于将基于近红外荧光染料的pH荧光探针用于对生物细胞的成像检测。
9.根据权利要求6所述的应用,其特征在于将基于近红外荧光染料的pH荧光探针用于对生物细胞的活体成像检测。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113861156A (zh) * 2021-11-01 2021-12-31 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 近红外聚集诱导发光有机荧光染料及其制备方法与应用
CN114271792A (zh) * 2021-01-14 2022-04-05 复旦大学 近红外第二窗口检测pH的双通道比率荧光传感器及其制备方法和应用
CN115806544A (zh) * 2021-09-14 2023-03-17 中国科学院深圳先进技术研究院 荧光化合物和探针
CN115872949A (zh) * 2022-11-29 2023-03-31 西安电子科技大学 近红外刚度响应荧光探针、其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103992791A (zh) * 2014-06-06 2014-08-20 福建师范大学 一种在弱酸性范围有线性响应的罗丹明基pH值荧光探针及其制备方法
CN104356681A (zh) * 2014-11-21 2015-02-18 天津理工大学 一种pH稳定氧杂蒽染料荧光探针的制备方法及其应用
CN108822575A (zh) * 2018-08-01 2018-11-16 中南大学 一种线粒体定位近红外荧光染料THX-Ba及其制备方法与应用
CN108997772A (zh) * 2018-08-01 2018-12-14 中南大学 一种线粒体定位近红外荧光染料THX-Np及其制备方法与应用
CN109111915A (zh) * 2018-09-26 2019-01-01 湖南大学 一种氨基苯并吡喃花菁类荧光染料和探针及其合成方法与应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103992791A (zh) * 2014-06-06 2014-08-20 福建师范大学 一种在弱酸性范围有线性响应的罗丹明基pH值荧光探针及其制备方法
CN104356681A (zh) * 2014-11-21 2015-02-18 天津理工大学 一种pH稳定氧杂蒽染料荧光探针的制备方法及其应用
CN108822575A (zh) * 2018-08-01 2018-11-16 中南大学 一种线粒体定位近红外荧光染料THX-Ba及其制备方法与应用
CN108997772A (zh) * 2018-08-01 2018-12-14 中南大学 一种线粒体定位近红外荧光染料THX-Np及其制备方法与应用
CN109111915A (zh) * 2018-09-26 2019-01-01 湖南大学 一种氨基苯并吡喃花菁类荧光染料和探针及其合成方法与应用

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114271792A (zh) * 2021-01-14 2022-04-05 复旦大学 近红外第二窗口检测pH的双通道比率荧光传感器及其制备方法和应用
CN114271792B (zh) * 2021-01-14 2023-09-05 复旦大学 近红外第二窗口检测pH的双通道比率荧光传感器及其制备方法和应用
CN115806544A (zh) * 2021-09-14 2023-03-17 中国科学院深圳先进技术研究院 荧光化合物和探针
CN113861156A (zh) * 2021-11-01 2021-12-31 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 近红外聚集诱导发光有机荧光染料及其制备方法与应用
CN115872949A (zh) * 2022-11-29 2023-03-31 西安电子科技大学 近红外刚度响应荧光探针、其制备方法和应用
CN115872949B (zh) * 2022-11-29 2024-04-26 西安电子科技大学 近红外刚度响应荧光探针、其制备方法和应用

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