本發(fā)明涉及有機(jī)探針?lè)肿蛹夹g(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù):
硫醇(即,含巰基的化合物)在生命系統(tǒng)中起到非常重要的作用,例如,谷胱甘肽(gsh)可以維持細(xì)胞內(nèi)的氧化還原、細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)換等,半胱氨酸(cys)可以作為細(xì)胞外的還原劑,合成蛋白質(zhì)的決定性底物等。某些硫醇的水平與許多疾病(如牛皮癬、肝臟損傷、艾滋病)和癌癥有直接關(guān)聯(lián),由于硫醇的作用很重要,開(kāi)發(fā)和研究檢測(cè)硫醇的探針具有重要的意義。
熒光探針是有效檢測(cè)生命體內(nèi)硫醇的手段之一,相對(duì)于其他檢測(cè)方法,使用熒光探針?lè)ㄟM(jìn)行硫醇檢測(cè)具有靈敏度高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn),但目前大部分ph探針波長(zhǎng)較短,不能避開(kāi)組織自吸收和自熒光,背景干擾較強(qiáng),部分stocks位移小,紫外吸收波譜和熒光光譜重疊較大,信噪比低,毒性較大,不能用于細(xì)胞和活體ph檢測(cè)。而近紅外熒光探針的最大吸收波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)為600~900nm,可避免背景干擾。因此,近紅外熒光檢測(cè)在生物樣品分析中有明顯的優(yōu)越性。
因此,設(shè)計(jì)合成具有大的stokes位移、背景干擾少、能快速檢測(cè)硫醇的近紅外熒光探針?lè)浅S斜匾?/p>
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
有鑒于此,本發(fā)明提供了一種信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針及其制備方法和應(yīng)用。在硫醇存在下,所述信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針的激發(fā)、發(fā)射均在近紅外光區(qū),stocks位移較大、背景干擾少,對(duì)硫醇有較高的靈敏度、高選擇性,同時(shí)探針的毒性低,對(duì)細(xì)胞和活體傷害較小,很適合用來(lái)進(jìn)行生物體內(nèi)硫醇的檢測(cè)。
本發(fā)明第一方面提供了一種信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針,其化學(xué)結(jié)構(gòu)式如式(ⅰ)所示:
式(ⅰ)中,x1為-s-或-se-,r'為c1-12的亞烷基,x2為-c(ch3)2-、-o-、-s-或-se-,r1和r2分別獨(dú)立地選自h原子、c1-18烷基或如so3r5所示的基團(tuán),其中,r5為c1-18烷基或芐基,r3和r4分別獨(dú)立地選自c1-18烷基或芐基,y為氟、氯、溴或碘。
優(yōu)選地,所述x1為-s-。
優(yōu)選地,所述r'為-ch2ch2-。
優(yōu)選地,所述x2為-c(ch3)2-。
優(yōu)選地,所述r1和所述r2均為h原子。
優(yōu)選地,所述r3和所述r4均為乙基。
優(yōu)選地,所述y為碘。
進(jìn)一步優(yōu)選地,所述x1為-s-,所述r'為-ch2ch2-,所述x2為-c(ch3)2-,所述r1和所述r2均為h原子,所述r3和所述r4均為乙基,所述y為碘。
本發(fā)明中所述信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針,基于熒光聚集淬滅原理,通過(guò)含二硫鍵或二硒鍵的連接體-nh-r'-x1-x1-r'-nh-(x1為-s-或-se-)將兩個(gè)近紅外花菁類(lèi)熒光染料分子
在硫醇分子存在下,該探針的最大發(fā)射波長(zhǎng)在755nm,能有效避開(kāi)組織自吸收和自熒光,最大激發(fā)為620nm,stocks位移高達(dá)135nm,背景干擾小、信噪比較高;同時(shí),該探針的毒性低,在檢測(cè)情況下,該探針的激發(fā)波長(zhǎng)較長(zhǎng),位于近紅外區(qū)域,對(duì)細(xì)胞和活體傷害較小,且穿透力強(qiáng),由于該探針是基于熒光聚集淬滅原理,在硫醇分子存在下,熒光信號(hào)實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有,信號(hào)變化非常明顯,易于對(duì)硫醇進(jìn)行定性、定量檢測(cè)。
