一种DNA双光子比率荧光粘度探针及其制备方法

摘要

本发明公开了一种DNA双光子比率荧光粘度探针及其制备方法，其中DNA双光子比率荧光粘度探针的结构式为：本发明合成的目标分子是一类比率荧光粘度材料，具有双吸收及双发射性能，对粘度具有明显的响应，同时，可以消除探针浓度以及仪器设备等因素引起的干扰，可以作为比率荧光粘度探针开发应用。

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种DNA双光子比率荧光粘度探针及其制备方法，具体地说是一种具有生物相容性、低毒性且着色于活体细胞细胞核DNA的双光子粘度探针及其制备方法。

二、背景技术

细胞内的流体粘度与细胞内物质的运输、信号传导、生物大分子之间的作用以及代谢产物的扩散等密切相关。比如，细胞质粘度的改变会影响到心肌细胞和肺巨噬细胞的生物活性，而白细胞膜粘度的增加会加速衰老等。因此，在细胞水平上检测微环境的粘度是一个重要的科学命题。目前虽然报道了许多荧光粘度探针，但能够实现活细胞成像的粘度探针还比较少，特别是活细胞成像双光子荧光粘度探针鲜为报道。

探针的荧光强度受到探针浓度的影响，单纯地通过荧光强度的改变检测细胞内的微粘度的荧光探针只能给出细胞内高粘度区域的荧光图像，但不能给出细胞内荧光成像区域的粘度值相对大小的梯度分布图像。然而采用比率荧光粘度探针可以消除探针浓度以及仪器设备等因素引起的干扰，从而给出细胞内荧光成像区域的微粘度梯度分布图像。因此，如何设计制备双光子比率荧光粘度探针，对于生命科学具有重要的意义。

申请人对本申请的主题进行了如下的文献检索：

1、www.google.com网检索结果：(2015/08/18)

2、中国期刊网检索结果：

检索方式一：

篇名-双光子比率荧光粘度探针：无相关文献。

篇名-DNA双光子比率荧光粘度探针:无相关文献。

检索方式二：

全文-双光子比率荧光粘度探针：无相关文献。

全文-DNA双光子比率荧光粘度探针:无相关文献。

三、发明内容

本发明旨在提供一种DNA双光子比率荧光粘度探针及其制备方法，所要解决的技术问题是通过分子设计合成具有双光子性能的D-π-A型的有机分子(目标分子TM)，该目标分子具有双吸收及双发射性能，对粘度具有明显的响应，可以作为粘度探针开发应用。本发明目标分子在720nm左右具有较大双光子吸收截面，较强的双光子激发荧光和良好的细胞亲和性，能够安全地用于活体细胞显微成像，着色于活体细胞细胞核DNA，给出细胞内DNA的荧光成像区域的微粘度梯度分布图像，使之在生命科学研究领域具有广阔的应用前景。

本发明DNA双光子比率荧光粘度探针的结构式为：

本发明DNA双光子比率荧光粘度探针的制备过程如下：

1、中间体1a的制备：

在100mL的圆底烧瓶中，依次加入0.90g(6mmol)2-甲基苯并噻唑及0.85g(6mmol)碘甲烷，60-70℃下搅拌反应3h；反应结束后冷却至室温，抽滤且用乙醚多次洗涤，得白色产物即为中间体1a。

2、中间体1b的制备：

在100mL的圆底烧瓶中，依次加入0.86g(4.5mmol)5-溴噻吩甲醛，1.13g(15mmol)2-(甲氨基)乙醇及0.1g对甲苯磺酸，100℃下搅拌反应20h；反应完全后加入25mL蒸馏水，二氯甲烷萃取有机相，无水Mg₂SO₄干燥过夜，抽滤，滤液减压浓缩，柱色谱分离(展开剂按体积比石油醚∶乙酸乙酯＝2∶1)，得到黄色固体即为中间体1b。

3、目标分子TM的制备：

100mL圆底烧瓶中，加入0.29g(1.0mmol)中间体1a，0.18g(1.0mmol)中间体1b，30mL绝对乙醇作溶剂，0.1mL哌啶作催化剂，80℃下回流搅拌反应4h，得紫红色溶液；用15mL乙醇将0.25g(1.0mmol)AgPF₆溶解，随后加入所述紫红色溶液中，搅拌、加热至80℃回流反应30min，静置过滤，用乙醇洗涤2次，滤液冷却静置，得目标产物TM，为紫色晶状。^。

合成路线如下：

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明合成的目标分子是一类比率荧光粘度材料，具有双吸收及双发射性能，对粘度具有明显的响应，同时，可以消除探针浓度以及仪器设备等因素引起的干扰，可以作为比率荧光粘度探针开发应用(图1)。

2、目标分子在长波处(720nm)具有较大的有效双光子吸收截面，同时具有激发能量低、穿透性强、光损伤小、低毒等特点，其有效双光子吸收截面随着溶液粘度的增大而明显增大，具有作为双光子荧光粘度探针的应用价值(图2)。

3、目标分子具有很好的生物相容性和细胞通透性，双光子显微成像实验表明，该化合物能够穿过细胞膜，进入细胞，均匀着色细胞核DNA(图3)，从显影结果可以清晰的看到处于不同时期的细胞。不存在类似可利用的商业生物荧光粘度探针，具有较强的商业价值。

