[发明专利]一种热激活延迟荧光探针分子、其制备及其在细胞成像中的应用

说明书

本发明涉及一种基于萘酰亚胺结构的热激活延迟荧光探针分子，制备方法及应用，属于生物荧光成像领域。其特征是以一系列基于萘酰亚胺结构的热激活延迟荧光探针分子。其能对细胞进行了荧光检测、双光子成像及荧光寿命成像。与首次将两个及以上电子供体基团连接到萘酰亚胺结构。已报道的MG类探针分子相比，所合成探针分子具有长荧光寿命、大斯托克斯位移及近红外光区发射光，有利于降低自吸收效应、减少了发射光和散射光之间的检测错误、降低了荧光成像的背景噪音、提高了成像信噪比。并可用于活体成像研究及双光子荧光成像实验。

技术领域：

本发明属于生物荧光成像技术领域。涉及一种用于细胞荧光检测及荧光寿命成像的萘酰亚胺类热激活延迟荧光探针分子，其制备方法及应用。

背景内容：

近年来快速发展的生物荧光成像技术将荧光显像技术与分子探针结合，对特定分子靶点和通路在组织水平、细胞和亚细胞水平进行非侵袭性显影，实现在活体状态下可视、无损分析和监测不同阶段疾病发展，为疾病的诊断和治疗开启了一片崭新的天地。荧光信号高特异性、高信噪比是生物荧光成像质量关键，然而由激发光源产生的杂散光及生物体内几乎涵盖整个紫外-可见光区的大量内源性荧光物质产生的荧光背景噪音干扰，严重影响了目标荧光信号的灵敏度及精准性，降低了成像信噪比。为提高生物成像信噪比，除了需要先进的荧光成像设备外，还需要发展新型而高效的荧光探针。近年来出现的激活型智能荧光分子探针¹、近红外荧光探针²及双光子荧光探针³均能在一定程度上降低背景噪音，提高信噪比，使得荧光成像更加清晰。然而由于生物环境的复杂性和多样性，已有荧光探针很难避免来自生物环境自身的干扰。因此开发新型无毒、高靶向性、高特异性、低剂量和低成本的荧光分子探针，避免背景荧光噪音干扰，提高成像信噪比，将成为未来荧光影像技术研究发展的重点需求。

由于来自生物内源性物质自身荧光及光源杂散光的荧光信号均为短寿命荧光(ns级)，利用具有长荧光寿命性质的分子探针(μs-ms级)对生物体进行时间分辨成像，在激发光和检测窗口之间引入适当的延迟时间，可高效避免短寿命荧光背景干扰，极大地提高了信噪比和成像质量⁴。但目前应用于生物成像领域的长寿命分子探针往往含有稀有金属元素，其经济成本高，毒性大^5,6。近年来，热激活延迟荧光(TADF)有机小分子长寿命荧光材料避免了稀有金属类探针的缺点，已在有机发光材料领域(OLED)得到广泛的研究^7,8。这类探针具有荧光效率高、荧光寿命长等优点，具有非常好的生物领域时间分辨成像潜力，但其结构往往只含有芳香共轭基团，没有生物功能基团(靶向性基团)连接位点，生物环境中水溶性差，不具备生物相容性，此外其延迟荧光性质易受氧气影响，也限制了其在生物成像领域的应用。

热激活延迟荧光(Thermally activated delayed fluorescence,TADF)分子利用其T₁激发态上的激子在分子热运动下通过反系间穿越(reverse intersystem crossing,RISC)跃迁回激发单线态(S₁)上，再从S₁态回到基态单线态(S₀)，其荧光寿命达到μs级(图1)。TADF分子往往由电子供体部分(Donor)和电子受体部分(Acceptor)组成，而其T₁态与S₁态之间的能量差ΔEst值小于0.3eV，才会使分子具有TADF性质。这种延迟荧光分子一般只需要300K的温度就能激活延迟发光，并且这种探针分子不需要金属及其有机配体的参与，避免了含有金属元素分子探针的不足，降低了经济成本。此外由于其利用了T₁态的激子，其内量子效率可达100％，比瞬时荧光提高了3倍，从而具有更强的荧光强度和更好的荧光性质，目前作为一种新兴材料已在有机发光材料领域得到了广泛的研究^9,10。