一种具有AIE特征的葡聚糖衍生物及其合成方法和用途与流程

本发明涉及一种具有aie特征的葡聚糖衍生物及其合成方法和用途，属于荧光材料技术领域。

背景技术：

近年来，随着生物成像技术的不断发展，使得具有成像功能的纳米载体受到研究者的重视。然而，传统的荧光探针受到聚集淬灭(acq)效应的影响，在高浓度时其荧光效率会显著降低，导致以荧光为输出信号的检测分析手段受到严重的制约。而有研究者发现一种新的荧光分子，它在聚集状态下能够发出强烈的荧光强度，这种新的荧光分子可以避免传统的荧光分子在高浓度条件下出现的荧光淬灭现象，这种现象被称为聚集诱导发光(aie)效应。研究者对这种荧光分子产生了极大的兴趣，随着研究的深入，整个可见光波长范围均被研究者开发出具有聚集诱导发光效应的体系，这些具有aie的体系被广泛的应用于细胞成像及其相关研究领域。

然而，目前被报道的aie体系，主要集中于具有π共轭基团的小分子和有机聚合物。这些含有π共轭基团的分子对于生物应用来说不仅存在水溶性差，而且具有较大的细胞毒性，这些缺点严重限制了他们在生物医药领域的应用。另一方面，两亲性的具有聚集诱导发光性质的荧光分子很少被研究者报道，两亲性分子可自组装形成具有疏水核和亲水壳结构的纳米胶束在水溶液中，将具有aie特征的小分子荧光化合物与具有亲水性的物质形成两亲性的分子，在结构上，这种两亲性的分子既含有疏水性的具有aie特征的荧光化合物又含有亲水性的结构单元。葡聚糖分子能够与生物组织相容，原因在于葡聚糖分子链上含有大量的亲水性的羟基，而且可以在酶的作用下进行降解，由于葡聚糖的亲水性和生物相容性，使葡聚糖可以当作一种载体，在生物成像领域得到广泛应用。

由于研究者对聚集诱导发光的认知时间不长，到目前为止，合成的具有聚集诱导发光的化合物种类十分有限，而且结构比较单一。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种具有aie特征的葡聚糖衍生物及其合成方法和用途。本发明通过分子设计，合成了新型的具有聚集诱导特征的化合物，通过与葡聚糖形成两亲性的化合物，可用作细胞成像及其相关研究领域。

本发明具有aie特征的葡聚糖衍生物，其结构式如下：

其中x＝59.4，y＝1.6。

本发明具有aie特征的葡聚糖衍生物的制备方法，是由葡聚糖与具有aie特征的化合物1——n-羟乙基-4-(4-甲酰苯基)-1,8-萘酰亚胺通过羰基二咪唑(cdi)进行酯化反应，得到目标产物。

所述化合物1的结构式如下：

本发明具有aie特征的葡聚糖衍生物的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1：反应仪器在120℃的烘箱内充分干燥，放入干燥器中冷却至室温。在圆底烧瓶中加入0.194g(1.2mmol)cdi和3ml无水dmso，搅拌分散均匀；准确的称取0.345g(1mmol)化合物1完全溶于8ml无水dmso中，用恒压漏斗将其缓慢滴加至圆底烧瓶中，常温条件下搅拌反应3h；

步骤2：称取0.31g葡聚糖于完全干燥的反应器中，加入适量无水dmso，在n2保护下加热搅拌至葡聚糖完全溶解，随后向反应器中缓慢滴加步骤1的反应液，在70℃条件下搅拌反应24h；将反应液转移到透析袋中，首先在dmso溶液中透析24h，然后在去离子水中透析72h，透析液8h更换一次，产物冷冻干燥。

本发明目标产物的合成路线如下：

本发明具有aie特征的葡聚糖衍生物的用途，是在细胞成像过程中作为荧光探针的应用。

本发明具有aie特征的葡聚糖衍生物可溶于水，并且具有较低的临界胶束浓度，该临界胶束浓度为5×10^-3mg/ml，在低浓度下具有很好的聚集诱导发光特征，具有聚集诱导发光特征的浓度范围是1×10^-3mg/ml到60×10^-3mg/ml，在细胞成像及其相关研究领域具有重要研究价值。

与现有技术相比本发明的有益效果体现在：

本发明选用新型的具有聚集诱导发光特征的小分子化合物，它与葡聚糖形成两亲性的葡聚糖衍生物，在水溶液中具有很好的溶解度，并且在水溶液中的浓度高于其临界胶束浓度时可形成自荧光纳米胶束，它可作为自荧光探针用于细胞内成像。

