[发明专利]一种两亲性荧光染料及其合成方法和应用

说明书

本发明公开了一种两亲性荧光染料及其合成方法和应用，其中两亲性荧光染料的结构通式如下所示：上述通式中：R为氢、烷基、烯基、羟基、氨基、酰基、取代或未取代的苯基或其他芳香基。本发明设计合成的两亲性荧光染料，表观油水分配系数接近1，可以方便的穿过细胞膜，可用于活细胞染色，具有优异的生物应用价值，并且所得染料的最大吸收和发射波长有效地产生了红移，而且具有较高的荧光量子产率。此外，本发明的荧光染料与蛋白质有较强的结合，具有一定的细胞内定位能力。

技术领域

本发明涉及一种两亲性荧光染料及其合成方法和应用。

背景技术

荧光染料技术是目前人类深入探究生命内部各类化学组成、生物分子及组织结构的功能作用，了解人体运行规律的有力武器。荧光染料的开发一般都要求荧光团具有较高的荧光量子效率和较好的生物相容性和稳定性，同时,为了避免生物样品基体中自身荧光的强烈干扰，具有优良性能的生物荧光探针分子的荧光发射波长一般在近红外波段(780～1100nm)，且受周围环境的影响较小。

荧光染料一般都具有较大的芳香环，由于疏水作用，相当多的荧光染料难溶于水，致使荧光染料的许多重要优势都没办法在水体系中发挥作用。至今只有少数研究完全解决了水溶性问题，通常采用的方法包括：引入离子型亲水基团、引入中性亲水基团、引入两亲性自组装等。

目前常见的荧光染料主要包括花菁类、BODIPY类、罗丹明类、卟啉类、荧光素类等。但是，花菁类染料光稳定性表现较差；BODIPY类的染料分子的水溶性较低、发色团的波长范围较窄；罗丹明类染料吸收和发射波长离红外区有较大距离，不适用于生物体荧光成像分析；荧光素类荧光效应极易受溶液酸碱度的影响，最大吸收和发射波长较小，样品背景干扰严重，碱性条件下，水溶性太好而脂溶性较差，限制了其在生物体中的应用，Stokes位移较小，使得检测方法灵敏度降低。

两亲性荧光染料报道最多的是2,6-二苯基-4-(2,4,6-三苯基吡啶)，虽然分子中存在亲水性的阴阳离子基团，然而其在水溶液中的溶解度仅在10^-6M左右；Walker等人报道了一种两亲性的花菁染料在范德华力和疏水作用力下自聚集形成双壁管状聚集体，亲水的磺酸基朝外，疏水基团在内(J.Phys.Chem.C,2011,115,2470-2475)；Wurthner等报道了一些含多胺的荧光染料，将多胺部分质子化可以得到水溶性极好的染料(Chem.Eur.J.2010,16,3372-3382)；Huang小组设计合成了一种阴离子表面活性剂荧光探针，但是处于疏水链尾端的突光基团在胶束形成过程中会包埋在非极性的内核当中，其荧光各向异性的改变对胶束的生长过程及其敏感(Chem.Mater.2008,20,3814-3820)；Ernst小组报道了一种多轻基取代的功能型荧光表面活性剂，亲水基团是多枝羟基链，发光基团是苝核，疏水基团是两条烷基链(Adv.Funct.Mater.2012,22,3921-3926)。现有的两亲性荧光染料在水中会发生自组装成纳米结构，这种纳米组装体由于尺寸较大，难以穿过细胞膜。

综上，现有的荧光染料都具有以下缺点：

(1)合成工艺复杂，经常涉及无水无氧的苛刻反应条件。

(2)目前常用的亲水修饰基团存在各自的缺陷，离子型修饰基团极易无选择性地与血液及组织结构中存在的各类带电离子和非电中性物质发生强烈结合；中性修饰基团存在分子尺寸不易控制、产物不易分离、染料稳定性差、制备成本高昂、易受带电离子干扰等弊端；两亲性自组装方法则对染料结构要求苛刻。

(3)上述修饰方法对于具有大共轭平面的近红外探针水溶性提升效果极为有限。

(4)现有的两亲性荧光染料在水中会发生自组装成纳米结构，这种纳米组装体由于尺寸较大，难以穿过细胞膜。

所以现有的两亲性荧光染料无法用于活细胞染色。

发明内容

本发明针对上述现有技术所存在的不足，提供了一种两亲性荧光染料及其合成方法和应用。