CN116655620A - 聚集诱导发光光敏剂及其合成方法和应用 - Google Patents
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Abstract
聚集诱导发光光敏剂及其合成方法和应用,涉及光敏剂领域。该聚集诱导发光光敏剂为TPE‑Py或TPA‑Py,其中TPE‑Py以四苯乙烯作为电子给体,苯并噻二唑和噻吩环作为π桥,吡啶基团作为电子受体;TPA‑Py以三苯胺作为电子给体,苯并噻二唑和噻吩环作为π桥,吡啶基团作为电子受体。本发明合成的TPA‑Py和TEP‑Py具有良好的AIE特性,能高效产生1O2,并能够被普通白光激活。本发明通过改变聚集诱导发光光敏剂(AIE‑PSs)的给电子结构来调节AIE‑PSs的抗菌性能,可以选择性的抑制金黄色葡萄球菌,从而可以将其研制开发为新型的抗菌药物。
Description
技术领域
本发明涉及光敏剂领域,具体的说是聚集诱导发光光敏剂及其合成方法和应用。
背景技术
研究人员开发了许多新的抗菌方法,比如金属离子的释放、纳米酶催化疗法、化学动力学疗法、光热疗法、声动力学疗法和光动力疗法(PDT)。其中,PDT因其具有低毒性、无创性、广谱性以及不需要到达微生物的特定部位等优点,已经被广泛应用于抗菌和抗癌领域。
PDT是利用光敏剂(PSs)结合特定的光源,经过一系列的光动力反应生成具有高活性的单线态氧(1O2),继而实现抗菌或者抗肿瘤的过程。PSs在PDT过程中发挥着重要作用,但传统的PS(如卟啉衍生物),在高浓度下容易产生π-π堆积,从而导致聚集荧光猝灭(ACQ),这最终将导致PSs难以发生系间窜越(ISC)和1O2的产率不高,极大地限制了它们的应用。
发明内容
本发明旨在提供聚集诱导发光光敏剂及其合成方法和应用,以解决光敏剂难以发生系间窜越(ISC)和1O2产率不高的技术问题。
为了解决以上技术问题,本发明采用的具体方案为聚集诱导发光光敏剂,该聚集诱导发光光敏剂为TPE-Py或TPA-Py,
TPE-Py以四苯乙烯作为电子给体,苯并噻二唑和噻吩环作为π桥,吡啶基团作为电子受体,TPE-Py的结构式为:
TPA-Py以三苯胺作为电子给体,苯并噻二唑和噻吩环作为π桥,吡啶基团作为电子受体,TPA-Py的结构式为:
聚集诱导发光光敏剂的合成方法,TPE-Py的合成方法如下:
(1)将化合物1和化合物2溶于第一有机溶剂中,再加入碱溶液和钯催化剂制得混合液Ⅰ,将混合液Ⅰ在惰性气氛下加热回流,再分离、纯化,制得中间体a,反应式如下:
(2)将中间体a和化合物3溶于第二有机溶剂中,再加入哌啶制得混合液II,将混合液II在惰性气氛下加热回流,再分离、纯化,即制得TPE-Py,反应式如下:
作为上述技术方案的进一步优化,第一有机溶剂为四氢呋喃,碱溶液为K2CO3水溶液,钯催化剂为四(三苯基膦)钯,第二有机溶剂为乙醇,惰性气体为N2。
作为上述技术方案的进一步优化,化合物1和化合物2的摩尔比为1.5:1~2:1;中间体a和化合物3的摩尔比为1:4~1:5。
作为上述技术方案的进一步优化,步骤(1)中,将混合液Ⅰ在惰性气氛下加热到70℃回流,反应结束后冷却至室温,用乙酸乙酯萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,旋转蒸发获得粗产物,将粗产物通过柱层析分离提纯,制得中间体a;
步骤(2)中,将混合液II在惰性气氛保护下,加热到80℃回流,反应结束后冷却至室温,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,旋转蒸发获得粗产物,将粗产物通过柱层析分离提纯,即制得TPE-Py。
聚集诱导发光光敏剂的合成方法,TPA-Py的合成方法如下:
(1)将化合物4和化合物5溶于第一有机溶剂中,加入碱溶液和钯催化剂制得混合溶液III,将混合溶液III在惰性气氛下加热回流,再分离、纯化,制得中间体b,反应式如下:
