本發(fā)明屬于有機化合物制備技術領域，尤其涉及一種基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針及制備方法和應用。

背景技術：

目前，通常的有機熒光化合物在稀溶液中具有很強的熒光，在一定的濃度范圍內(nèi)熒光強度與熒光物質(zhì)的濃度呈正比，但是對于較濃的溶液，由于分子間電子振動的相互作用導致了非輻射能量轉換，平面熒光生色團之間作用變強，形成了導致熒光淬滅的激基締合物，出現(xiàn)了熒光減弱或者消失的現(xiàn)象，使得其在固態(tài)或聚集狀態(tài)下的發(fā)光效率與其低濃度的稀溶液相比呈數(shù)量級的下降，極大地限制了有機熒光化合物作為有機發(fā)光材料的應用范圍，成為有機發(fā)光材料在固態(tài)發(fā)光器件應用中面臨的重要問題。想要突破這種瓶頸，研發(fā)出高效穩(wěn)定的新型有機發(fā)光材料，就要克服聚集誘導熒光淬滅的問題。近年來，國內(nèi)外的許多化學家正致力于開發(fā)一類新型的有機發(fā)光材料，即AIE化合物，它們在溶液中單分子狀態(tài)時呈現(xiàn)弱的熒光，但當形成聚集態(tài)時發(fā)出強的熒光，聚集誘導發(fā)光類材料有著其他熒光分子無法比擬的優(yōu)點，具有AIE性質(zhì)的分子在聚集時發(fā)光增強，在非聚集時發(fā)光大大減弱，這一性質(zhì)為一些化學或生物過程的監(jiān)測提供了可能。目前，除了硅雜環(huán)戊二烯型化合物具有AIE性質(zhì)之外，又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了環(huán)狀多烯型、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性質(zhì)。其中四苯基乙烯(Tetraphenylethylene，TPE)及其衍生物因其發(fā)光性能優(yōu)良、合成簡便、易功能化、AIE效應明顯等優(yōu)點而得到了研究者的青睞。人們也通過各種方式設計不同結構的AIE分子，希望實現(xiàn)功能隨著外界刺激的變化發(fā)生動態(tài)的可逆的變化。花菁類染料的摩爾吸收系數(shù)大，熒光發(fā)射波長范圍寬，一般在600～1000nm的近紅外區(qū)，在用于生物體內(nèi)物質(zhì)的檢測時，可以極大的降低生物體內(nèi)物質(zhì)的自吸收和自發(fā)熒光的干擾，提高檢測的靈敏度和選擇性，同時還能夠減少對生命體的損傷，有利于實現(xiàn)活體檢測。近紅外熒光染料可以作為一種安全、非侵入性的成像熒光探針廣泛應用于醫(yī)學和生物學領域。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針及制備方法和應用，旨在解決有機熒光化合物存在聚集誘導熒光淬滅的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針，所述基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針通式的結構如下：

其中：

X為C(CH₃)₂、NCH₃、O、S、Se、CH＝CH中的一種；

Y^-為鹵素離子、PF₆^－、TsO^－中的一種；

R₁為C_1-6烷基、(CH₂)_nCOOH中的一種；

R₂為H、SO₃R₃、OH、鹵素中的一種；

n為2～6的整數(shù)。

進一步，所述化合物的X為C(CH₃)₂；化合物的Y^-優(yōu)選為I^-；化合物的R₁為C₂H₅；化合物的R₂為H和SO₃R₃；R₃為K⁺。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針的制備方法，所述基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針的制備方法包括以下步驟：

步驟一，TPE-CHO和喹啉鹽或噻唑鹽反應，投料摩爾比為1:1.5～1.9，反應溶劑為N,N-二甲基甲酰胺DMF，反應溫度室溫，反應時間20min～3h；

步驟二，所得產(chǎn)物用乙醚析出后加入乙酸乙酯洗滌或采用柱層析分離，展開體系為甲醇：乙酸乙酯＝1：2.5，收集藍色段，用旋轉蒸發(fā)儀旋干。

進一步，，所述基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針的制備方法包括以下步驟：

步驟一，TPE-CHO和喹啉鹽反應，投料摩爾比為1:1.9，反應溶劑為N,N-二甲基甲酰胺DMF，反應溫度室溫，反應時間20～40min；

步驟二，所得的產(chǎn)物用乙醚析出，采用柱層析分離法將其分離，展開體系為甲醇：乙酸乙酯＝1：2.5，收集藍色段，用旋轉蒸發(fā)儀旋干。

進一步，所述基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針的制備方法的反應方程式為：

進一步，所述基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針的制備方法包括以下步驟：

步驟一：TPE-CHO和噻唑鹽反應，投料摩爾比為1:1.5，反應溶劑為N,N-二甲基甲酰胺DMF，反應溫度室溫，反應時間1h～3h；

步驟二：取少許所得的產(chǎn)物，加入少量乙醚并離心，取上清液用乙醚析出固體，棄去上清；向所得固體中加入乙酸乙酯并震蕩，有固體溶解，棄去上清。

進一步，所述基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針的制備方法的反應方程式為：

本發(fā)明的另一目的在于提供一種包含所述基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針的活細胞熒光成像方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種包含所述基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針的生物醫(yī)學靶向標記方法。

