一种高效产生单线态氧且能特异性靶向脂滴的咪唑类荧光探针及其制备方法

本发明属于荧光探针制备，具体涉及一种高效产生单线态氧且能特异性靶向脂滴的咪唑类荧光探针及其制备方法。

背景技术：

1、荧光成像作为一种非侵入性和高时空分辨率的技术，近年来因其强大的对各种生理过程的可视化能力受到广泛关注。作为其关键组件，具有亚细胞器靶向能力的荧光团是高度需求的，利用它们可以实现与细胞器功能障碍或代谢异常相关病理过程直接监测。一般而言，具有红色/近红外(nir)区域发射的荧光探针具有穿透深度高和组织自发荧光干扰低的优点，是用于生物成像的首选。通过对荧光团π共轭度的延伸被证明是获得红光/nir发射的有效策略，但该策略常常会导致荧探针在水介质中的聚集，使得荧光发射显着减弱，称为聚集诱导猝灭(acq)效应。为解决这个问题，有报道揭示了一种具有聚集诱导发射(aie)现象的荧光团，其在聚集状态下表现出显著增强的荧光。自此，各种aie型荧光探针被相继开发，其在生物介质中表现出特定的细胞器靶向能力和红光/近红外发射特性，在高性能细胞成像和生物传感应用方面取得重大进展。

2、脂滴(lds)作为一种多功能的动态细胞器，已被证明在脂质代谢、蛋白质降解和信号转导等生物过程包括中起着重要作用。对细胞内lds的选择性标记和高保真示踪可以直接监测异常脂质代谢相关的病理过程，如ii型糖尿病、动脉粥样硬化和脂肪肝等等。最近，利用缺电子唑类特别是噻二唑片段设计合成的aie型荧光探针，被证明能有效用于红光/近红外区脂滴靶向的生物成像示踪。同时，利用荧光探针在光活化下产生具有细胞毒性的单线态氧(1o2)，能达到“影像导航”下针对肿瘤细胞的光动力治疗作用。尽管取得了重要进展，但具有结构多样化的其他含氮唑类却较少被用于脂滴靶向型aie探针的合成和应用研究。因此，设计开发新型基于唑类结构的、具有脂滴特异性靶向性能和光敏活性的aie型荧光探针对于异常脂质代谢相关疾病的早期诊断与治疗具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种高效产生单线态氧且能特异性靶向脂滴的咪唑类荧光探针及其制备方法，该荧光探针表现出aie性质和大的斯托克斯位移，在油脂处理的人宫颈癌(hela)细胞内能特异性靶向脂滴实现高对比度的荧光成像。

2、为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种高效产生单线态氧且能特异性靶向脂滴的咪唑类荧光探针，其结构通式为：其中，r为甲基、甲氧基或叔丁基。

3、上述高效产生单线态氧且能特异性靶向脂滴的咪唑类荧光探针的制备方法(如图1所示)，包括以下步骤：

4、(1)将n-甲基咪唑、呋喃-2-甲醛、醋酸钯、水合醋酸铜和吡啶混合，在氮气保护条件下加入溶剂1,4-二氧六环，在-40-120℃温度下反应0.1-240h，冷却至室温后加入二氯甲烷，依次经过滤、减压移去溶剂和分离纯化，得2-呋喃取代咪唑；

5、(2)在干燥条件下加入步骤(1)所得2-呋喃取代咪唑并溶于氯仿充分搅拌，在-40-0℃温度下滴加n-溴代丁二酰亚胺的氯仿溶液，滴加完成后在室温下反应0.1-240h，减压移去溶剂，分离纯化，得5-溴-2-呋喃取代咪唑；

6、(3)在干燥条件下加入步骤(2)所得5-溴-2-呋喃取代咪唑、取代的三苯胺硼酸、钯催化剂、添加剂和有机溶剂，在氮气保护和-40-110℃条件下反应0.1-240h，冷却至室温后加入二氯甲烷，依次经过滤、减压移去溶剂、分离纯化和真空干燥，得2,5-(杂)芳基取代咪唑类前体；将2,5-(杂)芳基取代咪唑类前体、1,3-茚二酮、吗啉和无水乙醇混合，在氮气保护和-40-80℃条件下反应0.1-240h，冷却至室温后加入二氯甲烷，依次经无水硫酸镁干燥、减压移去溶剂、分离纯化和真空干燥，得高效产生单线态氧且能特异性靶向脂滴的咪唑类荧光探针。