(2)将中间体b和化合物6溶于第一有机溶剂中,加入碱溶液及钯催化剂制得混合液IV,将混合液IV在惰性气氛下加热回流,再分离、纯化,制得中间体c,反应式如下:
(3)将中间体c和化合物3溶于第二有机溶剂中,加入哌啶制得混合液Ⅴ,混合液Ⅴ在惰性气氛下加热回流,再分离、纯化,即制得TPA-Py,反应式如下:
作为上述技术方案的进一步优化,第一有机溶剂为四氢呋喃,第二有机溶剂为乙醇,碱溶液为K2CO3水溶液,钯催化剂为四(三苯基膦)钯,惰性气氛为N2。
作为上述技术方案的进一步优化,化合物4和化合物5的摩尔比为2:1~2.5:1;中间体b和化合物6的摩尔比为1:2~1:2.5;中间体c和化合物3的摩尔比为1:4-1:5。
作为上述技术方案的进一步优化,
步骤(1)中,将混合溶液III在惰性气氛下加热到70℃回流,反应结束后冷却至室温,用乙酸乙酯萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,旋转蒸发获得粗产物,将粗产物通过柱层析分离提纯,制得中间体b;
步骤(2)中,将混合液IV在惰性气氛下加热到70℃回流,反应结束后冷却至室温,用乙酸乙酯萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,旋转蒸发获得粗产物,粗产物通过柱层析分离提纯,制得中间体c;
步骤(3)中,将混合液Ⅴ在惰性气氛保护下,加热到80℃回流,反应结束后冷却至室温,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,旋转蒸发获得粗产物,粗产物通过柱层析分离提纯,即制得TPA-Py。
聚集诱导发光光敏剂在抑制金黄色葡萄球菌上的应用。
有益效果:本发明制备具有聚集诱导发光(AIE)效应的PSs(AIE-PSs)的方法简单易得,本发明合成的AIE-PSs具有良好的AIE特性,能够高效的产生1O2,并能够被普通白光激活。
AIE-PSs自身在溶解状态时荧光很弱,AIE-PSs自身在溶解状态时荧光很弱,而当在聚集态时,由于分子内运动受限激活了辐射通道从而使AIE分子的荧光增加。本发明通过设计合理的AIE-PSs可以实现良好的荧光强度,应用于临床诊疗。同时还可以因其扭曲结构可以有效避免ACQ效应,使得1O2的产率大大升高。
本发明分别以四苯乙烯(TPE)和三苯胺(TPA)为电子给体合成了两种AIE-PSs,分别为TEP-Py和TPA-Py,本发明通过改变AIE-PSs的给电子结构来调节AIE-PSs的抗菌性能,可以选择性的抑制金黄色葡萄球菌,从而可以将其研制开发为新型的抗菌药物。
附图说明
图1为TPE-Py在具有不同体积分数的甲苯(fT)的DMSO/甲苯中的紫外吸收光谱;
图2为TPA-Py在具有不同体积分数的甲苯(fT)的DMSO/甲苯中的紫外吸收光谱;
图3为TPE-Py在具有不同体积分数甲苯(fT)的DMSO/甲苯中的荧光强度(TPE-Py:λex=484nm);
图4为TPE-Py在DMSO/甲苯混合溶剂中的荧光相对强度(αTPE-Py)与甲苯体积分数的关系图;
图5为TPA-Py在具有不同体积分数甲苯(fT)的DMSO/甲苯中的荧光强度(TPA-Py:λex=508nm);
图6为TPA-Py在DMSO/甲苯混合溶剂中的荧光相对强度(αTPA-Py)与甲苯体积分数的关系图;
图7为TPE-Py在1%DMSO的DMSO/水中的SEM图像;
图8为TPA-Py在1%DMSO的DMSO/水中的SEM图像;
图9为空白的SOSG溶液在白光照射(25mW/cm2)下10分钟的荧光光谱;
图10为含有TPE-Py(1μM)的SOSG溶液在白光照射(25mW/cm2)下10分钟的荧光光谱;
图11为含有TPA-Py(1μM)的SOSG溶液在白光照射(25mW/cm2)下10分钟的荧光光谱;
图12为不同处理下的SOSG溶液光照10分钟后在530nm处的荧光强度变化;