本發(fā)明第一方面提供的所述信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針的stocks位移較大、背景干擾少,對(duì)硫醇有較高的靈敏度、高選擇性,同時(shí)探針的毒性低,對(duì)細(xì)胞和活體傷害較小,很適合用來(lái)進(jìn)行生物體內(nèi)硫醇的檢測(cè)。
本發(fā)明第二方面提供了一種信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針的制備方法,包括以下步驟:
(1)分別提供化學(xué)結(jié)構(gòu)式如式(ⅱ)的化合物以及如式(ⅲ)所示化合物的鹽酸鹽或其硫酸鹽:
式中,x1為-s-或-se-,r'為c1-12的亞烷基,x2為-c(ch3)2-、-o-、-s-或-se-,r1和r2分別獨(dú)立地選自h原子、c1-18烷基或如so3r5所示的基團(tuán),其中,r5為c1-18烷基或芐基,r3和r4分別獨(dú)立地選自c1-18烷基或芐基,y為氟、氯、溴或碘;
(2)將式(ⅱ)所示的化合物與如式(ⅲ)所示化合物的鹽酸鹽或其硫酸鹽按照摩爾比為(1.5-4):1的比例溶解在溶劑中,再加入縛酸劑,保護(hù)氣體氛圍下,在30-75℃下反應(yīng)3-10h,提純后得到信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針,所述信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如式(ⅰ)所示:
式(ⅰ)中,x1為-s-或-se-,r'為c1-12的亞烷基,x2為-c(ch3)2-、-o-、-s-或-se-,r1和r2分別獨(dú)立地選自h原子、c1-18烷基或如so3r5所示的基團(tuán),其中,r5為c1-18烷基或芐基,r3和r4分別獨(dú)立地選自c1-18烷基或芐基,y為氟、氯、溴或碘。
優(yōu)選地,所述x1為-s-。
優(yōu)選地,所述r'為-ch2ch2-。
優(yōu)選地,所述x2為-c(ch3)2-。
優(yōu)選地,所述r1和所述r2均為h原子。
優(yōu)選地,所述r3和所述r4均為乙基。
優(yōu)選地,所述y為碘。
進(jìn)一步優(yōu)選地,所述x1為-s-,所述r'為-ch2ch2-,所述x2為-c(ch3)2-,所述r1和所述r2均為h原子,所述r3和所述r4均為乙基,所述y為碘。
本發(fā)明中,所述如式(ⅲ)所示化合物的鹽酸鹽或其硫酸鹽,為如式(ⅲ)所示化合物的鹽酸鹽形式,或如式(ⅲ)所示化合物的硫酸鹽形式。舉例來(lái)說(shuō),當(dāng)式(ⅲ)中,所述x1為-s-,所述r'為-ch2ch2-時(shí),式(ⅲ)所示化合物的鹽酸鹽形式為
優(yōu)選地,所述將式(ⅱ)所示的化合物與如式(ⅲ)所示化合物的鹽酸鹽或其硫酸鹽按照摩爾比為(1.5-4):1的比例溶解在溶劑中,再加入縛酸劑,具體為:
將所述式(ⅲ)所示化合物的鹽酸鹽或其硫酸鹽和縛酸劑溶解在溶劑中,得到第一混合溶液,將所述式(ⅱ)所示的化合物溶解在溶劑中,得到第二混合溶液,然后將所述第二混合溶液逐滴加入到第一混合溶液中。
優(yōu)選地,所述溶劑為n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、乙腈和甲醇的一種或多種。
優(yōu)選地,所述縛酸劑為三乙胺、n,n-二異丙基乙胺(dipea)或吡啶。
優(yōu)選地,所述縛酸劑與所述化學(xué)結(jié)構(gòu)式如式(ⅲ)的化合物的摩爾比為(1.2-2):1。
優(yōu)選地,所述保護(hù)氣體為氮?dú)?、氬氣或氦氣?/p>
優(yōu)選地,所述提純的方法為:反應(yīng)結(jié)束后,旋蒸除去溶劑,并再加入二氯甲烷,采用濕法過(guò)硅膠柱,用二氯甲烷和甲醇的混合溶液進(jìn)行梯度洗脫,除去溶劑,即得所述信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針。
本發(fā)明第二方面提供的一種信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針的制備方法,該制備方法簡(jiǎn)單易操作。
本發(fā)明第三方面提供了第一方面所述的信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針在檢測(cè)硫醇中的應(yīng)用。即,所述探針可以應(yīng)用于制備硫醇檢測(cè)、診斷或治療的藥物中。
