一种近红外发光的阳离子自由基细菌荧光成像抗菌剂及其制备与应用

本发明属于医用材料的，具体涉及一种具有近红外发光的阳离子自由基的细菌荧光成像抗菌剂及其制备方法与应用。所述细菌荧光成像抗菌剂在细菌荧光成像以及监测细菌与免疫细胞的相互作用过程的应用。

背景技术：

1、抗生素在现代细菌感染治疗中发挥了重要作用。但由于抗生素的滥用导致耐药性细菌的出现，细菌感染在全球范围内引发严重疾病。因此，开发新型抗菌剂，实现细菌的诊疗一体化至关重要。细菌膜带负电性，为了精确识别细菌的位置，必须在抗菌剂上进一步修饰靶向基团。目前开发了一系列基于带正电荷的细菌靶向试剂，如铵盐、抗菌肽和金属配合物等。但这些诊疗一体化的试剂通常会经历繁琐的合成过程。近年来，超分子主体化合物稳定自由基被用于光热疗法。然而，没有超分子主体化合物稳定的自由基作为细菌诊疗一体化的药物。因为大多数阳离子自由基的荧光量子产率较低。这可能是由于激发态和基态之间的低能隙以及激发能的快速非辐照衰减所致。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种具有近红外发光的阳离子自由基细菌荧光成像抗菌剂及其制备方法。本发明的试剂为细菌诊疗一体化的试剂，可以实现细菌诊疗一体化。

2、本发明的另一目的在于提供上述抗菌剂的应用。所述阳离子自由基化合物在细菌诊疗一体化试剂或药物中的应用，所述诊疗一体化是指在针对革兰氏阳性菌的成像和杀灭。所述抗菌剂还可以用于监测体内和体外免疫细胞吞噬细菌的过程和针对革兰氏阴性菌的药物筛选。

3、本发明的目的通过下述技术方案实现：

4、一种具有近红外发光的阳离子自由基细菌荧光成像抗菌试剂，是由式ii阳离子自由基化合物和葫芦[7]脲组成；

5、式ⅱ化合物：

6、其中r1为氢、取代或未取代的芳基、杂芳基；

7、其中r2、r3、r4、r5独立地为氢、取代或未取代的烷基、卤素、烷基氧基、烷基氨基、芳基、杂芳基、芳基氧基(ar-o-)、芳基氨基(ar-nh-)、芳基硫基(ar-s-)、杂芳基氧基、杂芳基氨基、杂芳基硫基。

8、r1中，所述芳基指具有6-20个碳原子的单环或多环芳族基团，代表性的芳基包括：苯基、萘基、蒽基、芘基；

9、所述取代的芳基是指芳基环状上的氢被烷氧基、氨基、羧基中一种以上取代；

10、所述杂芳基指具有1-20个碳原子、1-4个选自n、s、o杂原子的单环或多环杂芳族基团，代表性的杂芳基包括：吡咯基、吡啶基、嘧啶基、咪唑基、噻唑基、吲哚基、氮杂萘基、氮杂蒽基、氮杂芘基。

11、r2、r3、r4、r5中，所述烷基为c1-30烷基，烷基氧基为c1-30烷基氧基，烷基氨基为c1-30烷基氨基，烷基硫基为c1-30烷基硫基；

12、所述取代的烷基是指烷基上的氢被羟基、甲氧基、羧基、卤素等基团取代。

13、所述芳基指具有6-20个碳原子的单环或多环芳族基团，代表性的芳基包括：苯基、萘基、蒽基、芘基；芳基氧基、芳基氨基和芳基硫基中的芳基各自独立的为具有6-20个碳原子的单环或多环芳族基团，代表性的芳基包括：苯基、萘基、蒽基、芘基。

