一种基于萘二酰亚胺衍生物的近红外二区染料及其制备和应用

摘要

本发明涉及一种基于萘二酰亚胺衍生物的近红外二区染料及其制备和应用，首先使用萘二酰亚胺作为受体结构单元与不同的供体单元进行偶联反应得到一类基于萘二酰亚胺结构的近红外二区染料。再将该近红外二区染料与两亲脂质分子DSPE‑PEG5000自组装，得到的水溶性纳米颗粒在近红外二区具有很好的荧光强度，可作为造影剂实现在近红外二区的成像应用。

说明书

技术领域

本发明属于纳米生物医学成像材料技术领域，涉及一种基于萘二酰亚胺衍生物的近红外二区染料及其制备和应用。

背景技术

由于荧光成像不需要电离辐射，可发展为一种无创或微创技术，方便地用于生物现象的研究。与此同时，荧光成像也存在自荧光猝灭、光漂白和低组织穿透深度等一些关键问题。而近红外二区(NIR-Ⅱ，1000-1700纳米)发光有较低的自荧光吸收与组织散射，与传统的可见光荧光成像和近红外一区(NIR-I，650-900纳米)荧光成像相比，近红外二区成像具有最小的散射和最深的穿透深度，可实现高分辨率和高信噪比，在分子诊断和治疗方面具有巨大的应用潜力。其中基于有机小分子的近红外二区染料由于具有较高的生物相容性，快速的排泄能力，以及制备方法简单快捷等优点，是目前生物成像和化学研究领域的一个研究热点。然而，已报道的大量的基于有机小分子的近红外二区染料都是基于苯并噻二唑为电子受体的结构，因此，开发一类基于萘二酰亚胺衍生物为电子受体结构的近红外二区染料造影剂在生物医学领域具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种基于萘二酰亚胺衍生物的近红外二区染料及其制备和应用，以提高近红外二区成像造影剂的荧光强度，实现体内清晰准确的近红外二区成像效果等。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种基于萘二酰亚胺衍生物的近红外二区染料，其化学结构式为：

其中，R

本发明的技术方案之二提供了一种基于萘二酰亚胺衍生物的近红外二区染料的制备方法，以萘二酰亚胺为受体结构单元，与供体单元进行偶联反应，即得到目标产物，其中，

萘二酰亚胺的化学结构式为

具体反应过程如下：

进一步的，该制备方法具体包括以下步骤：

(1)将受体结构单元萘二酰亚胺与供体单元溶于甲苯与水的混合溶液，再于惰性气体保护条件下，加入相转移催化剂四丁基溴化铵与催化剂四(三苯基膦)钯进行催化反应；

(2)反应结束后，冷却，采用二氯甲烷萃取再通过柱层析，即得到目标产物。

更进一步的，步骤(1)中，受体结构单元萘二酰亚胺、供体单元、Aliquat 336、碳酸钾和四(三苯基膦)钯的添加量之比为1mmol：(2.1-2.5)mmol：(10-50)mg：(5-10)mmol：(0.05-1)mmol。更进一步的，步骤(1)中，催化反应的温度为90～130℃，时间为12～36h。