本發(fā)明中,所述硫醇包括含巰基的化合物,如谷胱甘肽,半胱氨酸,二硫蘇糖醇和苯硫酚中的一種或多種,但不限于此。
在硫醇分子存在下,該探針的最大發(fā)射波長(zhǎng)在755nm,最大激發(fā)為620nm,stocks位移高達(dá)135nm,能有效避開(kāi)組織自吸收和自熒光、背景干擾小、信噪比較高;同時(shí),該探針的毒性低,在檢測(cè)情況下,該探針的激發(fā)波長(zhǎng)較長(zhǎng),位于近紅外區(qū)域,對(duì)細(xì)胞和活體傷害較小,且穿透力強(qiáng),由于該探針是基于熒光聚集淬滅原理,在硫醇分子存在下,熒光信號(hào)實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有,信號(hào)變化非常明顯,易于對(duì)硫醇進(jìn)行定性、定量檢測(cè)。
綜上,本發(fā)明提供的一種信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針及其制備方法和應(yīng)用的有益效果包括以下幾個(gè)方面:
(1)所述信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針的激發(fā)、發(fā)射波長(zhǎng)均在近紅外區(qū),對(duì)細(xì)胞或組織的穿透力強(qiáng),樣本損傷小,該探針的stocks位移大,背景干擾小,信噪比較高;
(2)所述信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針的制備方法簡(jiǎn)單易操作;
(3)所述信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針基于熒光聚集淬滅原理而形成,在對(duì)硫醇檢測(cè)時(shí),熒光信號(hào)從無(wú)到有,變化明顯,且該探針對(duì)硫醇線(xiàn)性相關(guān)性較好,易于對(duì)硫醇進(jìn)行定性、定量檢測(cè);
(4)所述信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針的毒性低,帶正電,在細(xì)胞膜負(fù)電的作用下能很快進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)檢測(cè)細(xì)胞或組織內(nèi)的硫醇。
附圖說(shuō)明
圖1為實(shí)施例1制得的信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針的高分辨質(zhì)譜圖;
圖2為實(shí)施例1制得的信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針(cysscy)的熒光強(qiáng)度隨谷胱甘肽(gsh)濃度的變化曲線(xiàn)圖;
圖3為實(shí)施例1制得的探針cysscy在不同濃度的gsh下的熒光強(qiáng)度圖;
圖4為實(shí)施例1制得的探針cysscy的熒光強(qiáng)度與不同濃度的gsh的線(xiàn)性關(guān)系圖;
圖5為實(shí)施例1制得的探針cysscy的細(xì)胞毒性測(cè)試結(jié)果圖;
圖6為實(shí)施例1制得的探針cysscy對(duì)hela細(xì)胞內(nèi)硫醇的熒光成像圖;
圖7為實(shí)施例1制得的探針cysscy對(duì)荷瘤老鼠的熒光成像圖。
具體實(shí)施方式
以下所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾,這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1:
一種信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針的制備方法,包括以下步驟:
室溫下,在25ml圓底燒瓶中加入胱胺二鹽酸鹽(81mg,0.36mmol)、1.5ml甲醇、60μl三乙胺,再加入2ml乙腈,快速攪拌約0.5小時(shí)后,溶液變透明,胱胺二鹽酸鹽全部溶解,得到第一混合溶液;
然后把
反應(yīng)方程式為:
