一种BODIPY分子及其制备方法与应用

本发明属于生物医学成像领域，具体涉及一种bodipy分子及其制备方法与应用。

背景技术：

1、生物成像是解析生物组织结构和阐明生理过程的重要工具，通过对生物体中的细胞和组织采用特定的监测方法，可以检测特定的变化，从而在细胞水平上可视化和量化生物、生理和病理过程。在各种成像方法中，荧光成像具有突出的优势，荧光物质进入生物细胞或组织后，可以使用特殊的激发灯来激活这些物质，从而实现安全、无创的检测。

2、传统的荧光成像方法仍然存在生物体自身荧光信号强、细胞损伤大、激发光穿透深度差等问题。特别是可见光的穿透深度被限制在几毫米，激发光不能深入到目标组织，这些因素使得短波荧光探针在临床应用中存在很大的局限性，为了克服这些困难，目前荧光探针的研究逐渐集中在长波长的荧光探针上，如红光和近红外荧光探针。除了光子穿透更深外，近红外荧光造成的光学损伤更小，避免了生物自荧光的干扰，从而提高了检测的信噪比，因此，近红外荧光成像正成为当今生物成像领域最有前途的分析工具之一。

3、近年来，氟硼二吡咯(bodipy)染料作为理想的荧光生物探针得到了广泛的研究和应用，其具有可修饰性高、荧光量量子产率好、发射带宽小、检测灵敏度好等优异的光学性能。为了达到近红外发射检测或成像的目的，常用的方法是延长分子结构的共轭，这可能会降低bodipy的溶解度，增加其合成难度；同时，在bodipy上构建和修饰d-a结构也被证明是承担近红外发射的有效方法，不仅可以实现近红外发射的红移，而且可以避免上述缺点。此外，鉴于生物体内部的水系统与bodipy固有的疏水性之间的主要矛盾，通过各种改性方法提高其水溶性显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明提供一种bodipy分子及其制备方法与应用，所合成的bodipy分子均表现出红光和近红外发射和较大的stokes位移，在形成纳米粒子后不仅能保持良好的光物理性质，而且具有良好的生物相容性，这两种分子形成纳米粒子后都能被细胞内化，具有良好的成像效果。

2、为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种bodipy分子，具有两亲性结构，结构式如下：

4、

5、其中，bdp-a(r1为r2为)；bdp-b(r1为r2为)；

6、peg为分子量2000的聚乙二醇链。

7、上述bodipy分子的制备方法，包括以下步骤：

8、(1)原料苯甲醛或其衍生物与苯乙酮或其衍生物通过羟醛缩合反应，合成查尔酮衍生物；

9、(2)利用步骤(1)得到的查尔酮衍生物与阿拉伯糖反应，合成二羰基化合物；

10、(3)利用步骤(2)得到的二羰基化合物通过paal-knorr反应，合成吡咯衍生物；

11、(4)原料对甲苯磺酰氯依次与聚乙二醇链和对羟基苯甲醛发生反应，合成对位连有聚乙二醇链的苯甲醛；

12、(5)利用步骤(3)得到的吡咯衍生物与步骤(4)得到的对位连有聚乙二醇链的苯甲醛反应合成bdp-a；

13、(6)将步骤(3)得到的吡咯衍生物使用semcl进行胺基保护，再依次进行buchwald–hartwig偶联反应和semcl基团的脱保护，合成连有二苯胺的吡咯衍生物；

14、(7)利用步骤(6)得到的连有二苯胺的吡咯衍生物与步骤(4)得到的对位连有聚乙二醇的苯甲醛反应合成bdp-b。

15、以上所述步骤中，步骤(1)中进行的羟醛缩合反应所用的无机碱为氢氧化钾，反应时间为4h，反应温度为40℃；

16、步骤(3)中所述的paal-knorr反应的反应时间为2h，反应温度为130℃，所用溶剂为乙酸，二羰基化合物与醋酸铵的摩尔比为1：1.5；

17、步骤(4)所进行的反应的时间分别为3h和12h，反应温度分别为0℃和120℃，所用的无机碱分别为氢氧化钠和碳酸钾；

18、步骤(6)所述buchwald–hartwig偶联反应的反应时间为12h，反应温度为90℃；所述semcl脱保护反应的溶剂为四氢呋喃，所用催化剂为三二亚苄基丙酮二钯，催化剂与原料摩尔比为0.05：1；

19、采用水洗，萃取，干燥，以及柱层析等手段对bodipy分子进行提纯。水洗采用蒸馏水，萃取采用石油、乙酸乙酯或二氯甲烷，通过无水硫酸钠干燥。柱层析采用本领域所熟知的柱层析方式，硅胶目数为200-300目，洗脱剂为石油醚和二氯甲烷。