图13为TPE-Py在CAM-B3LY16-31G(d,p)水平下的HOMO-LUMO能隙(△Eg)和S1-T1的能隙(△ES1-T1)的计算;
图14为TPA-Py在CAM-B3LY16-31G(d,p)水平下的HOMO-LUMO能隙(△Eg)和S1-T1的能隙(△ES1-T1)的计算;
图15为金黄色葡萄球菌在不同条件下处理的琼脂平板上的照片;
图16为用平板计数法计算金黄色葡萄菌的存活率;
图17为在白光(25mW/cm2)照射前用PBS(对照组)和AIE-PSs(0.5μM)处理的金黄色葡萄球菌的生长曲线;
图18为在白光(25mW/cm2)照射后用PBS(对照组)和AIE-PSs(0.5μM)处理的金黄色葡萄球菌的生长曲线;
图19为在AIE-PSs(50μM)存在下,用白光(100mW/cm2)照射10分钟前后,金黄色葡萄球菌形态的SEM图像;
图20为大肠杆菌在不同条件下处理的琼脂平板上的照片;
图21为用平板计数法计算大肠杆菌的存活率。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述,本发明以下实施例中未详细记载和公开的部分,均应理解为本领域技术人员所知晓或应当知晓的现有技术。
本发明为聚集诱导发光光敏剂及其合成方法和应用,本发明中所公开的聚集诱导发光光敏剂为TPE-Py或TPA-Py。
TPE-Py的核心结构包括四苯乙烯作为电子给体,苯并噻二唑和噻吩环作为π桥,吡啶基团作为电子受体,TPE-Py的结构式为:
TPA-Py的核心结构包括三苯胺作为电子给体,苯并噻二唑和噻吩环作为π桥,吡啶基团作为电子受体,TPE-Py的结构式为:
TPE-Py和TPA-Py是经过Suzuki缩合反应和Knoevenagel缩合反应合成的。合成过程中所涉及到的中间体以及TPE-Py和TPA-Py的化学结构均通过核磁共振和高分辨质谱确认。
实施例1
本实施公开了TPE-Py的合成方法,TPE-Py的合成路线如下:
具体合成步骤为:
(1)将化合物1和化合物2溶于第一有机溶剂中,再加入碱溶液和钯催化剂制得混合液Ⅰ,将混合液Ⅰ在惰性气氛下加热回流,再分离、纯化,制得中间体a。
具体的,将化合物1(426mg,0.93mmol)和2(200mg,0.62mmol)溶于四氢呋喃中,加入K2CO3水溶液(2mol/L,1.5mL),在四(三苯基膦)钯(71.6mg,0.062mmol)的催化下,N2保护,加热到70℃回流72小时,反应结束后冷却至室温,用乙酸乙酯萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,旋转蒸发获得粗产物,粗产物进一步柱层析分离提纯,最终得到284mg黄色粉末状中间体a,产率80%。1H NMR(500MHz,DMSO):δ10.00(s,1H),8.36(d,J=7.5Hz,1H),8.30(d,J=4.0Hz,1H),8.14(d,J=4.0Hz,1H),7.94(d,J=7.6Hz,1H),7.89(d,J=8.4Hz,2H),7.21–7.12(m,11H),7.08(d,J=6.9Hz,2H),7.05(d,J=6.8Hz,2H),7.01(d,J=6.7Hz,2H).13C NMR(126MHz,DMSO):δ185.0,153.3,152.3,147.5,144.1,143.6,143.5,141.6,140.5,138.5,134.7,133.5,131.4,131.2,131.1,131.1,129.0,128.5,128.5,128.4,128.4,128.3,128.2,127.2,127.1,127.1,124.4;HRMS(ESI)m/z[M+1]+:Calcd for C37H24N2S2 +,577.1364,found,577.1399。
(2)将中间体a和化合物3溶于第二有机溶剂中,再加入哌啶制得混合液II,将混合液II在惰性气氛下加热回流,再分离、纯化,即制得TPE-Py。
