[发明专利]一类基于苝酰亚胺的近红外荧光染料及其合成方法和应用

说明书

本发明提供了一类基于苝酰亚胺的近红外荧光染料及其合成方法和应用，该近红外荧光染料的结构如(1)所示，在供电基一端引入刚性基团设计合成了一类高亮度、高稳定性的近红外荧光染料。双胺基的强供电性大幅度提升了染料的荧光激发与发射波长，导致这类染料在乙醇中的激发波长达到了710nm以上，荧光发射达到750nm。这使得这类染料能够穿透深度提升，在组织及活体成像领域有较好应用前景。

技术领域

本发明属于近红外荧光染料领域，具体涉及一类基于苝酰亚胺的近红外高荧光染料及其合成方法和应用。

背景技术

近几十年，由于近红外荧光染料在荧光成像、基因芯片、光学传感等方面的优势，此类染料的开发与应用备受关注。近红外荧光染料的发射波长通常被定义在650-1000nm，在这一光谱视窗内生物体自发荧光与吸收减弱、光的散射减小等。这也使得荧光在组织内能够穿透2-5cm，达到光学治疗要求的深度。伴随着近红外激发光源及检测器的普及近红外荧光染料得到了更广泛的应用，但高亮度、高稳定性的近红外荧光染料仍显得匮乏。

目前，应用最为广泛的近红外荧光染料为花菁染料，其中Cy7荧光发射波长可以达到770nm，但荧光量子产率通常低于0.2。此外，花菁染料光稳定性差，在生物体内容易被单线态氧氧化而发生淬灭。3,4-苝二甲酰亚胺(PMIs)与3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺(PDIs)在染料化学中被视为重要的生色团。由于助色团内酰胺的存在，其有着优异的光学与电子传递特性。Klaus 课题组在苝酰亚胺体系中引入了双供体结构，这一工作将其吸收波长调节至650nm以上。但是由于苯环的扭转导致非辐射跃迁的增加，荧光量子效率极低(二氯甲烷中0.007)。2016年，该课题组在9,10-位又引入了胍盐。这一简单的改造显著提高了其光学性质(DMSO中λ_em＝723nm，Φ＝0.25)，并将其成功应用于细胞的高分辨成像。但是这一改造荧光发射波长与荧光亮度仍远不满足活体荧光成像内的应用，光稳定性仍待提高。

发明内容

本发明的目的是一类基于苝酰亚胺的近红外荧光染料及其合成方法和应用，，该染料荧光发射波长达到750nm，荧光亮子产率达到0.4，能够广泛应用于组织及活体成像。

本发明的另一目的是提供一类近红外高亮度荧光染料的合成方法，该方法具有操作方便、原料廉价、提纯简单等优点。

本发明提供一类近红外高亮度荧光染料，以苝酰亚胺为荧光基团，在其9,10-位引入对称的脂肪胺基结构，使得荧光激发波长及荧光发射波长红移至近红外区。该荧光染料对多种细胞进行染色后能特定的标记细胞内脂滴，具有波长长、染色浓度低、快速染色、生物相容性好等特点，能够用于活细胞、活体成像。

一类近红外高亮度荧光染料，该荧光染料具有如下结构：

其中：R₁为n＝0,1,1,2,3；

R₂为中的一种。

一类近红外高亮度荧光染料的合成方法，其合成路线，如下：

具体合成步骤如下：

(1)中间体N-烷基-9,10-二溴-1,6,7,12-四氯苝酰亚胺的合成：

将9,10-二溴-1,6,7,12-四氯苝酰亚胺与醇伯胺或脂肪伯胺溶于N-甲基吡咯烷酮与冰醋酸混合液中；将反应液加热至100-140℃，搅拌1-10h；将反应液泠却至室温后倒入冰水中抽滤得黑色固体，真空干燥，200-300目硅胶柱分离，以体积比为1:0.25～6的二氯甲烷：石油醚为洗脱剂，减压除去溶剂得深红色固体N-烷基-9,10-二溴-1,6，7,12-四氯苝酰亚胺；

所述9,10-二溴-1,6,7,12-四氯苝酰亚胺与醇伯胺或脂肪伯胺的质量比为1-10:1；