一种具有生物极性敏感性的荧光染料分子及其制备方法与流程

本发明涉及化学分析技术领域，尤其涉及一种具有生物极性敏感性的荧光染料分子及其制备方法。

背景技术：

细胞内是一个非常复杂的生物体系，从细胞膜、细胞器、细胞质到细胞核，各自成分不一，环境极性均有所差别，通过探针对极性不同的环境进行区分，得到所需要的极性区域的环境信息有着非同寻常的意义。比如说，可以用于研究细胞膜体系的“脂筏”理论、生物体内蛋白质-蛋白质之间的识别、生物分子的自聚集、乃至监测因疾病引起的细胞的异常变化。

荧光探针因具有分析简单、快速、灵敏度高等特点，在生物成像领域应用非常广泛。尽管不少有机分子的荧光随着溶剂极性的改变而有所不同，发射波长会稍有位移，但是总的来说这种变化非常小，不足以应用到生物领域去探测极性的变化。迄今为止，具有明显的生物极性敏感性的荧光染料分子非常少见，因此亟需一种具有明显的生物极性敏感性，而且分离提纯容易，收率较高的荧光染料分子。

技术实现要素：

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种具有明显的生物极性敏感性，分离提纯容易，收率较高的荧光染料分子及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种具有生物极性敏感性的荧光染料分子，其特征在于，分子结构式为：

式ⅰ中取代基r为烷基或聚乙二醇烷氧基链。

作为上述技术方案的优选，本发明提供的具有生物极性敏感性的荧光染料分子及其制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，所述烷基为甲基或者乙基。

作为上述技术方案的改进，所述聚乙二醇烷氧基链为-ch2-ch2-o-ch2-ch2-o-ch2-ch2-o-ch3。

一种具有生物极性敏感性的荧光染料分子的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

惰性气体保护下，将乙酰丙酮、三氧化二硼、硼酸三丁酯和有机溶剂按1mol:0.5-1.2mol:1-3mol:0.2-0.8l的比例混合后加热至65-85℃搅拌10-30分钟，接着向其中依次加入化合物式ⅱ和催化剂，乙酰丙酮和式ⅱ的投料摩尔比为1:2-3，在20-120℃条件下反应1-24小时，冷却至70℃及以下，再向其中加入酸性水溶液搅拌0.5-1.5小时，混合液经提纯处理后即生成式ⅰ；

其中，式ⅱ的结构式为：

其中取代基r为烷基或聚乙二醇烷氧基链。

作为上述技术方案的优选，本发明提供的具有生物极性敏感性的荧光染料分子及其制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，所述烷基为甲基或者乙基。

作为上述技术方案的改进，所述聚乙二醇烷氧基链为-ch2-ch2-o-ch2-ch2-o-ch2-ch2-o-ch3。

下式为化合物式ⅰ的合成路线图(以r为甲基为例)：

作为上述技术方案的改进，酸性水溶液可以是乙酸、盐酸、硫酸水溶液中的一种或混合物。

作为上述技术方案的改进，酸性水溶液的浓度为5-20％。

作为上述技术方案的改进，所述提纯处理为混合液经氯仿萃取分液，收集有机相，干燥浓缩后经硅胶柱层析得到纯的化合物式ⅰ。

如上所述的具有生物极性敏感性的荧光染料分子的应用，其特征在于：所述具有生物极性敏感性的荧光染料分子以荧光成像的方式用于跟踪细胞内极性的动态变化。

本发明提供的荧光染料分子的结构如式ⅰ所示：

本发明提供的化合物式ⅰ是以芳基氮为给体(d)、α,β-不饱和酮为受体(a)的d-π-a-π-d型共轭化合物。因受体单元在不同极性环境下存在着烯醇式和二酮式的互变平衡异构(式ⅲ所示)，从而引起体系共轭程度的变化，导致化合物荧光性质的改变，因此使得式ⅰ拥有良好的极性敏感性。

本发明提供的化合物式ⅰ在纯水的环境中，分子结构中受体单元倾向于以二酮的形式存在；而在极性小的非质子性溶剂(如二甲亚砜)中，则倾向于以烯醇式结构存在；在极性位于水和二甲亚砜之间的溶剂中，如乙醇、乙醇和水的混合物，则二种结构以某种比例平衡存在。