具体的,中间体a(150mg,0.26mmol)和3(245mg,1.04mmol)溶于乙醇中,加入哌啶(0.5mL),在N2保护下,加热到80℃回流24小时,反应结束后冷却至室温,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,旋转蒸发获得粗产物,粗产物进一步柱层析分离提纯,最终得到80mg红色粉末状TPE-Py,产率46%。1H NMR(500MHz,DMSO):δ8.83(d,J=6.5Hz,2H),8.30–8.26(m,2H),8.23–8.21(m,3H),7.94(d,J=7.6Hz,1H),7.88(d,J=8.2Hz,2H),7.64(d,J=3.9Hz,1H),7.33(d,J=16.0Hz,1H),7.21–7.12(m,11H),7.09(d,J=7.0Hz,2H),7.05(d,J=6.8Hz,2H),7.00(d,J=6.8Hz,2H),4.24(s,3H).13C NMR(126MHz,DMSO):δ153.4,152.5,152.3,145.4,144.0,143.6,143.5,142.5,142.1,141.6,140.5,134.8,134.0,132.9,132.4,131.4,131.2,131.1,131.1,128.9,128.8,128.6,128.5,128.4,128.3,127.2,127.1,127.0,125.0,123.6,122.7,44.2;HRMS(ESI)m/z[M+1]+:Calcd forC44H32N3S2 +,667.2066,found,667.2063。
需要说明的是,TPE-Py的合成过程中,化合物1和化合物2的摩尔比为1.5:1~2:1;中间体a和化合物3的摩尔比为1:4~1:5,本实施1中实际取用的原材料加入量是示例性的,在此比例下的合成过程,对原料的利用更充分。
本实施例中的第一有机溶剂为四氢呋喃,碱溶液为K2CO3水溶液,钯催化剂为四(三苯基膦)钯,第二有机溶剂为乙醇,惰性气氛为N2;除此之外,第一有机溶剂也可以为苯、甲苯、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环,碱溶液也可以为Na2CO3水溶液、Cs2CO3水溶液、K3PO4水溶液,钯催化剂也可以为1,1’-双(二苯基膦)二茂铁二氯化钯、醋酸钯、双三苯基膦钯,第二有机溶剂也可以为甲醇、异丙醇,惰性气氛也可以为氩气。
实施例2
本实施例公开了TPA-Py的合成方法。
TPA-Py的合成路线如下:
具体合成步骤为:
(1)将化合物4和化合物5溶于第一有机溶剂中,加入碱溶液和钯催化剂制得混合溶液III,将混合溶液III在惰性气氛下加热回流,再分离、纯化,制得中间体b。
具体的,中间体b的合成:化合物4(983mg,3.4mmol)和5(500mg,1.7mmol)溶于四氢呋喃溶中,加入K2CO3水溶液(2mol/L,5.1mL),在四(三苯基膦)钯(196mg,0.17mmol)催化下,N2保护,加热到70℃回流72小时,反应结束后冷却至室温,用乙酸乙酯萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,旋转蒸发获得粗产物,粗产物进一步柱层析分离提纯,最终得到350mg橙色粉末状中间体b,产率45%。1H NMR(500MHz,DMSO):δ8.08(d,J=7.7Hz,1H),7.90(d,J=8.7Hz,2H),7.73(d,J=7.7Hz,1H),7.35(t,J=8.6Hz,4H),7.12–7.07(m,8H).13C NMR(126MHz,DMSO):δ152.6,151.9,147.2,146.2,132.1,131.9,129.6,129.1,129.1,127.1,124.0,123.1,121.6,110.9;HRMS(ESI)m/z[M+1]+:Calcd for C24H17BrN3S,458.0321,found,458.0325。