14、所述杂芳基指具有1-20个碳原子、1-4个选自n、s、o杂原子的单环或多环杂芳族基团，代表性的杂芳基包括：吡咯基、吡啶基、嘧啶基、咪唑基、噻唑基、吲哚基、氮杂萘基、氮杂蒽基、氮杂芘基；所述杂芳基氧基、杂芳基氨基和杂芳基硫基中杂芳基各自独立的为具有1-20个碳原子、1-4个选自n、s、o杂原子的单环或多环杂芳族基团，代表性的杂芳基包括：吡咯基、吡啶基、嘧啶基、咪唑基、噻唑基、吲哚基、氮杂萘基、氮杂蒽基、氮杂芘基。

15、r1优选为苯基、烷氧基取代的苯基(所述烷氧基优选为c1-5烷基氧基)；r2、r5独自优选为烷基(所述烷基优选为c1-5烷基)；r3、r4独自优选为氢、取代的烷基(优选为被羟基取代的烷基，特别是被羟基取代的c1-5烷基)。

16、所述具有近红外发光的阳离子自由基细菌荧光成像抗菌剂具体是在葫芦[7]脲和有氧的条件下，式i化合物氧化，得到由式ii阳离子自由基化合物和葫芦[7]脲组成的复合物，即阳离子自由基细菌荧光成像抗菌剂。

17、所述式ⅰ化合物为：

18、

19、r1、r2、r3、r4、r5如前面式ii所定义。

20、所述cb[7]与式i化合物的摩尔比为1：(2～4)。

21、所述具有近红外发光的阳离子自由基化合物(式ii)是将式i化合物与葫芦[7]脲在氧气中原位氧化得到。具体是在水溶液中氧化得到。

22、所述具有近红外发光的阳离子自由基细菌荧光成像抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：将式i化合物和葫芦[7]脲在水中混合，式i化合物在有氧的条件下进行氧化反应，得到由式ii阳离子自由基化合物和葫芦[7]脲组成的复合物，即阳离子自由基细菌荧光成像抗菌剂。

23、氧化反应的方程式：

24、

25、所述水为超纯水；

26、所述有氧条件是指在氧化剂的作用下反应，氧化剂为氧气、含有氧气的气氛(如：空气)；

27、在氧化剂的作用下进行反应时，可以光照或不光照。

28、当氧化剂为氧气或空气时，在进行氧化时，光照或不光照；

29、光照时，氧化反应称为光氧化。所述光氧化是指在有氧的条件下进行光照。

30、所述光照包括太阳光、紫外光。

31、所述式i化合物在水中的浓度为1μm～1000mm；所述cb[7]与式i化合物的摩尔比为1：(2～4)。

32、所述反应的时间为1～30min。

33、本发明的阳离子自由基细菌荧光成像抗菌试剂用作细菌荧光成像剂，进行细菌染色；特别是革兰氏阳性菌的荧光成像剂。

34、本发明的阳离子自由基细菌荧光成像抗菌剂用于革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的区分鉴别，革兰氏阳性菌被染色发红色荧光，革兰氏阴性菌不染色；所述革兰氏阳性菌为金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌；所述革兰氏阴性菌为大肠杆菌、绿脓杆菌。

35、本发明的阳离子自由基细菌荧光成像抗菌剂用作鉴别革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的试剂。

36、本发明的阳离子自由基细菌荧光成像抗菌试剂用于针对革兰氏阴性菌进行药物筛选；所述革兰氏阴性菌为大肠杆菌、绿脓杆菌。

37、本发明的阳离子自由基细菌荧光成像抗菌剂用于检测革兰氏阳性菌与免疫细胞相互作用。

38、本发明的阳离子自由基细菌荧光成像抗菌剂在抗菌上的应用，用于抑制和杀灭革兰氏阳性菌；所述革兰氏阳性菌为金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。

39、本发明具有以下优异的效果：

40、本发明的阳离子自由基化合物通过原位反应生成，不需分离，具有近红外发光，生成效率高、稳定性好的优点，可直接用于细菌的荧光成像。能够对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌进行有效的区分，同时对于革兰氏阳性菌具有良好的抗菌效果，从而实现细菌的诊疗一体化；还能实现对革兰氏阴性菌的药物筛选。此外，该阳离子自由基可以作为检测细菌与免疫细胞的相互作用的荧光探针。