本发明提供的化合物式ⅰ因所处溶剂的极性不同，导致分子中异构体的比例不一样，从而引起化合物荧光性质的变化，可据此应用于细胞中，跟踪细胞极性的动态变化。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：本发明提供的荧光染料，具有很好的水溶性，能很容易地进入细胞，在细胞内发射红色荧光，根据荧光强度的变化能对细胞内的极性实现动态跟踪，对生物极性具有很好的敏感度。如附图2所示，随着细胞的凋亡程度不同，细胞内极性会发生明显变化，而该染料分子通过发射荧光的强度能将细胞内的这种极性变化很清晰的反映出来。该类分子合成收率较高，应用效果优异。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1为实施例1制备的化合物式ⅰ在不同极性溶剂(乙醇与水的不同比例)中的荧光光谱图；

图2为实施例1制备的化合物式ⅰ对hela细胞的荧光成像图：细胞分别用(a)0，(b)1.0,(c)2.0μg/ml的放线菌素d预处理8小时，然后在成像前用5μm式ⅰ染色10分钟。

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。

下述实施例中所用材料、试剂等，若无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、以r为甲基为例，化合物式ⅰ的制备

氩气保护下，乙酰丙酮(1.34g,13.4mmol)、三氧化二硼(0.93g,13.4mmol)和硼酸三丁酯(6.22g,27mmol)(三者摩尔比为1:1:2)溶于5mldmf(有机溶剂)，加热至75℃反应15分钟，然后依次加入化合物式ⅱ(7.59g,27mmol)(乙酰丙酮与化合物式ⅱ的摩尔比＝1:2)和哌啶(30μl)(催化剂)，升温至90℃(反应温度t)继续反应4小时(反应时间t)。冷却至70℃，向体系中加入20％的乙酸水溶液(酸溶液)50ml搅拌1小时。冷却至室温，加入100ml氯仿萃取，有机相用水洗三次(50ml/次)后，用无水硫酸钠干燥，浓缩后，用氯仿/乙醇(50:1)作淋洗剂进行柱层析分离，得式ⅰ为红色固体，7.39g，收率88％。¹hnmr(cdcl3,300mhz)δ[ppm]:7.60(d,2h),7.46(d,4h),6.68(d,4h),6.42(d,2h),5.73(s,1h),3.68-3.60(m,20h),3.54-3.51(m,4h),3.37(s,6h),3.10(s,6h).anal.calcdforc35h50n2o8(％):c,67.07；h,8.04；n,4.47.found:c,67.09；h,8.03；n,4.50。

表1.实施例2-6实验数据

实施例7

将实施例1制备的化合物式ⅰ配置成浓度为3μm，测试其在不同体积分数的水/乙醇的混合溶剂中的荧光发射光谱，如图1所示为实施例1制备的化合物式ⅰ在不同极性溶剂(乙醇与水的不同比例)中的荧光光谱图。当混合溶剂中水的含量从0增大到10％，荧光强度减少了约40％；当水含量达到80％及以上时，荧光已经非常微弱。该实验说明化合物式ⅰ的结构随着水含量的增加发生了变化，逐渐以二酮式为主，从而对环境的极性变化能很好的响应。

实施例8

为了验证化合物式ⅰ对细胞内极性的动态变化具有可视化的效果，我们用放线菌素d来诱导细胞凋亡改变细胞的极性，用化合物式ⅰ对细胞进行标记，通过跟踪荧光强度的变化来观察化合物式ⅰ的效果。两组hela细胞分别用1μg/ml和2μg/ml的放线菌素d预处理，另一控制组仅用1％dmso培养。8小时后，三组细胞都加入5μm化合物式ⅰ，并再培养10分钟。

图2为实施例1制备的化合物式ⅰ对hela细胞的荧光成像图：细胞分别用(a)0，(b)1.0,(c)2.0μg/ml的放线菌素d预处理8小时，然后在成像前用5μm化合物式ⅰ染色10分钟。如图2所示，两组加有凋亡诱导剂的细胞发射的荧光(b,c)明显比控制组(a)要亮，而且加入的凋亡诱导剂的量越多，细胞的荧光强度越大(c比b亮)。说明随着细胞的凋亡，细胞内的极性逐渐降低，化合物式ⅰ能很好的分辨细胞内极性的变化。像化合物式ⅰ这种能敏感地追踪细胞极性变化的荧光染料非常少见。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。