(2)将中间体b和化合物6溶于第一有机溶剂中,加入碱溶液及钯催化剂制得混合液IV,将混合液IV在惰性气氛下加热回流,再分离、纯化,制得中间体c。
具体的,中间体c的合成:中间体b(500mg,1.1mmol)和6(341mg,2.2mmol)溶于四氢呋喃溶液中,加入K2CO3水溶液(2mol/L,3.5mL),在四(三苯基膦)钯(127mg,0.11mmol)催化下,N2保护下,加热到70℃回流72小时,反应结束后冷却至室温,用乙酸乙酯萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,旋转蒸发获得粗产物,粗产物进一步柱层析分离提纯,最终得到290mg黄色粉末状中间体c,产率54%。1H NMR(500MHz,DMSO):δ10.00(s,1H),8.36(d,J=7.6Hz,1H),8.28(d,J=4.0Hz,1H),8.13(d,J=4.0Hz,1H),7.99(d,J=8.7Hz,2H),7.93(d,J=7.6Hz,1H),7.37(t,J=7.8Hz,4H),7.22–7.02(m,7H).13CNMR(126MHz,DMSO):δ184.2,152.7,151.7,147.7,147.0,146.5,143.3,137.8,133.1,130.1,129.5,129.4,127.7,127.6,126.8,124.5,123.6,123.1,121.7;HRMS(ESI)m/z[M+1]+:Calcd for C29H20N3OS2,490.1042,found,490.1041。
(3)将中间体c和化合物3溶于第二有机溶剂中,加入哌啶制得混合液Ⅴ,混合液Ⅴ在惰性气氛下加热回流,再分离、纯化,即制得TPA-Py。
具体的,TPA-Py的合成:中间体c(90mg,0.184mmol)和3(173mg,0.736mmol)溶于乙醇中,加入哌啶(0.5mL),在N2保护下,加热到80℃回流24小时,冷却至室温,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,旋转蒸发获得粗产物,粗产物进一步柱层析分离提纯,最终得到80mg深紫色粉末状TPA-Py,产率75%。1H NMR(500MHz,DMSO):δ8.83(d,J=6.0Hz,2H),8.34–8.15(m,5H),7.98(d,J=8.2Hz,2H),7.92(d,J=7.4Hz,1H),7.62(d,J=3.0Hz,1H),7.37(t,J=7.4Hz,4H),7.29(d,J=16.0Hz,1H),7.19–7.00(m,8H),4.24(s,3H).13C NMR(126MHz,DMSO):δ152.9,152.0,151.8,147.6,146.7,144.8,141.8,133.5,132.4,132.2,130.1,129.8,129.6,128.0,127.1,126.6,124.6,123.8,123.7,123.1,122.0,121.9;HRMS(ESI)m/z[M]+:Calcd for C36H27N4S2 +,579.1632,found,579.1633.。
需要说明的是,TPA-Py的合成过程中,化合物4和化合物5的摩尔比为2:1~2.5:1;中间体b和化合物6的摩尔比为1:2~1:2.5;中间体c和化合物3的摩尔比为1:4-1:5。本实施2中实际取用的原材料加入量是示例性的,在此比例下的合成过程,对原料的利用更充分。
本实施例中第一有机溶剂为四氢呋喃,第二有机溶剂为乙醇,碱溶液为K2CO3水溶液,钯催化剂为四(三苯基膦)钯,惰性气氛为N2,除此之外,第一有机溶剂也可以为苯、甲苯、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环,碱溶液也可以为Na2CO3水溶液、Cs2CO3水溶液、K3PO4水溶液,钯催化剂也可以为1,1’-双(二苯基膦)二茂铁二氯化钯、醋酸钯、双三苯基膦钯,第二有机溶剂也可以为甲醇、异丙醇,惰性气氛也可以为氩气。
