[发明专利]一种可用于检测生理粘度的近红外发射花菁类荧光染料及其制备方法

说明书

一种可用于检测生理粘度的近红外发射花菁类荧光染料及其制备方法。本发明通过改变经典花菁染料结构中的甲川链设计合成一种近红外发射的花菁类荧光染料，合成方法安全简便。在纯水体系中，Stokes位移超过90nm，大大改善了传统花菁染料斯托克斯位移小导致自淬灭的缺点，最大发射波长(670nm)位于近红外区，适合细胞成像。其荧光强度随粘度的增大而显著增强，对粘度具有很高的选择性和灵敏度。在细胞成像实验中，该染料展示出较好的水溶性、生物相容性和较小的生物毒性，并且能够靶向定位亚细胞器线粒体，检测线粒体中的粘度变化。总之，本发明提供了一种可用于检测生理粘度的新型近红外发射花菁染料的设计合成方法。

技术领域

本发明属于光学传感成像检测技术中的分子荧光染料的制备领域，特别是一种用于检测生理粘度的花菁类荧光染料的制备方法。

背景技术

生物环境中的粘度水平对整个生命体系起着至关重要的作用，当人体内血浆粘度逐渐增加时，就会诱发高血压、高血脂、脑梗塞、心脏病等疾病。粘度还会影响细胞内信号运输、大分子之间的相互作用以及活性代谢物的扩散。线粒体被称作是“Power house”，其粘度的异常是许多疾病和细胞方面的功能障碍指标，粘度的增加可降低线粒体膜流动性，产生活性氧物质，导致阿尔兹海默症、帕金森病、动脉硬化、糖尿病、细胞恶性肿瘤等疾病。所以检测活细胞线粒体内的粘度变化具有重大意义。

落球粘度计、活塞式粘度计和旋转粘度计是传统的粘度检测方法，但是无法实现对细胞内的粘度进行检测。荧光成像技术能够无损、实时、动态、原位地在活体或者活细胞中进行可视化示踪，在分子生物学、细胞生物学、医学、药物开发及疾病监测等领域都有广泛地应用，而荧光探针作为荧光成像技术最有力的工具之一，具有高选择性、快速实时监测、易于操作、可设计性强等优点。它可以利用优良的细胞膜通透性对细胞内的粘度进行检测，能够实时高效的反应细胞生物体内粘度变化情况。

但并不是所有的荧光探针都可以应用于生物成像。作为荧光探针最重要的组成部分，荧光染料的设计与合成显得尤为关键，目前的荧光染料大致分为两类，一类是可见光染料(<650nm)，这类染料的荧光发射波长和生物样品背景荧光有重叠，有背景干扰，能量高，对细胞和组织伤害较大，不是生物成像的最佳选择，另一类是深红及近红外染料(650-900nm)，其波长较长。能量较低，组织穿透能力强、能有效降低背景荧光干扰、对组织损伤小，更适合细胞和组织成像，所以发展深红及近红外荧光染料这类理想的染料是迫切需要的。

目前广泛使用的近红外染料主要是花菁类。花菁类染料具有摩尔吸光系数大、生物兼容性好、毒性低、合成方法简便等优势，但是也存在许多不足，比如容易在水中聚集、斯托克斯位移小、可修饰的基团少等缺点，所以要合成一种新型花菁染料，使荧光发射的波长位于深红及近红外区，同时能够克服上述缺点。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术存在的上述不足，利用荧光成像技术，提供一种可用于检测生理粘度的近红外发射花菁类荧光染料及其制备方法，以便增大Stokes位移，并成功用于活细胞内线粒体中粘度的检测。该制备方法简便，制备过程中无需高温高压，不需要使用极易燃、易爆的化学药品，危险系数低，也不需要昂贵的金属进行催化反应，易于推广使用。

本发明的技术方案：

一种可用于检测生理粘度的近红外发射花菁类荧光染料，其发射波长位于深红及近红外区，结构式如下：

花菁染料的结构一般是较大的共轭体系，具有可旋转的碳碳单键，因此可利用扭转的分子内电荷转移(Twisted Intramolecular Charge Transfer，TICT)的荧光机制检测生理环境中的粘度。当环境粘度较小时，TICT分子主要通过非辐射跃迁过程回到基态，几乎没有荧光；粘度增加时，TICT态受到抑制，荧光逐渐恢复。

一种可用于检测生理粘度的近红外发射花菁类荧光染料的制备方法，制备流程如下所示：