附图说明

图1为本发明具有aie特征的葡聚糖衍生物的红外谱图。

图2为本发明具有aie特征的葡聚糖衍生物的核磁氢谱。

图3为不同浓度的具有aie特征的葡聚糖衍生物的水溶液的荧光光谱(λex＝360nm)。

图4为不同浓度的具有aie特征的葡聚糖衍生物在460nm处的荧光强度与其浓度对数关系图(λex＝360nm)。

图5是本发明具有aie特征的葡聚糖衍生物的光漂白图。

图6为hela细胞的共聚焦图像。其中，hela细胞的荧光图像(a)，荧光和明场图像的叠加(b)，明场图像(c)。

具体实施方式

本发明可以通过以下的实施例进一步说明，但不仅仅局限于实施例。

实施例1：具有aie特征的葡聚糖衍生物的制备

1、反应仪器在120℃的烘箱内充分干燥，放入干燥器中冷却至室温。在圆底烧瓶中加入0.194g(1.2mmol)cdi和3ml无水dmso，搅拌分散均匀；准确称取0.345g(1mmol)化合物1完全溶于8ml的无水dmso中，用恒压漏斗将其缓慢滴加到圆底烧瓶中，常温条件下搅拌反应3h。

2、另准确称取0.31g葡聚糖于完全干燥的三颈烧瓶中，加入适量无水dmso，在n2保护下加热搅拌至葡聚糖完全溶解，将步骤1获得的反应液置于恒压漏斗中，缓慢的滴加到圆底烧瓶中，在70℃条件下搅拌反应24h；将反应液转移到透析袋中，首先在dmso溶液中透析大约24h，接着在去离子水中透析72h，透析液8h更换一次，产物冷冻干燥。

图1是具有aie特征的葡聚糖衍生物的红外谱图(dextran:葡聚糖，dex-cho:葡聚糖荧光标记物)。ft-ir(kbr，cm^-1)：3400(o-h伸缩振动，2929(-ch2伸缩振动)，通过与原料相比，产物的o-h峰比原料葡聚糖的o-h峰弱，表明原料葡聚糖的羟基被反应。在1747cm^-1处是新形成的酯基峰，证明产物成功合成。

图2是具有aie特征的葡聚糖衍生物的核磁氢谱图。选择的溶剂是dmso-d6，3.2-4.9ppm属于葡聚糖的-ch2-和-oh峰，7.8-8.5ppm属于化合物1的萘环和苯环上的氢，10.1ppm属于化合物1的-cho峰，表明产物成功合成。

实施例2：具有aie特征的葡聚糖衍生物的聚集诱导发光性质

准确称取目标产物20mg，完全溶解于dmso溶剂中，配置成浓度为25mg/ml的储备溶液，用水将储备溶液稀释成浓度为1mg/ml的待测溶液，取4ml的纯水于pe管中，在每个pe管中分别加入4μl、8μl、12μl、20μl、28μl、36μl、48μl、72μl浓度为1mg/ml待测溶液，同时分别取3.84ml和3.76mlh2o于两个pe管中，分别加入160μl、240μl浓度为1mg/ml的待测溶液，摇匀，配置成不同浓度的待测溶液，测定这些待测溶液的荧光光谱(如图3所示)，随着溶液浓度的增加，该具有aie特征的葡聚糖衍生物的荧光强度逐渐增强,其激发波长在λex＝360nm。插图是浓度为10×10^-3mg/ml的溶液在365nm的紫外灯下的照片。

图4是不同浓度的具有aie特征的葡聚糖衍生物的荧光发射光谱与浓度对数关系图，cmc是5×10^-3mg/ml，表明该产物具有较低的临界胶束浓度。

实施例3：具有aie特征的葡聚糖衍生物的光漂白实验

取1.6ml实施例2中浓度为1mg/ml的待测溶液，滴加到80ml的水中，配置成浓度为20×10^-3mg/ml的溶液，在365的紫外灯下不断搅拌，按照一定的时间间隔取3-4ml溶液测定荧光强度(λem＝360nm)，测定8h内它的荧光强度i(如图5所示)，i0代表光照时间为0时待测液的荧光强度，发现8h内它的荧光强度先略有下降，然后趋于稳定，说明它具有很好的抗光漂白性。

实施例4：具有aie特征的葡聚糖衍生物的细胞成像

图6为用该具有aie特征的葡聚糖衍生物处理hela细胞30min后细胞的激光共聚焦显微图像，a为荧光场图像，b为荧光和明场图像的叠加，c为明场图像。从图6a可以看出，在406nm的激光激发下，该葡聚糖衍生物在hela细胞内发射出明显的蓝光荧光。从图6c可以看出，与该葡聚糖衍生物共培养的细胞能很好的保持其细胞形态，表明该葡聚糖具有很好的生物相容性。