一种花菁类染料及其应用

本发明涉及材料，尤其涉及一种花菁类染料及其应用。

背景技术：

1、荧光(fluorescent)是自然界的一种常见发光现象。当荧光物质受到激发光照射时，内部的分子或原子吸收光子从基态跃迁到激发态，随后发出波长更长的出射光，这种出射光就是荧光。上世纪90年代中期，斯坦福大学的chris，pamela contage和beneron三位科学家利用高灵敏度的ccd相机追踪到了活体小鼠体内的光学信号，拉开了小动物活体荧光成像研究的序幕。

2、有机第二近红外(nir-ii)窗口具有良好的生物相容性、深层组织渗透性、高成像分辨率和低自发荧光，因此在光学成像方面有很大的前景。在有机染料中实现nir-ii发射的尝试主要集中在分子工程策略上，通过创建大的π-共轭结构和安装强给电子(d)和接受电子(a)基团。然而，由于缺乏合适的π-共轭支架，nir-ii发射染料很难获得。在这种情况下，迫切需要探索一种替代途径来获得nir-ii染料。

3、花菁类染料具有较小的分子大小，因此可以轻松穿过细胞膜和组织障壁。而且具有高荧光量子产率，即光子被吸收后会转化为发射荧光的比例很高，这使得它们非常适合用于低荧光信号的检测。花菁类染料通常在近红外波段(750-900nm)发射荧光，这个波段的光可以穿透深层组织，减少了组织对荧光信号的吸收和散射。花菁类染料相对稳定，并且有较长的荧光寿命，这使得它们可以用于长时间的实验观察。

4、综上所述，花菁类染料在荧光活体成像中具有高渗透性、高荧光量子产率、长波长发射和稳定性等优势，使得它们成为了生物医学和化学成像领域中重要的工具。

5、利用不同激发光源和不同成像波段相互配合的方式，在示踪需切除病灶部位的同时，清晰显示周围重要结构(如血管、输尿管)，在完整、彻底清扫淋巴结的前提下能有效的保证邻近重要组织器官不受损害。同时，对于无法手术切除的转移淋巴结，利用纳米颗粒光热治疗，能够有效治疗存在肿瘤转移的淋巴结。该种染料的开发可为精准外科手术导航系统研发提供了新思路、新方向、新模式。可用于荧光引导手术，显示了其潜在的临床应用价值。

6、目前的荧光染料在实际应用中往往存在着光稳定性差、现配现用的缺点，而这些缺点大大限制了花菁类荧光探针的实际应用范围。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种花菁类染料及其应用，可应用于荧光活体成像诊断。