<AIE-PSs的光学性质>
利用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱研究了AIE-PSs的光学性质。
如图1所示,TPE-Py的吸收在375-550nm的可见光范围内扩展,而TPA-Py的吸收可以进一步扩展到600nm(图2),表明TPE-Py和TPA-Py都可以被普通的白光激活。
为了进一步验证它们的AIE效应,在DMSO/甲苯的混合溶液中,随着甲苯分数的逐渐增加,测试了TPE-Py和TPA-Py的荧光光谱。
如图3,TPE-Py在纯DMSO中表现出微弱的橙色荧光,并且荧光强度随着甲苯分数的增加而逐渐增加(λex=484nm)。当甲苯含量为80%时,TPE-Py的荧光强度达到最大值(图4)。相比于甲苯体积分数为0%增加了2.5倍。并且TPE-Py的最大发射波长为595nm,在365nm紫外线灯的照射下出现明亮的橙色荧光(图4的插图)。图4的插图中,0%fT和80%fT的照片是在365nm的灯下拍摄的。α表示在不同体积分数甲苯下的fT与0%fT的荧光强度之比。TPE-Py的浓度为10μM。
TPA-Py在DMSO中几乎没有荧光,即使当甲苯浓度增加到80%时,其荧光仍然很弱(图5),表明TPA-Py在DMSO中具有良好的溶解性。图6的插图中,0%fT和90%fT的照片是在365nm的灯下拍摄的。α表示在不同体积分数甲苯下的fT与0%fT的荧光强度之比。TPA-Py的浓度为10μM。在达到甲苯含量为90%时,TPA-Py的荧光达到最高,并且其在670nm处的荧光强度是纯DMSO的35倍(图6)。与TPE-Py相比,TPA-Py的最高荧光发射波长经历了超过70nm的显著红移。这表明TPA比TPE具有更强的电子供体能力,导致更明显的ICT效应,并最终导致荧光发射的红移。
<AIE-PSs的表征和1O2的产生>
为了进一步表征AIE-PSs,对TPE-Py和TPA-Py的扫描电子显微镜(SEM)进行了表征。
从含有1% DMSO的水溶液中的TPE-Py的SEM图像可以看出,TPE-Py(图7)呈现出均匀的球形颗粒,TPA-Py(图8)在相同条件下也表现出均匀的纳米颗粒形态,尺寸均约为10-20nm。TPE-Py和TPA-Py的浓度均为5μM。
本发明选用单线态氧荧光探针(SOSG)作为检测1O2的探针,SOSG自身显示出微弱的蓝色荧光(图9),当有1O2存在时会生成SOSG-EP,进而发出强烈的绿色荧光。然而随着光照时间的增加,含有TPE-Py(图10)和TPA-Py(图11)的SOSG溶液在530nm处荧光强度是逐渐增强的,这表明AIE-PSs都可以产生1O2。并且TPA-Py的SOSG溶液光照10分钟后在530nm的荧光强度更强,如图12,TPA-Py光照10分钟后荧光强度要比TPE-Py强1.5倍,这表明TPA-Py比TPE-Py具有更高的1O2产率。
<密度泛函理论(DFT)计算>
为了进一步了解1O2的产生机制,在CAM-B3LY16-31G(d,p)水平上进行了密度泛函理论(DFT)。如图13、14所示,从电子云的分布来看,AIE-PS的最高分子占据轨道(HOMO)主要分布在电子供体(TPE和TPA)单元上,最低分子占据轨道(LUMO)主要分布于电子受体(甲基吡啶鎓盐)单元,而苯并噻二唑和噻吩环用作π桥,可以有效地分离HOMO和LUMO。这表明AIE-PSs具有明显的分子内电荷转移(ICT)特性和典型的D-π-A特性。TPA-Py和TPE-Py的不同导致了它们的HOMO-LUMO能隙(△Eg)和单重态-三重态能隙(△ES1T1)的不同。计算结果发现TPE-Py和TPA-Py的△Eg分别为3.07eV和2.95eV。△Eg从2.95eV(TPA-Py)增加到3.07eV(TPE-Py),这与观察到的TPE-Py的吸收峰和发射峰的蓝移一致。研究表明△ES1T1有利于促进系间窜越(ISC)过程的发生,从而导致更高的1O2产率。△ES1T1从0.90eV(TPA-Py)增加到1.04eV(TPE-Py),从理论计算的角度证明TPA-Py比TPE-Py产生1O2的能力更强,这可能主要是由于TPE的电子传递能力较低和空间位阻较大。