7、上述制得的2-呋喃取代咪唑、5-溴-2-呋喃取代咪唑和2,5-(杂)芳基取代咪唑类前体结构式分别为其中，r为甲基、甲氧基或叔丁基。

8、进一步，步骤(1)中，n-甲基咪唑反应浓度为0.001-10mol/l；n-甲基咪唑、呋喃-2-甲醛、醋酸钯、水合醋酸铜和吡啶摩尔比为1:0.01-50:0.01-10:0.01-50:0.01-50。

9、进一步，步骤(2)中，2-呋喃取代咪唑反应浓度为0.001-10mol/l；2-呋喃取代咪唑和n-溴代丁二酰亚胺摩尔比为1:0.01-1.1。

10、进一步，步骤(3)中，5-溴-2-呋喃取代咪唑反应浓度为0.001-10mol/l；5-溴-2-呋喃取代咪唑、取代的三苯胺硼酸、钯催化剂和添加剂摩尔比为1:0.01-50:0.01-10:0.01-50。

11、进一步，钯催化剂为四(三苯基膦)钯、醋酸钯、氯化钯、二(乙腈)二氯化钯、二(苯腈)二氯化钯、二(三苯基膦)二氯化钯、双(二亚苄基丙酮)钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、氯化烯丙基钯(ii)二聚物和(1,5-环辛二烯)二氯化钯(ii)中的至少一种。

12、进一步，有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、二甲基亚砜、苯、邻二氯苯、氯苯、甲苯、二甲苯、均三甲苯、环己烷、石油醚、叔戊醇、1,4-二氧六环、1,2-二氯乙烷、n,n-二甲基甲酰胺和n,n-二甲基乙酰胺中的至少一种。

13、进一步，添加剂为碳酸铯、醋酸铯、特戊酸铯、碳酸钠、醋酸钠、碳酸钾、焦磷酸钾、磷酸钠、醋酸钾、焦磷酸钠和碳酸氢钠中的至少一种。

14、进一步，2,5-(杂)芳基取代咪唑类前体、1,3-茚二酮和吗啉摩尔比为1:0.01-50:0.01-10。

15、本发明所得高效产生单线态氧且能特异性靶向脂滴的咪唑类荧光探针，即2,5-(杂)芳基取代咪唑类荧光探针，具有强的分子内电荷转移效应，表现出大的斯托克斯位移；还在dmso/h2o体系中表现出明显的aie现象；以及在油酸处理的hela细胞中能特异性靶向脂滴，实现高对比度的荧光成像。

16、综上所述，本发明具备以下优点：

17、1、本发明所得荧光探针表现出aie性质和大的斯托克斯位移，在油脂处理的人宫颈癌(hela)细胞内能特异性靶向脂滴实现高对比度的荧光成像。这是以因为在咪唑的2,5位分别引入取代的三苯胺和1,3-茚二酮片段，形成具有推拉电子结构的d-π-a型荧光分子，增强分子内电荷转移效应，实现hela细胞内特异性靶向脂滴的荧光成像。荧光探针在白光照射下能高效产生单线态氧，在油酸处理的hela细胞中能特异性靶向脂滴进行高对比度的荧光成像。同时，该荧光探针能特异性标记动脉粥样硬化模型小鼠主动脉内异常的脂滴分布，达到高分辨率的荧光成像可视化效果。

18、2、制备时，在步骤(1)中引入过渡金属催化c-h键活化策略，利用咪唑与呋喃在钯催化下的c-h/c-h交叉偶联反应，高效制备“咪唑-呋喃”类“联杂芳烃”片段；随后，通过步骤(2)中对溴代反应进程的控制，选择性合成咪唑c5位溴代的中间产物即5-溴-2-呋喃取代咪唑，以用于步骤(3)中制备咪唑类荧光探针。

19、3、本发明的荧光探针具有大的斯托克斯位移，不同极性溶剂中的发射波长可以达到682nm，有效地减少了荧光染料的自吸收，提高荧光显影的灵敏度；具有明显的aie现象，克服了传统荧光探针在细胞内因为聚集导致的荧光淬灭效应；在白光照射下能高效产生单线态氧，具有实现“影像导航”的光动力治疗的潜力；在油酸处理的hela细胞中能特异性靶向脂滴，实现高对比度的荧光成像；能特异性标记动脉粥样硬化模型小鼠主动脉内异常的脂滴分布，达到高分辨率的荧光成像可视化效果。