2、基于此，本发明设计并合成了一系列不同侧基结构的花菁类近红外二区荧光染料分子a-g：

3、具体的，本发明提供了一种含有苯并吲哚结构的花菁类染料，具有式a或式b所示结构：

4、

5、本发明提供了一种含有萘酰亚胺结构的花菁类染料，具有式c或式d所示结构：

6、

7、本发明提供了一种含有联萘酰亚胺结构的花菁类染料，具有式e所示结构：

8、

9、本发明提供了一种含有马兜铃内酰胺结构的花菁类染料，具有式f所示结构：

10、

11、本发明提供了一种含有苯并吲哚结构九花菁类染料，具有式g所示结构：

12、

13、化合物a-g中，优选的，所述r1选自clo-、i-、bf4-或pf6-。

14、优选的，所述r2选自h或卤素；

15、优选的，所述r3选自以下任一结构：

16、

17、n为0-100。优选为1～4的任意整数。

18、弯线表示连接位置。

19、本发明对上述化合物a-g的制备方法并无特殊限定，以化合物a的一个具体化合物为例，其制备过程的反应方程式如下：

20、

21、在一些实施方案中，步骤(1)中的溶剂选自乙腈。

22、在一些实施方案中，步骤(1)中的反应温度为60-90℃。

23、在一些实施方案中，步骤(1)中的反应时间为3小时至2天。

24、在一些实施方案中，步骤(2)中的溶剂选自乙醇。

25、在一些实施方案中，步骤(2)中的反应温度为90-110℃。

26、在一些实施方案中，步骤(2)中的反应时间为3小时至2天。

27、在一些实施方案中，以化合物a的具体化合物为例，其制备过程的反应方程式如下：

28、

29、在一些实施方案中，步骤(1)中的溶剂选自乙腈。

30、在一些实施方案中，步骤(1)中的反应温度为60-90℃。

31、在一些实施方案中，步骤(1)中的反应时间为3小时至2天。

32、在一些实施方案中，步骤(2)中的溶剂选自乙醇。

33、在一些实施方案中，步骤(2)中的反应温度为90-110℃。

34、在一些实施方案中，步骤(2)中的反应时间为3小时至2天。

35、在一些实施方案中，步骤(3)中的溶剂选自甲醇。

36、在一些实施方案中，步骤(3)中的反应温度为15-35℃。

37、在一些实施方案中，步骤(3)中的反应时间为3小时至2天。

38、在一些实施方案中，以化合物a的具体化合物为例，其制备过程的反应方程式如下：

39、

40、在一些实施方案中，步骤(1)中的溶剂选自乙腈。

41、在一些实施方案中，步骤(1)中的反应温度为60-90℃。

42、在一些实施方案中，步骤(1)中的反应时间为3小时至2天。

43、在一些实施方案中，步骤(2)中的溶剂选自乙醇。

44、在一些实施方案中，步骤(2)中的反应温度为90-110℃。

45、在一些实施方案中，步骤(2)中的反应时间为3小时至2天。

46、在一些实施方案中，步骤(3)中的溶剂选自甲醇。

47、在一些实施方案中，步骤(3)中的反应温度为15-35℃。

48、在一些实施方案中，步骤(3)中的反应时间为3小时至2天。

49、在一些实施方案中，以化合物c的具体化合物为例，其制备过程的反应方程式如下：

50、

51、在一些实施方案中，步骤(1)中的溶剂选自乙腈。

52、在一些实施方案中，步骤(1)中的反应温度为60-90℃。

53、在一些实施方案中，步骤(1)中的反应时间为3小时至2天。

54、在一些实施方案中，步骤(2)中的溶剂选自四氢呋喃。

55、在一些实施方案中，步骤(2)中的反应温度为35-60℃。

56、在一些实施方案中，步骤(2)中的反应时间为3小时至2天。

57、在一些实施方案中，步骤(3)中的溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺。

58、在一些实施方案中，步骤(3)中的反应温度为35-60℃。

59、在一些实施方案中，步骤(3)中的反应时间为3小时至2天。

60、在一些实施方案中，步骤(4)中的溶剂选自乙醇。

61、在一些实施方案中，步骤(4)中的反应温度为90-110℃。

62、在一些实施方案中，步骤(4)中的反应时间为3小时至2天。

63、在一些实施方案中，步骤(5)中的溶剂选自甲醇。

64、在一些实施方案中，步骤5)中的反应温度为15-35℃。

65、在一些实施方案中，步骤(5)中的反应时间为3小时至2天。

66、在一些实施方案中，以化合物e的具体化合物为例，其制备过程的反应方程式如下：

67、

68、在一些实施方案中，步骤(1)中的溶剂选自乙腈。

69、在一些实施方案中，步骤(1)中的反应温度为60-90℃。

70、在一些实施方案中，步骤(1)中的反应时间为3小时至2天。

