[发明专利]一种高效近红外荧光材料及其生物应用

说明书

技术领域

本发明属于有机荧光染料与应用技术领域，具体涉及一种具有大斯托克斯(stoke)位移的高效近红外荧光染料及其在生物成像和荧光标记等领域的应用。

背景技术

十六世纪光学显微镜改变了人们对生物学的认识，推动了生物医学的快速发展。本领域知悉，在光学显微镜下可以观察细胞的大小及形态、细胞器、染色体等。电子显微镜的发明开启了研究细胞超微结构的新纪元，如观察粗面内质网、滑面内质网、核糖体，同时配合生物化学技术还能对细胞分子进行分析等。随着人类社会的进步，近年来新的影像学设备及技术的不断涌现，分子影像学应运而生。分子影像学是一门涉及影像学与现代分子生物学及其他学科的新兴交叉学科。现代细胞生物学、分子生物学技术空前的进步和发展、高靶向性及灵敏度的分子探针、高时空分辨率小动物成像设备的发展等为分子影像学提供了条件。分子影像学是从分子或细胞水平上成像从而达到认识疾病、阐明病变组织生物过程变化、病变细胞基因表达、代谢活性高低、病变细胞是否存活以及细胞内生物活动的状态等目的的科学。分子影像学的发展为疾病早期诊断、治疗和机制研究提供了实时、动态信息。常用的分子影像学方法主要包括光学成像、超声成像(ultrasound)、计算机断层摄影(computedtomography，CT)、核磁共振(magneticresonanceimaging，MRI)、正电子衍射成像(positron-emissiontomography，PET)和单光子衍射(single-photon-emissioncomputedtomography，SPECT)等。

与其他成像手段相比，光学成像具有无创伤、无射线辐射危害、价格低、敏感性高、可实时成像等优点。荧光技术采用荧光报告基团(GFP、RFP、Cyt及dyes等)对靶向细胞或分子进行标记成像。光学成像仪器可以直接检测活体生物体内特定分子、细胞活动和基因表达行为。通过这些技术，可以观测活体动物体内肿瘤的生长及转移、疾病的发生发展、基因的表达及反应等生物学过程。相对于其他活体成像技术：如超声、计算机断层摄影、核磁共振、正电子衍射成像、单光子衍射等，光学成像具有若干独特的优点，如操作简便、结果直观、测量快速、灵敏度高及费用低廉等。

许多生物体及其组织在可见光的激发下自身会发射荧光，严重干扰生物样品的荧光检测和造影，如血浆中血清蛋白的荧光波长范围为325～350nm，还原性烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酶(NADPH)和胆红素的荧光波长范围为430～470nm，故使得可见光区荧光分析的灵敏度和准确性受到了很大的影响。再加上光散射的影响往往会产生较为严重的背景干扰，严重限制了荧光分析法灵敏度的提高，而在近红外荧光(700～1200nm)光区，生物体内物质的自吸收和自发荧光较弱，可避免背景干扰而获得较高的分析灵敏度，同时还能够减少对生命体的损伤，有利于实现活体检测。并且由于散射光强度与波长的四次方成反比，随着波长增加，拉曼散射迅速减小，使散射干扰也大为减少。另外，小的斯托克斯位移会造成染料自淬灭，也称为染料的自吸收的问题。这是因为小斯托克斯位移的染料的吸收光谱与发射光谱有很大的交盖，这样染料有部分发射光能被其自身吸收，从而导致荧光强度下降。另一个问题是造成荧光分析技术的测量误差。这是因为小的斯托克斯位移使激发波长与荧光检测波长太过接近，激发波长易对荧光检测狭缝造成散射光干扰。因而开发具有大斯托克斯位移的荧光染料有着十分重要的意义。近年来，近红外荧光材料尤其受到关注，这主要是由于近红外光对生物组织不受背景荧光干扰的强穿透能力(Guo，Z.；Park，S.；Yoon，J.；Shin，I.Chem.Soc.Rev.2014，43，16.Yuan，L.；Lin，W.；Zheng，K.；He，L.；Huang，W.Chem.Soc.Rev.2013，42，622.Achilefu，S.Angew.Chem.Int.Ed.2010，49，9816.Escobedo，J.O.；Rusin，O.；Lim，S.；Strongin，R.M.Curr.Opin.Chem.Biol.2010，14，64.Hilderbrand，S.A.；Weissleder，R.Curr.Opin.Chem.Biol.2010，14，71.Kiyose，K.；Kojima，H.；Nagano，T.Chem.AsiaJ.2008，3，506.)。

本发明为基于富马酸腈为受体单元，通过改变外围给体结构单元可以得到具有不同近红外发射的近红外荧光染料。以其为发光单元制备的荧光纳米粒子在细胞成像和生物标记领域中的应用具有广阔的前景。

发明内容