對(duì)實(shí)施例1得到的信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針進(jìn)行uplc-tof-ms質(zhì)譜測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如圖1所示,圖1為實(shí)施例1制得的探針的高分辨質(zhì)譜圖。從圖1中可以看出,通過(guò)質(zhì)譜測(cè)出的分子離子峰m+為551.3339,符合c72h90n6s22+的理論分子量551.3326。
實(shí)施例2:
一種信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針的制備方法,包括以下步驟:
室溫下,在25ml圓底燒瓶中加入胱胺二鹽酸鹽(81mg,0.36mmol)、1.5ml甲醇、99.84μl三乙胺(0.72mmol),再加入2ml的dmf,快速攪拌約0.5小時(shí)后,溶液變透明,胱胺二鹽酸鹽全部溶解,得到第一混合溶液;
然后把
實(shí)施例3:
一種信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針的制備方法,包括以下步驟:
室溫下,在25ml圓底燒瓶中加入胱胺二鹽酸鹽(81mg,0.36mmol)、1.5ml甲醇、74.88μl三乙胺(0.54mmol),再加入2ml的dmf,快速攪拌約0.5小時(shí)后,溶液變透明,胱胺二鹽酸鹽全部溶解,得到第一混合溶液;
然后把
實(shí)施例4:
一種信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針的制備方法,包括以下步驟:
室溫下,在25ml圓底燒瓶中加入胱胺二鹽酸鹽(81mg,0.36mmol)、1.5ml甲醇、74.88μl三乙胺,再加入2ml的dmf,快速攪拌約0.5小時(shí)后,溶液變透明,胱胺二鹽酸鹽全部溶解,得到第一混合溶液;
然后把
效果實(shí)施例
對(duì)谷胱甘肽(gsh)溶液的熒光測(cè)試
將實(shí)施例1制得的信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針(cysscy)配置成探針濃度為20μm的dmso/pbs(ph=7.4,v/v=9:l)的測(cè)試溶液100ml,每次取0.5ml加入已配好的不同濃度的谷胱甘肽(gsh)溶液,使探針rbsscy分子的終濃度為10μm,谷胱甘肽終濃度分別為0μm,1μm,2μm,3μm,4μm,5μm,6μm,7μm,8μm,9μm,10μm,11μm,12μm,13μm,14μm,15μm,16μm,17μm,18μm,19μm,20μm,40μm,60μm,80μm,100μm,測(cè)試探針的熒光強(qiáng)度與谷胱甘肽濃度的變化關(guān)系,結(jié)果如圖2-4所示。圖2為該探針在620nm的激發(fā)波長(zhǎng)下的熒光強(qiáng)度隨gsh的濃度的變化曲線(xiàn)圖;圖3為在激發(fā)波長(zhǎng)為620nm、發(fā)射波長(zhǎng)為755nm處,該探針與不同濃度的gsh的熒光強(qiáng)度圖;圖4為該探針的熒光強(qiáng)度與不同濃度的gsh的線(xiàn)性關(guān)系圖。
從圖2-圖3可以看出,隨著gsh的加入,探針cysscy的熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng),并在gsh的濃度為0-20μm時(shí),cysscy的熒光強(qiáng)度隨gsh濃度有規(guī)律的變化,經(jīng)過(guò)擬合,發(fā)現(xiàn)探針cysscy的濃度為10μm,gsh濃度在4μm-18μm時(shí),cysscy的熒光強(qiáng)度與gsh的濃度有很好的線(xiàn)性關(guān)系(如圖4),相關(guān)系數(shù)r為0.99763,經(jīng)計(jì)算得,gsh的檢測(cè)下限是0.51μm。
細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)
以hela細(xì)胞為例,將實(shí)施例1制得的信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針(cysscy)配置在血清溶液中,分別配成濃度為0.1μm、1μm、5μm、10μm、30μm、60μm、90μm的各組,通過(guò)mtt法進(jìn)行細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn),其細(xì)胞毒性的結(jié)果如圖5所示,從圖5可以看出,探針cysscy在濃度0.1-10μm時(shí),細(xì)胞存活率高達(dá)85%以上,這說(shuō)明該探針的毒性很低,可以用于細(xì)胞內(nèi)硫醇的檢測(cè)。