本发明的技术方案之三提供了一种基于萘二酰亚胺衍生物的近红外二区染料的应用，该近红外二区染料用于制备造影剂。

进一步的，所述造影剂的制备过程具体为：

S01：将近红外二区染料溶于二氯甲烷中，得到近红外二区染料的二氯甲烷溶液；

S02：将两亲脂质分子溶于水中，得到两亲脂质分子的水溶液；

S03：将近红外二区染料的二氯甲烷溶液与两亲脂质分子的水溶液混合后，在室温条件下，搅拌过夜并蒸发除去多余二氯甲烷，即得到目标产物造影剂。

更进一步的，步骤S01中，近红外二区染料的二氯甲烷溶液的浓度为0.5～2mg/mL；

步骤S02中，两亲脂质分子的水溶液的浓度为2～8mg/mL；

步骤S03中，所投加的近红外二区染料与两亲脂质分子的质量比为1:4～8。

更进一步的，所述两亲脂质分子为DSPE-PEG5000。

进一步的，所述造影剂用于制备肿瘤疾病诊疗药物。

本发明设计、合成、制备了一类基于萘二酰亚胺衍生物近红外二区染料造影剂，是由基于萘二酰亚胺结构的近红外二区染料与两亲脂质分子DSPE-PEG5000自组装而成的。合成路线与制备方法都十分简单。可作为近红外二区造影剂实现活体内各类病灶部位的高质量的近红外二区成像，包括全身血管成像、淋巴引流成像、类风湿性关节炎成像和移植肿瘤成像，同时可精准引导对移植肿瘤的手术切除。而且，通过改变供体单元的结构，高效合成了一系列近红外二区荧光染料，增加了近红外二区成像造影剂的种类与选择空间。

附图说明

图1为本发明实施例1中的N，N'-(2'-乙基)己基-2,6-二溴-1,4,5,8-萘四羧酸二亚胺的核磁共振氢谱；

图2为本发明实施例1中的近红外二区小分子的核磁共振氢谱；

图3为本发明实施例1中的近红外二区小分子的MALDI-TOF质谱；

图4为本发明实施例1中的近红外二区小分子的荧光光谱图；

图5为本发明实施例2中所得的近红外二区小分子造影剂的透射电镜照片；

图6为本发明实施例2中所得的近红外二区小分子造影剂在荷瘤鼠上的NIR-Ⅱ荧光活体成像应用；

图7为本发明对比例2中所得的小分子的核磁共振氢谱；

图8为本发明的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施例中，

如无特别说明的原料试剂或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售产品或常规处理技术。

实施例1：

本实施例提供的近红外二区小分子的结构如下所示：

本实施例的制备方法参见图8所示，具体包括以下步骤：

1)在250mL圆底烧瓶中加入5g 1,4,5,8-萘四羧酸二酐(18.64mmol，1equiv)和75mL发烟硫酸，向反应体系中加入催化量的碘，再在室温条件下缓慢加入1.72mL溴(33.52mmol，1.8equiv)，然后加热至50℃并搅拌反应48小时。冷却后，缓慢加入硫代硫酸钠的饱和溶液除去多余的溴，再将反应液倒入冰水中形成黄色沉淀，过滤，水洗，得到亮黄色固体，即为2,6-二溴-1,4,5,8-萘四羧酸二酐，直接进行下一步反应。

2)在100mL圆底烧瓶中加入2g 2,6-二溴-1,4,5,8-萘四羧酸二酐(4.69mmol，1equiv)和50mL冰醋酸，向反应体系中加入4mL 2-乙基己基胺(24.42mmol，5.2equiv)，加热至回流并搅拌反应1小时，冷却后，反应混合物减压浓缩至约为原始体积的1/10，然后加水，形成红棕色粗产物，柱层析分离(洗脱剂为石油醚与乙酸乙酯的混合溶液)得到淡黄色固体，即为N，N'-(2'-乙基)己基-2,6-二溴-1,4,5,8-萘四羧酸二亚胺，产率33％。其核磁共振氢谱如图1所示。

3)在100mL圆底烧瓶中加入0.5g N,N'-(2'-乙基)己基-2,6-二溴-1,4,5,8-萘四羧酸二亚胺(0.77mmol，1equiv)、0.63g 4-(二苯基氨基)苯硼酸频那醇酯(1.70mmol，2.2equiv)、催化量的Aliquat 336、0.55g碳酸钾(3.98mmol，5.2equiv)、46mg四(三苯基膦)钯(0.04mmol，0.05equiv)和30mL甲苯与5mL水的混合溶液。将反应体系脱气20分钟，然后在氩气气氛下在120℃下加热并搅拌反应24小时。冷却至室温后，加入水，用二氯甲烷萃取，合并有机相用无水硫酸镁干燥，过滤并减压浓缩。柱层析分离(洗脱剂为石油醚与二氯甲烷的混合溶液)得到蓝色固体，产率40％。