4、利用目标分子的比率荧光粘度探针的性能，结合双光子荧光显微成像，能够给出细胞内荧光成像区域的微粘度梯度分布图像(图4)，使之在生命科学研究领域具有广阔的应用前景。

5、本发明合成的目标分子TM，原料易得，反应条件温和，合成步骤简单，使其商业化成为可能。

四、附图说明

图1是目标化合物TM在不同粘度溶液中的荧光变化，TM的短波发射及长波发射荧光随着溶液粘度的增大均有明显的增强。其中A)TM在不同粘度溶液中的荧光变化(λ_ex＝335nm)；B)水/甘油混合溶液中log(I_605nm/I_380nm)和log(viscosity)的线性关系(λ_ex＝335nm)；C)TM红色荧光在不同粘度溶液中的变化(λ_ex＝560nm)；D)水/甘油混合溶液中log(I/I₀)和log(viscosity)的线性关系(λ_ex＝560nm)。在短波(335nm)及长波(560nm)激发下，其发射光强度值的对数均与溶剂粘度值的对数成很好的线性关系，满足-Hoffmann方程对染料作为比率粘度探针检测微环镜粘度变化的要求。说明TM具有作为比率荧光粘度探针以检测微环境粘度变化的开发应用潜力。

图2是目标化合物TM在不同粘度溶剂中的有效双光子吸收截面。说明粘度对该探针的双光子效应具有显著的影响，并且TM具有较大的有效双光子吸收截面，具有作为双光子粘度探针的开发价值。

图3是目标化合物TM与肝癌细胞的单光子及双光子共聚焦成像。其中A)单光子作用图；B)双光子作用图；C)叠加图；D)不同时期的细胞成像图。说明该探针具有细胞通透性和细胞摄取性，着色于细胞核DNA。并且可以通过DNA显影结果，观察处于不同时期的细胞。

图4是目标化合物TM着色的人体肝癌细胞的双光子激发荧光显微照片。其中A)绿色通道成像图；B)红色通道成像图；C)细胞内荧光成像区域的微粘度梯度分布图像。说明利用双光子激发荧光显影，通过短波及长波通道的荧光强度比值，给出细胞内荧光成像区域的微粘度梯度分布图像，使之在生命科学研究领域具有广阔的应用前景。

五、具体实施方式

本实施例中DNA双光子比率荧光粘度探针的制备过程如下：

1、中间体1a的制备：

在100mL的圆底烧瓶中，依次加入0.90g(6mmol)2-甲基苯并噻唑及0.85g(6mmol)碘甲烷，60-70℃下搅拌反应3h；反应结束后冷却至室温，抽滤且用乙醚多次洗涤，得白色产物1.6g，即为中间体1a。

¹HNMR:(400Hz,d₆-DMSO),δ(ppm):8.43(d,J＝8.1Hz,1H),8.29(d,J＝8.5Hz,1H),7.90(t,J＝7.9Hz,1H),7.81(t,J＝7.7Hz,1H),4.20(s,3H),3.16(s,3H).

2、中间体1b的制备：

在100mL的圆底烧瓶中，依次加入0.86g(4.5mmol)5-溴噻吩甲醛，1.13g(15mmol)2-(甲氨基)乙醇及0.1g对甲苯磺酸，100℃下搅拌反应20h；反应完全后加入25mL蒸馏水，二氯甲烷萃取有机相，无水Mg₂SO₄干燥过夜，抽滤，滤液减压浓缩，柱色谱分离(展开剂按体积比石油醚∶乙酸乙酯＝2∶1)，得到黄色固体0.29g，即为中间体1b。

¹HNMR:(400Hz,d₆-DMSO),δ(ppm):9.40(s,1H),7.65(d,J＝4.4Hz,1H),6.12(d,J＝4.4Hz,1H),4.87(t,J＝5.4Hz,1H),3.62(q,J＝5.5Hz,2H),3.47(t,J＝5.6Hz,2H),3.09(s,3H).

3、目标分子TM的制备：

100mL圆底烧瓶中，加入0.29g(1.0mmol)中间体1a，0.18g(1.0mmol)中间体1b，30mL绝对乙醇作溶剂，0.1mL哌啶作催化剂，80℃下回流搅拌反应4h，得紫红色溶液；另取25mL小烧杯，用15mL乙醇将0.25g(1.0mmol)AgPF₆溶解，然后将此溶液加入前述的紫红色溶液中，搅拌、加热至80℃回流反应30min，静置过滤，用乙醇洗涤2次，滤液冷却静置，得紫色晶状TM0.40g。

¹HNMR(400MHz,d₆-DMSO)δ8.08(t,J＝12.1Hz,1H),7.84(d,J＝8.3Hz,1H),7.64(t,J＝7.9Hz,1H),7.50(t,J＝7.7Hz,1H),6.56(s,1H),5.01(t,J＝5.2Hz,1H),3.97(s,1H),3.80–3.59(m,2H),3.28(s,1H).¹³CNMR(100MHz,d₆-DMSO)δ179.7,171.5,167.9,161.2,142.6,141.9,128.9,126.2,125.4,123.7,114.34,109.9,98.5,58.5,42.1,34.6.FT-IR(KBr,cm^-1):3235(s),2920(w),1642(w),1590(s),1520(m),1474(w),1435(w),1372(m),1329(m),1162(s),1039(m),943(w),881(w),811(w),612(w),548(w).M⁺(MS/ESI),331.25.