體外腫瘤細(xì)胞內(nèi)的硫醇檢測(cè)
采用實(shí)施例1制得的信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針(cysscy)對(duì)hela細(xì)胞內(nèi)的硫醇進(jìn)行檢測(cè),將該探針配制在牛血清中,控制探針濃度為5μm,采用德國(guó)leicatcssp5共聚焦顯微鏡進(jìn)行熒光成像,收集576±25mn和756±25nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的熒光,結(jié)果如圖6所示。圖6中a為空白試驗(yàn),e為加入了探針cysscy的hela細(xì)胞,c為加入了硫醇清除劑(n-乙基馬來(lái)酰亞胺1mm)的hela細(xì)胞,g為加入了硫醇清除劑(n-乙基馬來(lái)酰亞胺1mm)培養(yǎng)3小時(shí)后又加入探針cysscy的hela細(xì)胞,b、f、d、h分別為a、e、c、g相應(yīng)的明場(chǎng)成像圖。當(dāng)將所述探針cysscy對(duì)原本含有硫醇的hela細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)(e),可以很明顯地看到該探針在激光光激發(fā)下發(fā)出強(qiáng)烈的紅色熒光,且hela細(xì)胞的背景熒光干擾很小,而當(dāng)將該探針cysscy對(duì)經(jīng)一定量的硫醇清除劑清理后的hela細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)(c),由于處理后的hela細(xì)胞內(nèi)含的硫醇分子很少,該探針?lè)肿觾?nèi)的二硫鍵幾乎不會(huì)被打斷,該探針?lè)肿觾?nèi)的熒光聚集猝滅效應(yīng)依然存在,故觀(guān)察到的熒光較弱;而在經(jīng)硫醇清除劑清理后3h,hela細(xì)胞又恢復(fù)了產(chǎn)生硫醇分子的能力,又可以與該探針的二硫鍵反應(yīng),將原探針內(nèi)的兩個(gè)熒光染料基團(tuán)分離,消除熒光聚集猝滅效應(yīng),從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的熒光信號(hào)。以上對(duì)比說(shuō)明,該探針cysscy對(duì)hela細(xì)胞內(nèi)的硫醇分子有很好的檢測(cè)效果,為其應(yīng)用于生物活體內(nèi)硫醇的檢測(cè)奠定了基礎(chǔ)。
動(dòng)物活體內(nèi)硫醇的檢測(cè)
將實(shí)施例1制得的信號(hào)增強(qiáng)型近紅外熒光探針(cysscy)配制成濃度0.04mg/ml的pbs溶液,采用裸鼠作為研究對(duì)象,對(duì)荷瘤老鼠進(jìn)行0.2mg/kg劑量的探針尾椎靜脈注射,將探針cysscy分子注入荷瘤老鼠體內(nèi),注射0、4h、14h、24h內(nèi)的腫瘤部位的成像效果如圖7所示,采用600nm的紅光激發(fā),采集700-900nm的熒光信號(hào)。
從如圖7可以看出,在注射探針14小時(shí)后,腫瘤部位發(fā)射出的熒光強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他部位,而且非常清晰,而且一直持續(xù)到24小時(shí),成功檢測(cè)出小鼠腫瘤部位。結(jié)果表明,該近紅外探針cysscy在腫瘤的檢測(cè)中具有巨大的價(jià)值,另外,小動(dòng)物活體成像具有較高的靈敏度,能夠客觀(guān)地評(píng)價(jià)熒光探針cysscy的靶向顯象過(guò)程以及檢測(cè)效果。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式,其描述較為具體和詳細(xì),但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是,對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下,還可以做出若干變形和改進(jìn),這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此,本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。