<AIE-PSs抗菌性能的研究>
以金黄色葡萄球菌和大肠杆菌作为代表菌进行光动力抗菌测试。
对于金黄色葡萄球菌,图15和16为AIE-PSs的浓度为0.5μM,灯的功率密度为25mW/cm2的抗菌效果图。如图15和16,在光照前,PBS、TPA-Py和TPE-Py组的菌落数量几乎没有变化,这表明TPA-Py和TPE-Py都具有较低的暗毒性。在白光照射5分钟后,TPA-Py组对金黄色葡萄球菌的抑制率达到98.5%,而TPE-Py组的抑制率仅为11.1%。即使在照射10分钟后,TPE-Py组仍有超过15%的细菌存活,这表明TPA-Py对金黄色葡萄球菌的抑菌能力明显强于TPE-Py。
此外,还研究了不同处理组的细菌生长曲线。PBS、TPA-Py和TPE-Py组在没有光照的情况下,从第4小时开始,细菌生长逐渐增加(图17)。然而在光照10分钟后,PBS和TPE-Py组在第4小时后也表现出细菌生长,而TPA-Py组即使在8小时后也没有表现出任何细菌生长(图18)。除此之外,在光照10分钟后,PBS组的细菌形态表现出光滑的球形(图19),TPE-Py组的细菌形态表现出部分凹陷,而TPA-Py组的细菌表现很明显塌陷(图19)。
然而对于大肠杆菌,图20和21为AIE-PSs(0.5μM)在白光(25mW/cm2)照射下的抗菌效果图,在相同条件下即使将光照时间延长至10分钟,TPE-Py和TPA-Py也没有表现出显著的抗菌活性(图20和21),这可能是AIE-PSs和大肠杆菌之间的弱相互作用。这些结果证明,TPA-Py在光动力抗菌功效方面超过了TPE-Py,使其能够特异性靶向并消除金黄色葡萄球菌。
本发明的TPA-Py和TPE-Py为两种具有聚集诱导发光(AIE)性质和高效产生活性氧(ROS)的D-π-A型的AIE分子。AIE分子作为一种有机光敏剂,可以在白光的激发下,将空气中的氧气转化为具有高活性的单线态氧(1O2),可以实现抗菌或抗肿瘤治疗。通过调节AIE分子的给电子结构可以改变AIE分子的光动力学性能,最终改变其抗菌性能。本发明涉及的TPA-Py和TPE-Py能选择性杀死金黄色葡萄球菌,可望成为一种高效的抗菌药物。
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、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.聚集诱导发光光敏剂,其特征在于:该聚集诱导发光光敏剂为TPE-Py或
TPA-Py,
TPE-Py以四苯乙烯作为电子给体,苯并噻二唑和噻吩环作为π桥,吡啶基团作为电子受体,TPE-Py的结构式为:
TPA-Py以三苯胺作为电子给体,苯并噻二唑和噻吩环作为π桥,吡啶基团作为电子受体,TPA-Py的结构式为:
2.根据权利要求1所述聚集诱导发光光敏剂的合成方法,其特征在于,TPE-Py的合成方法如下:
(1)将化合物1和化合物2溶于第一有机溶剂中,再加入碱溶液和钯催化剂制得混合液Ⅰ,将混合液Ⅰ在惰性气氛下加热回流,再分离、纯化,制得中间体a,反应式如下:
(2)将中间体a和化合物3溶于第二有机溶剂中,再加入哌啶制得混合液Ⅱ,将混合液Ⅱ在惰性气氛下加热回流,再分离、纯化,即制得TPE-Py,反应式如下:
3.根据权利要求2所述的聚集诱导发光光敏剂的合成方法,其特征在于,
第一有机溶剂为四氢呋喃、苯、甲苯、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺或1,4-二氧六环中的一种;
