[发明专利]近红外第二窗口激发/发射的荧光染料及制备方法和应用

说明书

本发明属于生物材料技术领域，具体为一种近红外第二窗口激发和发射的荧光染料及其制备方法和应用。本发明荧光染料为具有通式LZ染料结构的有机小分子七甲川菁染料荧光染料；本发明利用吲哚化合物与乙酰氯和缩合剂一锅法高效合成目标产物；该荧光染料水溶性好，并且连有活性基团如羧基、氨基、马来酰亚胺基团等，可对蛋白，多肽，氨基酸，DNA等进行修饰；该荧光染料可作为血管造影剂用于生物体血管成像，具有血液长循环功能，如用于对小鼠腿部，腹部及脑部血管的动态成像，实现对小鼠腿部缺血再灌注，动脉溶栓过程及脑部血脑屏障的开启和关闭的监控。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种近红外第二窗口激发/发射的荧光染料及其制备方法和应用。

背景技术

目前常见的分子影像技术如X线断层扫描成像(X-CT)，超声成像(UI)，正电子放射性断层成像(PET)和磁共振成像(MRI)已广泛用于对疾病等的医疗诊断。但是目前这些影像技术有其自身的缺点，如辐射，较差的空间分辨率，无法实现动态实时监测等。荧光成像由于实时、非侵入性、分辨率高、所需样品量少等优点，在生物技术领域等领域被广泛应用，尤其是有生物组织的荧光成像。在过去几年里，化学工作者们主要集中在近红外第一窗口(700nm～900nm)荧光成像方法的研究，但是由于生物组织在这个波段范围内有很强的吸收和散射，致使其信噪比和组织穿透深度都比较低。近期，一些研究工作集中在了近红外第二窗口(1000nm～1700nm)，在这个波段内，生物组织自身的吸收和散射弱，提高了成像质量和穿透深度。目前，一些无机材料如碳纳米管，稀土下转换纳米颗粒，量子点实现近红外第二窗口区的发射，但是它们的发射波长都位于近红外第一窗口内，同时含有重金属元素具有潜在的生物毒性，进入活体后代谢缓慢，且在水中溶解性差，这大大限制了它们的应用价值。相对于无机材料，有机染料具有相对分子量较小，易于代谢，同时也可以实现近红外第二窗口区的发射，利于临床转化。所以近红外第二窗口区的有机荧光染料引起了广泛的关注。近期，本发明课题组开发了具有近红外第二窗口激发和发射的有机小分子荧光染料FD-1080。同时，证明了相对于已报道的NIR-II材料所使用的激发波长(650-980nm)，1064nm作为激发波长具有更好的组织穿透深度和空间分辨率。但此类分子需要包裹在血清蛋白中实现近红外第二窗口荧光成像，同时代谢较快无法实现长时间检测。到目前为止，还未报道激发和发射都在近红外第二窗口区的七甲川菁染料实现长时间荧光成像用于监控小鼠腿部缺血再灌注，动脉溶栓过程及脑部血脑屏障的开启和关闭。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、生物相容性好，光稳定性高的近红外第二窗口激发和发射的荧光染料及其制备方法和应用。

第一，本发明在前人工作的基础上设计出一条新的合成七甲川菁类染料的方法，得到新的化合物结构，该方法和化合物结构未见文献报道，具体过程是利用吲哚化合物与乙酰氯和缩合剂一锅法高效率的合成目标化合物。

第二，本发明针对现有染料，例如吲哚菁绿(ICG)血液半衰期短(5min)等问题，合成了能实现长时间对血管等部位进行检测的荧光染料。该染料实现了对小鼠腿部缺血再灌注，动脉溶栓过程及脑部血脑屏障的开启和关闭的监控。

第三，本发明合成了一类水溶性好，并且连有活性基团如羧基，氨基，马来酰亚胺基团等，可对蛋白，多肽，氨基酸，DNA等进行修饰用于生物成像。

本发明提供的近红外第二窗口激发和发射的荧光染料，为有机小分子七甲川菁荧光染料，记为LZ染料，包括LZ和LZ-O，LZ-S或LZ-N，其化合物结构通式如下：

其中：

R₁、R₂、R₃和R₄各自独立选自H、C_1-18烷基、R₂₁、SO₃R₈、或COOR₉；