20、上述的bodipy分子应用于制备纳米粒子，其方法包括以下步骤：

21、(a)称取一定量的bodipy材料，溶解在一定量去离子水中；

22、(b)将步骤a的溶液使用超声处理30分钟；

23、(c)将步骤b所述的溶液进行离心，上层清液即为纳米粒子溶液。

24、有益效果：本发明提供了一种bodipy分子及其制备方法与应用，经过筛选和优化合成工艺，不仅提高了中间体的溶解度，而且降低了合成和纯化的难度，此外，本发明的分子几何结构最大限度地减少了亲水性基团对bodipy发色团发光性质的影响，通过调控bodipy核心结构上取代基的给电子能力，将bodipy的发射调谐到近红外(nir)区域，所合成的两种bodipy分子均表现出红光或近红外发射和较大的stokes位移，在形成纳米粒子后不仅能保持良好的光物理性质，而且具有良好的生物相容性。这两种分子都能被细胞内化，具有更好的成像效果。纳米粒子的体内成像结果表明，可在肿瘤中富集，有效地照亮肿瘤，能清晰显示肿瘤形态，而且可通过肝、肾两种途径代谢出体外，可以被用于体内成像，是安全有效的生物成像近红外荧光材料，在生物成像领域由非常广阔的应用前景。

25、本发明在bodipy上引入聚乙二醇(peg)链可以形成自组装纳米粒子，形成光学纳米探针，自组装的bodipy纳米粒子具有近红外发射、大stokes位移和高荧光量子效率的优点，可以提高在水中的分散性和信噪比，从而降低生物背景荧光的干扰，体外研究表明这些纳米粒子可以进入肿瘤细胞，并通过荧光成像照亮细胞质。由于bdp-b纳米粒子达到了近红外发射，该纳米粒子经静脉注射后，可在肿瘤中富集，并通过增强穿透和保留效应(enhanced penetrability and retention effect,epr)有效照亮肿瘤，可以直接作为一种体内成像荧光染料。

技术特征：

1.一种bodipy分子，其特征在于，所述分子具有两亲性结构，结构式如下：

2.一种bodipy分子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的bodipy分子的制备方法，其特征在于，步骤(5)中合成bdp-a具体包括：利用步骤(3)得到的吡咯衍生物与步骤(4)得到的对位连有聚乙二醇链的苯甲醛反应合成bdp-a。

4.根据权利要求2所述的bodipy分子的制备方法，其特征在于，步骤(5)中合成bdp-b具体包括：将步骤(3)得到的吡咯衍生物使用semcl进行胺基保护，再依次进行buchwald–hartwig偶联反应和semcl基团的脱保护，合成连有二苯胺的吡咯衍生物；利用得到的连有二苯胺的吡咯衍生物与步骤(4)得到的对位连有聚乙二醇的苯甲醛反应合成bdp-b。

5.根据权利要求2所述的bodipy分子的制备方法，其特征在于，步骤(1)中进行的羟醛缩合反应的反应时间为4h，反应温度为40℃。

6.根据权利要求2所述的bodipy分子的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述paal-knorr反应的反应时间为2h，反应温度为130℃。

7.根据权利要求2或6所述的bodipy分子的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述paal-knorr反应的二羰基化合物与醋酸铵的摩尔比为1：1.5。

8.根据权利要求2所述的bodipy分子的制备方法，其特征在于，步骤(4)所进行的反应的时间分别为3h和12h，反应温度分别为0℃和120℃。

9.根据权利要求4所述的bodipy分子的制备方法，其特征在于，所述buchwald–hartwig偶联反应的反应时间为12h，反应温度为90℃；所述semcl脱保护反应的溶剂为四氢呋喃，所用催化剂为三二亚苄基丙酮二钯，催化剂与原料摩尔比为0.05：1。

10.权利要求1所述的bodipy分子在制备生物成像纳米粒子中的应用。

技术总结
本发明了一种BODIPY分子及其制备方法和应用，属于生物医学成像领域，通过调控BODIPY核心结构上取代基的给电子能力，将BODIPY的发射调谐到近红外（NIR）区域。此外，本发明在BODIPY上引入聚乙二醇（PEG）链可以形成自组装纳米粒子，形成光学纳米探针。自组装的BODIPY纳米粒子具有近红外发射、大Stokes位移和高荧光量子效率等优点，可以提高在水中的分散性和信噪比，从而降低生物背景荧光的干扰。体外研究表明，这些纳米粒子可以进入肿瘤细胞，并通过荧光成像照亮细胞质。

技术研发人员：朱森强,王佳乐,张清,廖海涛,刘睿,朱红军
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13