[发明专利]红色双光子荧光AIE化合物及其合成和应用

说明书

本发明公开了红色双光子荧光AIE化合物及其合成和应用。所述化合物的结构如式(Ⅰ)所示，化学名称为2,6‑双[(1E)‑2‑[4‑(二丁基氨基)苯基]乙烯基]‑1‑(2‑羟基乙基)吡啶鎓溴化物。本发明提供了一种所述式(Ⅰ)所示的化合物的合成方法，包括如下步骤：(1)2,6‑二甲基吡啶与2‑溴乙醇发生季铵化反应，制得1‑(2‑羟基乙基)‑2,6‑二甲基吡啶鎓溴化物，即相应的式(Ⅱ)所示的化合物；(2)式(Ⅱ)所示的化合物与4‑(二丁基氨基)苯甲醛发生双边脱水缩合反应，制得相应的式(Ⅰ)所示的化合物。本发明提供了式(Ⅰ)所示的化合物在制备活细胞中双光子荧光成像试剂中的应用。本发明提供的化合物兼具红色双光子荧光发射、显著的AIE效应、在水中较大的双光子荧光活性吸收截面、良好的活细胞穿透性和低的细胞毒性。

(一)技术领域

本发明涉及一种化合物及其合成方法和在制备活细胞中双光子荧光成像试剂中的应用。

(二)背景技术

在普通光照射下，分子只能发生线性吸收，即吸收一个光子到达激发态，这个过程称为单光子吸收；若随后激发单线态的分子经过辐射跃迁，放出光子回落到稳定的基态，则这种辐射称为单光子荧光。如果采用强激光作为激发光源，由于激光光频电场强度已接近于物质原子内部电场强度，因而可引起物质的非线性极化响应。双光子吸收则是一种三阶非线性光学效应，指分子同时吸收两个光子，经过一个虚中间态到达高能激发态的跃迁过程；若其随后发生辐射跃迁，所产生的频率上转换荧光称为双光子荧光。

与单光子吸收相比，双光子吸收具备以下几大特点：(1)单光子吸收为线性吸收过程，双光子吸收则为非线性吸收过程；(2)单光子吸收过程是物质分子吸收一个能量高的短波长的光子达到激发态，而双光子吸收过程是物质分子吸收两个能量低的长波长的光子达到激发态；(3)在双光子吸收过程中，物质分子的吸收强度、电子跃迁几率与激发光强度的平方成正比；(4)对于荧光分子，一般用吸收截面来表示该分子吸收光子的能力。吸收截面越大，物质分子对光子的吸收能力越强。通常，单光子吸收截面在10³²-10³³GM范围内，因此所需要的光密度较小；而双光子吸收截面一般在1-10⁴GM范围内，所以普通分子发生双光子吸收的概率非常小；(5)双光子吸收发生在焦点处λ³(λ为激发波长)的空间范围内，而单光子吸收发生在整个聚焦光路范围内。

基于以上特点，以双光子吸收为基础的双光子荧光成像技术具有许多单光子技术无法比拟的优点：(1)大大降低了光对被测生物样本的光致毒性；(2)大大减少了光对荧光的漂白作用，有效延长了对被测样本荧光的观测时间；(3)大大提高了被测样本的穿透深度和空间分辨率。因此，双光子荧光成像技术在以荧光为传导信号的主-客体分子识别过程中，如：生物荧光识别、医学荧光诊断等，具有不可估量的应用潜力和前景。

绝大多数传统荧光分子在稀溶液中呈现出较强的荧光，但是在高浓度溶液中或者在固态时，荧光往往会减弱甚至完全消失，这种浓度猝灭的主要原因与聚集体的形成有关，故该现象被称作“聚集导致荧光猝灭(Aggregation-Caused Quenching，ACQ)”。与具有ACQ效应的传统荧光分子不同，具有“聚集诱导发光(Aggregation-Induced Emission，AIE)”效应的分子在溶液中发光十分微弱甚至不发光，但是在聚集状态下和固态薄膜中荧光急剧增强，从而大大拓宽了它们在生物体系中的使用范围。AIE分子可广泛应用于生物检测、生化过程示踪、细胞器染色、微生物和组织器官成像等领域。

在荧光成像时，长波长的红色荧光发射不仅能够有效减少光损伤，增强光的透过率和透过深度，而且避开了在蓝光/绿光区域细胞内的自发荧光干扰，使背景噪音减到最小，从而提高成像的信噪比，可以获得更优的层析成像。

因此，设计并合成出兼具红色双光子荧光发射和显著AIE效应的新型化合物，并使其具备大的双光子荧光活性吸收截面、良好的活细胞穿透性和低的细胞毒性，实现其在活细胞中的双光子荧光成像的实际应用，既有理论意义又有现实意义。

(三)发明内容