[发明专利]一类荧光强度对温度不敏感的荧光系统

说明书

技术领域

本发明属于分析化学领域，涉及一种对温度不敏感的香豆素类荧光分子、荧光分子的制备及其荧光强度与温度的变化关系。它是以香豆素为母体设计的香豆素类衍生物荧光分子，通过选定合适的激发波长，其荧光强度对温度的变化不敏感，可用于设计能够排除温度因素干扰的荧光探针，也可用于建立一种温度荧光探针的矫正标准。

背景技术

荧光探针作为一种有效的检测手段，具有较高的时空分辨率和实时监测性能，已广泛的应用于生物系统中重要物种和生理过程的成像研究¹，和其他微环境领域的研究，如沸石催化剂的活性位点成像²、微流体装置中检测某些物种或者监测某些过程³等。然而，在现有荧光探针的开发中，温度效应对荧光探针光物理或者光化学特性的影响往往被忽略了⁴，而这种效应直接影响到荧光信号的准确性和可靠性。这是由于通常来说，温度升高后系统的荧光强度和荧光量子产率会下降，这是由于温度升高加快了染料分子的碰撞、旋转和振动，促进了其溶解，从而导致了更高的非辐射跃迁率。这种普遍现象的存在，就使得所有的荧光探针都会不同程度的对温度变化做出响应，主要表现为荧光强度的降低或增高。

近期研究表明，细胞内和某些微环境中温度的分布是高度不均匀和时刻变化的^5-6。因此，在荧光探针用于细胞和其他微环境成像时，就必须考虑到探针对温度和识别物种的交叉响应，并设法排除温度效应对荧光信号的干扰，从而提高荧光信号的准确性和可靠性⁷。然而到目前为止，还没有对温度不敏感的荧光系统被报道。在荧光系统中能够提供低温度依赖的唯一方法是使用某些刚性的染料，如罗丹明101。但是这种染料的荧光对温度变化依然较敏感，在20℃下的温度相关系数为0.13％/℃，当环境变化50℃时，这一强度变化可以达到6％⁸。因此，设计一种具有超低的温度相关系数的荧光系统成为很迫切和具有挑战性的工作。

基于近些年来对于分子聚集体以及其功能的一些研究进展^9-11，我们提出和构建了一种新的设计理念，以单体-聚集体系统来实现荧光强度对温度变化不敏感的设想。在这一设计的简化想法中，染料的荧光量子产率随着温度升高而下降；同时，温度升高导致处于分离状态的非自发光的分子发生聚集，这样就增加了发光分子的量。在这两种因素相平衡时，荧光系统的总体发光强度就会维持在一个恒定的水平。然而，实际的效果可能更加复杂，因为不同种类的聚集体可能同时存在，而且某些分子的聚集体是处在高度发光状态的，或者大部分具有很弱以及几乎没有荧光。

发明内容

为了克服温度效应对荧光探针的影响，本发明提供一种对温度变化不敏感的香豆素类荧光分子。它是以香豆素为母体设计的香豆素类衍生物荧光分子，本发明以单体-聚集体系统设想来实现通过选定合适的激发波长，实现系统荧光强度对温度的变化不敏感，可用于设计能够排除温度因素干扰的荧光探针，也可用于建立一种温度荧光探针的矫正标准。

本发明的技术方案是，一种荧光强度对温度变化不敏感的香豆素类荧光分子，其特征在于，结构式如下：

其合成路线如下所示：

具体合成步骤为：

(1)、中间体4-二甲基氨基-2-羟基苯甲醛的合成(化合物3)

0℃-5℃下将30mmol的POCl₃滴加到无水DMF中，搅拌30-40分钟后，将事先溶解在无水DMF中的3-二甲基氨基苯酚20mmol缓慢滴加到该溶液中，升温至80℃-90℃。反应过夜后，将反应液倒入冰水中，用氢氧化钠溶液调至中性，过滤得固体。将所得固体放在真空干燥箱中干燥6-12小时，柱层析分离得黄色固体4-(二甲基氨基)-2-羟基苯甲醛，柱层析分离得黄色固体4-(二甲基氨基)-2-羟基苯甲醛，柱层析分条件为石油醚：乙酸乙酯＝3：1。

(2)、7-二甲基氨基香豆素的合成(化合物2)

在圆底烧瓶中加入1.5mmol的4-二甲基氨基-2-羟基苯甲醛和3mmol丙二酸二甲酯，哌啶，以乙醇为溶剂回流反应6-12小时；反应后减压蒸出乙醇，加入浓盐酸(优选浓度为36.5％)和冰醋酸搅拌6-12小时，反应液倒入冰水中，用氢氧化钠溶液调节pH到5-6，抽滤得黄色固体，真空干燥箱干燥6-12小时，柱层析分离得到中间体7-二甲基氨基香豆素，柱层析分条件为石油醚：乙酸乙酯＝3：1，浓盐酸与冰醋酸的体积比为1:1-3:1。

(3)、7-二甲基氨基-3-醛基香豆素的合成(化合物1)