对得到的近红外二区有机小分子进行核磁共振氢谱和MALDI-TOF质谱表征，结果分别如图2和图3所示。对得到的近红外二区有机小分子进行发射光谱测试，如图4所示，可以看出其发射峰在1060纳米波段，属于近红外二区材料。

实施例2：

近红外二区小分子造影剂

将1mg近红外二区小分子(实施例1制备)溶于1mL二氯甲烷中，6mg两亲脂质分子DSPE-PEG5000溶于1mL水溶液中，将制备的二氯甲烷溶液和水溶液混合得到混合液体，再在室温条件下，搅拌过夜蒸发除去多余的二氯甲烷得到近红外二区小分子造影剂。

对得到的近红外二区小分子造影剂进行透射电镜表征，结果如图5所示，形貌为球形，尺寸大约在50nm左右。

应用例：

近红外二区小分子造影剂用于肿瘤打近红外二区荧光活体成像

荷瘤裸鼠经尾静脉注射近红外二区小分子造影剂(实施例2制备)，用近红外二区成像仪对小鼠进行成像，如图6所示，可以看出在尾静脉注射12小时后，该造影剂在肿瘤部位有明显富集，二区荧光强度明显高于周围组织，证明其可对肿瘤病灶成像。

对比例1：

与实施例1相比，绝大部分都相同，除了4-(二苯基氨基)苯硼酸频那醇酯的添加量改为0.9mmol。柱层析分离(洗脱剂为石油醚与二氯甲烷的混合溶液)得到两种蓝色固体，其中极性较小的是偶联上两个4-(二苯基氨基)苯的目标产物(产率10％)，另一个极性较大的产物为偶联上一个4-(二苯基氨基)苯的副产物(产率：27％)，其具体的核磁结果如图7所示。

对比例2：

与实施例2相比，绝大部分都相同，除了造影剂中省去了两亲脂质分子的引入。即无法得到水溶性的纳米颗粒，也就无法进行后续的近红外二区荧光活体成像实验。

实施例3：

与实施例1相比，绝大部分都相同，除了调整4-(二苯基氨基)苯硼酸频那醇酯、Aliquat 336、碳酸钾、四(三苯基膦)钯的用量，使得N,N'-(2'-乙基)己基-2,6-二溴-1,4,5,8-萘四羧酸二亚胺、4-(二苯基氨基)苯硼酸频那醇酯、Aliquat 336、碳酸钾、四(三苯基膦)钯的添加量之比为1mmol：2.1mmol：10mg：5mmol：0.05mmol。

实施例4：

与实施例1相比，绝大部分都相同，除了调整4-(二苯基氨基)苯硼酸频那醇酯、Aliquat 336、碳酸钾、四(三苯基膦)钯的用量，使得N,N'-(2'-乙基)己基-2,6-二溴-1,4,5,8-萘四羧酸二亚胺、4-(二苯基氨基)苯硼酸频那醇酯、Aliquat 336、碳酸钾、四(三苯基膦)钯的添加量之比为1mmol：2.5mmol：50mg：10mmol：1mmol。

实施例5：

与实施例1相比，绝大部分都相同，除了步骤3)中催化反应的温度为90℃，时间为36h。

实施例6：

与实施例1相比，绝大部分都相同，除了步骤3)中催化反应的温度为130℃，时间为12h。

实施例7：

与实施例2相比，绝大部分都相同，除了所投加的近红外二区染料与两亲脂质分子的质量比为1:4。

实施例8：

与实施例2相比，绝大部分都相同，除了所投加的近红外二区染料与两亲脂质分子的质量比为1:8。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。