一种具有长余辉发光性质的有机小分子及其生物应用的制作方法

本发明属于长余辉发光材料领域，具体涉及一种具有长余辉发光性质的有机小分子及其生物应用。

背景技术：

1、长余辉发光是指在激发光停止照射后物质仍能够持续发光的现象。长余辉材料是研究与应用最早的材料之一，许多天然矿石本身就具有长余辉发光特性，如夜明珠等。近几十年来，长余辉材料由于其不需要实时激发光的良好特性，在紧急照明、交通标志、室内装饰、显示器、防伪、光学记录和生物化学等新兴领域中都实现了应用。目前广泛应用的长余辉发光材料包括无机长余辉材料和有机长余辉材料。然而，无机余辉材料都含有gd、yb和eu等稀土重金属，并且无机余辉材料的表面很难修饰，且生物安全性较差，难以应用于生物活体成像。花菁类材料具有良好的成像性质，并且具有结构框架改良和修饰的优势。一些荧光性质的发光材料，如cy5.5，icg，可以在细胞水平和部分活体中成像。但是基于花菁类材料的水溶性较差，需要足够的有机溶剂助溶和维持分散性，且在脏器中潴留时间较长，难以迅速代谢，这些原因极大限制了花菁类材料的生物应用。一般来说，具有长余辉特性的材料可以储存并缓慢释放光能，在生物成像中可以有效地消除背景自荧光，具有优异的发光时间和光转换效率高等优点，可以实现高信噪比的成像，是比较理想的荧光发光材料之一。然而，目前可用的余辉材料主要包括无机材料以及一些有机纳米颗粒，具有不明确的代谢毒性，甚至存在活体内无机重金属的泄漏风险，这极大限制了在生物应用中的潜力，因此这些材料难以转化为临床。

2、因此，有必要设计一种具有良好生物安全性的有机长余辉发光体系，从分子结构设计上调控其发光性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有长余辉发光性质的有机小分子及其生物应用，所述有机小分子为长余辉发光物质，在激发光停止后，该发光物质能够持续发射长余辉发光，并且在活体内迅速通过肾脏代谢。

2、为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种具有长余辉发光性质的有机小分子，所述有机小分子的结构式如下：

4、

5、本发明还提供所述具有长余辉发光性质的有机小分子的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)将化合物s1(2-(吡啶-4-基)丙二醛)、化合物s2(3-(2,3,3-三甲基-3h-吲哚-1-基)丙烷-1-磺酸盐)和net3加入溶剂中，在惰性气氛下加热搅拌，反应完成后，除去多余有机相，纯化后得到化合物s3(3-((e)-2-((2z，4e)-5-(3,3-二甲基-1-(3-磺酰基丙基)-3h-吲哚-1-基-2-基)-3-(吡啶-4-基)五-2,4-二烯-1-基)-3,3-二甲基吲哚-1-基)丙烷-1-磺酸盐)；

7、(2)将化合物s3(3-((e)-2-((2z，4e)-5-(3,3-二甲基-1-(3-磺酰基丙基)-3h-吲哚-1-基-2-基)-3-(吡啶-4-基)五-2,4-二烯-1-基)-3,3-二甲基吲哚-1-基)丙烷-1-磺酸盐)、化合物s4(1-(溴甲基)-3,5-双(三氟甲基)苯)加入溶剂中，在惰性气氛下加热搅拌，反应完成后，除去多余有机相，得到粗产物，纯化后得到目标产品，即化合物1；

8、涉及的化学反应式为：

9、

10、优选的方案，步骤(1)中，化合物s1、化合物s2的摩尔比为1：(1～3)。

11、本发明还提供所述具有长余辉发光性质的有机小分子的应用，将其作为荧光发光材料应用于生物体内成像。

12、本发明提供的有机小分子，在激发光停止后，能够较长时间持续、稳定发出长余辉信号。

13、具体的，有机小分子可以在led灯或激光器激发下发出长余辉信号，移除激发光源后，其余辉发光时间在1秒到24小时。

14、具体的，有机小分子具有稳定发光强度，在激发光源激发后，其长余辉的发光强度范围在103～109p/sec/cm2/sr。

15、具体的，有机小分子同时具有较宽的激发波长和发射波长，其激发光的波长范围为200～1500纳米，余辉发射光的波长范围为200～1500纳米。

16、本发明提供一种具有长余辉发光性质的有机小分子，具有以下特点：

17、1)有机小分子可以在双蒸水、生理盐水、dpbs溶液、白蛋白溶液或或含少量(小于50％)乙醇、甲醇、三氯甲烷、二氯甲烷等有机溶剂中具有稳定、较强的长余辉信号，且在溶液中分散度较好。