碱溶液为K2CO3水溶液、Na2CO3水溶液、Cs2CO3水溶液或K3PO4水溶液中的一种;
钯催化剂为四(三苯基磷)钯、1,1’-双(二苯基膦)二茂铁二氯化钯、醋酸钯或双三苯基膦钯中的一种;
第二有机溶剂为乙醇、甲醇或异丙醇中的一种;惰性气体为氮气或氩气。
4.根据权利要求2所述的聚集诱导发光光敏剂的合成方法,其特征在于,化合物1和化合物2的摩尔比为1.5:1~2:1;
中间体a和化合物3的摩尔比为1:4~1:5。
5.根据权利要求2所述的聚集诱导发光光敏剂的合成方法,其特征在于,步骤(1)中,将混合液Ⅰ在惰性气氛下加热到70℃回流,反应结束后冷却至室温,用乙酸乙酯萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,旋转蒸发获得粗产物,将粗产物通过柱层析分离提纯,制得中间体a;
步骤(2)中,将混合液Ⅱ在惰性气氛保护下,加热到80℃回流,反应结束后冷却至室温,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,旋转蒸发获得粗产物,将粗产物通过柱层析分离提纯,即制得TPE-Py。
6.根据权利要求1所述聚集诱导发光光敏剂的合成方法,其特征在于,TPA-Py的合成方法如下:
(1)将化合物4和化合物5溶于第一有机溶剂中,加入碱溶液和钯催化剂制得混合溶液Ⅲ,将混合溶液Ⅲ在惰性气氛下加热回流,再分离、纯化,制得中间体b,反应式如下:
(2)将中间体b和化合物6溶于第一有机溶剂中,加入碱溶液及钯催化剂制得混合液Ⅳ,将混合液Ⅳ在惰性气氛下加热回流,再分离、纯化,制得中间体c,反应式如下:
(3)将中间体c和化合物3溶于第二有机溶剂中,加入哌啶制得混合液Ⅴ,混合液Ⅴ在惰性气氛下加热回流,再分离、纯化,即制得TPA-Py,反应式如下:
7.根据根据权利要求6所述的聚集诱导发光光敏剂的合成方法,其特征在于,
第一有机溶剂为四氢呋喃、苯、甲苯、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺或1,4-二氧六环中的一种;
碱溶液为K2CO3水溶液、Na2CO3水溶液、Cs2CO3水溶液或K3PO4水溶液中的一种;
钯催化剂为四(三苯基磷)钯、1,1’-双(二苯基膦)二茂铁二氯化钯、醋酸钯或双三苯基膦钯中的一种;
第二有机溶剂为乙醇、甲醇或异丙醇中的一种;惰性气体为氮气或氩气。
8.权利要求6所述的聚集诱导发光光敏剂的合成方法,其特征在于,化合物4和化合物5的摩尔比为2:1~2.5:1;
中间体b和化合物6的摩尔比为1:2~1:2.5;
中间体c和化合物3的摩尔比为1:4-1:5。
9.根据权利要求6所述的聚集诱导发光光敏剂的合成方法,其特征在于,步骤(1)中,将混合溶液Ⅲ在惰性气氛下加热到70℃回流,反应结束后冷却至室温,用乙酸乙酯萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,旋转蒸发获得粗产物,将粗产物通过柱层析分离提纯,制得中间体b;
步骤(2)中,将混合液Ⅳ在惰性气氛下加热到70℃回流,反应结束后冷却至室温,用乙酸乙酯萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,旋转蒸发获得粗产物,粗产物通过柱层析分离提纯,制得中间体c;
步骤(3)中,将混合液Ⅴ在惰性气氛保护下,加热到80℃回流,反应结束后冷却至室温,用二氯甲烷萃取,饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥,旋转蒸发获得粗产物,粗产物通过柱层析分离提纯,即制得TPA-Py。
10.如权利要求1所述的聚集诱导发光光敏剂在抑制金黄色葡萄球菌上的应用。
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