71、在一些实施方案中，步骤(2)中的溶剂选自四氢呋喃。

72、在一些实施方案中，步骤(2)中的反应温度为35-60℃。

73、在一些实施方案中，步骤(2)中的反应时间为3小时至2天。

74、在一些实施方案中，步骤(3)中的溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺。

75、在一些实施方案中，步骤(3)中的反应温度为35-60℃。

76、在一些实施方案中，步骤(3)中的反应时间为3小时至2天。

77、在一些实施方案中，步骤(4)中的溶剂选自乙醇。

78、在一些实施方案中，步骤(4)中的反应温度为90-110℃。

79、在一些实施方案中，步骤(4)中的反应时间为3小时至2天。

80、在一些实施方案中，步骤(5)中的溶剂选自甲醇。

81、在一些实施方案中，步骤5)中的反应温度为15-35℃。

82、在一些实施方案中，步骤(5)中的反应时间为3小时至2天。

83、在一些实施方案中，以化合物f的具体化合物为例，其制备过程的反应方程式如下：

84、

85、在一些实施方案中，步骤(1)中的溶剂选自乙腈。

86、在一些实施方案中，步骤(1)中的反应温度为60-90℃。

87、在一些实施方案中，步骤(1)中的反应时间为3小时至2天。

88、在一些实施方案中，步骤(2)中的溶剂选自四氢呋喃。

89、在一些实施方案中，步骤(2)中的反应温度为35-60℃。

90、在一些实施方案中，步骤(2)中的反应时间为3小时至2天。

91、在一些实施方案中，步骤(3)中的溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺。

92、在一些实施方案中，步骤(3)中的反应温度为35-60℃。

93、在一些实施方案中，步骤(3)中的反应时间为3小时至2天。

94、在一些实施方案中，步骤(4)中的溶剂选自乙醇。

95、在一些实施方案中，步骤(4)中的反应温度为90-110℃。

96、在一些实施方案中，步骤(4)中的反应时间为3小时至2天。

97、在一些实施方案中，步骤(5)中的溶剂选自甲醇。

98、在一些实施方案中，步骤(5)中的反应温度为15-35℃。

99、在一些实施方案中，步骤(5)中的反应时间为3小时至2天。

100、在一些实施方案中，以化合物g的具体化合物为例，其制备过程的反应方程式如下：

101、

102、在一些实施方案中，步骤(1)中的溶剂选自乙腈。

103、在一些实施方案中，步骤(1)中的反应温度为60-90℃。

104、在一些实施方案中，步骤(1)中的反应时间为3小时至2天。

105、在一些实施方案中，步骤(2)中的溶剂选自乙醇。

106、在一些实施方案中，步骤(2)中的反应温度为90-110℃。

107、在一些实施方案中，步骤(2中的反应时间为3小时至2天。

108、其他化合物可以采用上述相同方法，替换反应原料进行制备。

109、本发明提供了一种花菁类近红外二区荧光探针纳米颗粒组装体，为上述花菁类染料的有机溶液通过闪沉方式与水混合后，通过超分子自组装制备得到。

110、所述花菁类染料的有机溶液的浓度优选为0.1～100mg/ml。

111、所述有机溶液的溶剂优选为二甲亚砜。

112、所述花菁类染料的有机溶液可以与水以任意比例混合，优选的，所述水的体积为花菁类染料的有机溶液的0.1～100倍。

113、在一些实施方案中，在水中自组装的温度为15-35℃，优选25℃。

114、在一些实施方案中，搅拌的时间为10秒-5分钟，优选20秒。

115、制备得到的纳米颗粒组装体形貌为纳米颗粒，所述纳米颗粒的直径范围优选为0.5～10μm，长度优选为0.1～100μm。

116、本发明制备的花菁类染料可应用于高级诊断和活体成像中，其结构设计灵活，可以通过调整分子的结构和化学性质来调节其荧光性能，而且在成像应用中具有更高的体内精度。

117、基于此，本发明提供了上述纳米颗粒组装体作为荧光活体成像诊断荧光剂的应用。

118、与现有技术相比，本发明提供了一系列不同侧基结构的花菁类近红外二区荧光染料分子，具有a-g所示结构。本发明采用经典的吲哚菁绿为骨架框架，通过将具有亲水性的功能性基团结合到染料分子上，扩充其功能性以及改善荧光小分子的亲水性，使其在水溶液中实现高度有序的组装。值得注意的是，当上述花菁类染料与fbs结合后，荧光强度增加，具有更好的光热效果，可以减少肝脾的富集，可以进行淋巴结的特异性成像，在近红外二区成像过程中，生物背景信号影响更小，穿透深度更强，为精准外科手术导航系统研发提供了一种新颖的技术手段。