本發(fā)明提供的基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針及制備方法和應用，融合TPE和花菁結構單元的分子探針，合成過程相對簡單快速，在分子影像領域具有巨大的應用潛力。本發(fā)明合成的TPE化合物具有發(fā)光性能優(yōu)良、合成簡便、易功能化等優(yōu)點，對活細胞毒性較小，具有活細胞膜通透性，可用于活細胞熒光成像。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針的制備方法流程圖。

圖2是本發(fā)明實施例提供的TPE-VQ質(zhì)譜圖。

圖3是本發(fā)明實施例提供的TPE-VS質(zhì)譜圖。

圖4是本發(fā)明實施例提供的TPE-VQ高分辨質(zhì)譜圖。

圖5是本發(fā)明實施例提供的TPE-VS高分辨質(zhì)譜圖。

圖6是本發(fā)明實施例提供的TPE-VQ紫外可見吸收圖譜。

圖7是本發(fā)明實施例提供的TPE-VS紫外可見吸收圖譜。

圖8是本發(fā)明實施例提供的TPE-VS在水占不同比例的四氫呋喃/水的混合溶劑中的熒光光譜圖。

圖9是本發(fā)明實施例提供的TPE-VS在水占不同比例的四氫呋喃/水的混合溶劑中的熒光強度。

圖10是本發(fā)明實施例提供的TPE-VQ在四氫呋喃/水(1/4)的混合溶液中的光穩(wěn)定性曲線。

圖11是本發(fā)明實施例提供的TPE-VS在四氫呋喃/水(1/4)的混合溶液中的光穩(wěn)定性曲線。

圖12是本發(fā)明實施例提供的TPE-VQ對SGC-7901細胞標記的熒光成像(放大400倍，染料濃度為5μM)。

圖13是本發(fā)明實施例提供的TPE-VS對SGC-7901細胞標記的熒光成像(放大400倍，染料濃度為5μM)。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結合附圖對本發(fā)明的應用原理作詳細的描述。

本發(fā)明實施例的基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針具有通式Ⅰ的結構：

其中：

X為C(CH₃)₂、NCH₃、O、S、Se、CH＝CH。

Y^-為鹵素離子、PF₆^－或TsO^－。

R₁為C_1-6烷基、(CH₂)_nCOOH。

R₂為H、SO₃R₃、OH或鹵素。

n為2～6的整數(shù)。

上述化合物的X優(yōu)選為C(CH₃)₂。

上述化合物的Y^-優(yōu)選為I^-。

上述化合物的R₁優(yōu)選為C₂H₅。

上述化合物的R₂優(yōu)選為H和SO₃R₃；R₃優(yōu)選為K⁺。

如圖1所示，本發(fā)明實施例的基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針的制備方法包括以下步驟：

S101：TPE-CHO和喹啉鹽或噻唑鹽反應，投料摩爾比為1:1.5～1.9，反應溶劑為N,N-二甲基甲酰胺DMF，反應溫度室溫，反應時間20min～3h；

S102：所得產(chǎn)物用乙醚析出后加入乙酸乙酯洗滌或采用柱層析分離，展開體系為甲醇：乙酸乙酯＝1：2.5，收集藍色段，用旋轉蒸發(fā)儀旋干。

本發(fā)明實施例的基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針的制備方法包括以下步驟：

步驟一：TPE-CHO和喹啉鹽反應，投料摩爾比為1:1.9，反應溶劑為N,N-二甲基甲酰胺DMF，反應溫度室溫，反應時間20～40min；

步驟二：所得的產(chǎn)物用乙醚析出，采用柱層析分離法將其分離，展開體系為甲醇：乙酸乙酯＝1：2.5，收集藍色段，用旋轉蒸發(fā)儀旋干。

制備實驗的反應方程式為：

本發(fā)明實施例的基于聚集誘導發(fā)光效應的花菁熒光探針的制備方法包括以下步驟：

步驟一：TPE-CHO和噻唑鹽反應，投料摩爾比為1:1.5，反應溶劑為N,N-二甲基甲酰胺DMF，反應溫度室溫，反應時間1h～3h。

步驟二：取少許步驟一所得的產(chǎn)物，加入少量乙醚并離心，取上清液用乙醚析出固體，棄去上清。向所得固體中加入乙酸乙酯并震蕩，有少量固體溶解，棄去上清。

進一步，制備實驗的反應方程式為：

下面結合具體實施例對本發(fā)明的應用原理作進一步的描述。

實施例1：

1、TPE-CHO和喹啉鹽制備TPE-VQ的反應：

稱取15mgTPE-CHO、23.7mg喹啉鹽，溶于1ml N,N-二甲基甲酰胺DMF中，在10ul三乙胺的催化條件下，常溫攪拌20～40min，溶液變?yōu)樯罹G色。