18、2)有机小分子能够快速进入脉管系统，静脉注射1分钟后即可进入肾脏。

19、3)有机小分子具备的稳定长余辉信号能够用于活体肾脏成像。

20、4)有机小分子有较高的肾小球代谢率，主要通过肾小球途径排泄，并未明显造成肾损伤，极少在其他脏器内残留。

21、5)有机小分子通过在肾损伤动物中差异性代谢速率和成像效果，准确区分出肾损伤程度。

22、本发明公开了一类具有长余辉发光性质的有机小分子的结构框架、合成路线及其生物应用。从花菁结构为分子框架，通过分子结构设计与改造，得到了水溶性的有机小分子长余辉发光体。本发明提供了所述有机小分子长余辉发光体系溶解性质，信号特征，以及在活体成像的应用，该发光体系是以花菁类衍生物为基础框架构建的稳定荧光小分子，在激发光停止后仍能在长时间里产生较强且稳定的长余辉信号，其良好的生物相容性和发光性质使其具有非常理想的生物成像前景。

23、本发明具有以下有益技术效果：

24、本发明一种具有长余辉发光性质的有机小分子，通过结构设计，基于花菁分子框架修饰吡啶盐结构，得到了具有吡啶盐的花菁小分子结构，成功构建以有机小分子作为发光体的有机长余辉材料；得到水溶性极好、有活体生物成像潜力的长余辉有机小分子，该有机小分子在激发光停止后仍能在长时间里产生较强且稳定的长余辉信号。

25、本发明还提供所述有机长余辉发光体系在生物体内成像的应用，该发光体系在静脉注射后，能在1分钟内迅速进入肾，并通过肾小球快速代谢，在正常组织内极少残留，未表现出明显脏器损伤，并且在激发光作用下，在能够在激发区域呈现长余辉信号，具有良好的生物医学应用价值。

技术特征：

1.一种具有长余辉发光性质的有机小分子，其特征在于，所述有机小分子的结构式如下：

2.根据权利要求1所述具有长余辉发光性质的有机小分子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述具有长余辉发光性质的有机小分子的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，化合物s1、化合物s2的摩尔比为1：(1～3)。

4.根据权利要求2所述具有长余辉发光性质的有机小分子的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，加入过量的化合物s4与化合物s3进行反应。

5.根据权利要求1所述具有长余辉发光性质的有机小分子的应用，其特征在于，将其作为荧光发光材料应用于生物体内成像。

6.根据权利要求5所述具有长余辉发光性质的有机小分子的应用，其特征在于，移除激发光源后，有机小分子余辉发光时间在1秒到24小时。

7.根据权利要求5所述具有长余辉发光性质的有机小分子的应用，其特征在于，在激发光源激发后，有机小分子长余辉的发光强度范围在103～109p/sec/cm2/sr。

8.根据权利要求5所述具有长余辉发光性质的有机小分子的应用，其特征在于，有机小分子激发光的波长范围为200～1500纳米，余辉发射光的波长范围为200～1500纳米。

技术总结
本发明公开了一种具有长余辉发光性质的有机小分子，通过结构设计，基于花菁分子框架修饰吡啶盐结构，得到了具有吡啶盐的花菁小分子结构，成功构建以有机小分子作为发光体的有机长余辉材料；得到水溶性极好、有活体生物成像潜力的长余辉有机小分子，该有机小分子在激发光停止后仍能在长时间里产生较强且稳定的长余辉信号。本发明还提供所述有机长余辉发光体系在生物体内成像的应用，该发光体系在静脉注射后，能在1分钟内迅速进入肾，并通过肾小球快速代谢，在正常组织内极少残留，未表现出明显脏器损伤，并且在激发光作用下，在能够在激发区域呈现长余辉信号，具有良好的生物医学应用价值。

技术研发人员：李哲,徐莉
受保护的技术使用者：李哲
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15