2、TPE-VQ的分離純化：

將所得的產(chǎn)物用乙醚析出后，采用柱層析分離法將其分離，展開體系為甲醇：乙酸乙酯＝1：2.5，收集藍色段，用旋轉蒸發(fā)儀旋干。

制備實驗的反應方程式為：

實施例2：

1、TPE-CHO和噻唑鹽制備TPE-VS的反應：

稱取10mgTPE-CHO和12.1mg噻唑鹽溶于1ml N,N-二甲基甲酰胺DMF中，在10ul三乙胺的催化條件下，室溫攪拌2～3h，溶液逐漸由淡黃色變?yōu)樯罘凵?/p>

2、TPE-VS的分離純化：

取少許所得的產(chǎn)物，加入少量乙醚并離心，取上清液用乙醚析出固體，棄去上清。向所得固體中加入乙酸乙酯并震蕩，有少量固體溶解，棄去上清。

制備實驗的反應方程式為：

下面結合化合物TPE-VQ和TPE-VS的測定對本發(fā)明的應用效果作詳細的描述：

1、TPE-VQ和TPE-VS的光譜特性的測定

TPE-VQ光譜測定：

步驟一：取1mgTPE-VQ溶于1mlDMSO中配制成母液；

步驟二：取80ul母液加入裝有3mlTHF的EP管中配制成濃度為5X10^-5mol/l的工作溶液；

步驟三：向兩個比色皿中分別加入3mlTHF后放入紫外可見分光光度計的內(nèi)外側樣品池中進行基線掃描；

步驟四：將外側樣品池中的比色皿取出，并將盛有工作溶液的比色皿放入樣品池中進行光譜測定。

TPE-VS光譜測定：

步驟一：取1mgTPE-VS溶于1mlDMSO中配制成母液；

步驟二：取76ul母液加入裝有3mLTHF的EP管中配制成濃度為5X10^-5mol/l的工作溶液；

步驟三：向兩個比色皿中分別加入3mlTHF后放入紫外可見分光光度計的內(nèi)外側樣品池中進行基線掃描；

步驟四：將外側樣品池中的比色皿取出，并將盛有工作溶液的比色皿放入樣品池中進行光譜測定。

2、化合物TPE-VQ和TPE-VS的光穩(wěn)定性檢測：

TPE-VQ光穩(wěn)定性檢測：

步驟一：取1mgTPE-VQ溶于1mlDMSO中配制成母液；

步驟二：取80ul母液加入裝有3mlTHF的EP管中配制成濃度為5X10^-5mol/l的工作溶液；

步驟三：向兩個比色皿中分別加入3mlTHF后放入紫外可見分光光度計的內(nèi)外側樣品池中進行基線掃描；

步驟四：將外側樣品池中的比色皿取出，并將盛有工作溶液的比色皿放入樣品池中進行光譜測定；

步驟五：測定結束后，將外側樣品池中的比色皿取出并將工作溶液收入EP管中，第二天重復步驟三和四。

TPE-VS光穩(wěn)定性檢測：

步驟一：取1mgTPE-VS溶于1mlDMSO中配制成母液；

步驟二：取76ul母液加入裝有3mlTHF的EP管中配制成濃度為5X10^-5mol/L的工作溶液；

步驟三：向兩個比色皿中分別加入3mlTHF后放入紫外可見分光光度計的內(nèi)外側樣品池中進行基線掃描；

步驟四：將外側樣品池中的比色皿取出，并將盛有工作溶液的比色皿放入樣品池中進行光譜測定；

步驟五：測定結束后，將外側樣品池中的比色皿取出并將工作溶液收入EP管中，第二天重復步驟三和四。

3、活細胞熒光成像：

把SGC-7901細胞用含10％的胎牛血清、1％的100μg/ml青霉素和1％的100μg/ml鏈霉素的PRMI-1640培養(yǎng)液置于37℃，5％的CO₂的培養(yǎng)箱培養(yǎng)。待細胞融合率達80％左右時用0.25％胰蛋白酶消化，細胞計數(shù)后，用含10％的胎牛血清的RPMI-1640培養(yǎng)液將其稀釋成2.5×10⁴/ml的單細胞懸液，以500μL/孔加入干凈的12孔板，置于37℃、5％的CO₂的培養(yǎng)箱隔夜培養(yǎng)。然后將TPE-VQ和TPE-VS的初始溶液用RPMI-1640培養(yǎng)液稀釋至5μM，按照1ml/孔的最終溶液加入到12孔板中，常規(guī)培養(yǎng)5h后用PBS清洗2～3次，利用結構顯微鏡進行掃描。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。