[发明专利]一种基于聚集诱导荧光增强特性用于选择性识别ATP的荧光探针、合成方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于聚集诱导荧光增强特性用于选择性识别ATP的荧光探针、合成方法及其应用。本发明以二苯甲酮衍生物为起始原料合成荧光探针1。本发明开展了荧光探针1对ATP、ADP、AMP及焦磷酸(PPi)的检测研究，发现其对ATP具有很好的灵敏度和选择性，与现有技术相比，本发明具有合成原料易得、荧光探针荧光量子产率高、抗光漂白能力强等优点，避免了传统荧光染料不宜在高浓度下检测的缺点，并且该荧光探针1成功用于溶液中一种ATP水解酶Apyrase的反应过程监控，并用于细胞内ATP的成像研究。因此，荧光探针1在检测体内ATP含量方面具有很大的应用前景。

技术领域

本发明属于生物化学材料领域，涉及一种基于聚集诱导荧光增强特性用于选择性识别ATP的荧光探针、合成方法及应用。

背景技术

ATP是一种腺苷三磷酸，在细胞内以辅酶的形式存在，是细胞内能量转移过程的最小分子单位。ATP在细胞内具有重要的生理功能，如在细胞信号传导、保持细胞结构、DNA或RNA的生物合成过程中都起着重要作用。通常，健康成人体内平均含有250g的ATP，ATP含量异常通常与心血管病、局部缺血、组织缺氧、低血糖及帕金森、老年痴呆症等疾病密切相关。ATP的重要生理作用激发了科学家们对其检测方法的研究，比如目前常用的检测ATP的方法有：生物发光法、色谱法、荧光法、电化学方法等。在这些检测方法中，荧光探针由于具有操作简单、灵敏度高、检测限低、可应用于细胞内或活体成像等优点得到了广泛的发展。然而，传统的ATP荧光探针所采用的荧光分子在高浓度时极易发生荧光猝灭，即聚集诱导荧光猝灭现象(Aggregation Caused Quenching,ACQ)。这种现象迫使研究人员在检测过程中只能使用稀溶液，导致检测信噪比低，限制了传统ATP荧光探针的实际应用。

2001年，唐本忠等人发现了一种在溶液状态下呈现无荧光或弱荧光，但是在聚集态呈现强荧光的特殊荧光分子，并将这种特殊的发光现象称为聚集诱导荧光(AggregationInduced Emission,AIE)。具有AIE效应的荧光分子由于具有高荧光量子产率、强抗漂白性、无需低浓度下检测等优点，为Turn-on型的荧光探针的设计提出了新的思路，其中四苯乙烯类分子(Tetraphenylethylene,TPE)更是设计AIE类荧光探针的热门分子。本发明利用TPE分子的AIE特性，通过调节TPE分子的聚集/解聚过程，设计一种基于TPE分子的ATP荧光探针，具有选择性强、灵敏度高、抗漂白能力强等特点，能够有效避免ADP、AMP及PPi的干扰，可在水溶液中监测一种ATP水解酶的反应进程，并在活细胞中检测ATP，并且我们通过改变荧光探针的浓度可实现对ATP检测范围的调控。

发明内容

本发明的内容是一种基于聚集诱导荧光增强特性用于选择性识别ATP的荧光探针、合成方法及其应用。

实现本发明目的的技术解决方案是，一种选择性识别ATP的荧光探针1，具有如下结构：

该探针具有聚集诱导荧光增强特性，即在溶液状态下具有弱荧光，聚集状态下具有强荧光。

一种选择性识别ATP的荧光探针1的合成方法，合成路线如下：

第一步：4,4-二溴二苯甲酮和锌粉加入到四氢呋喃中，搅拌下冷却到-20℃半小时，然后缓慢滴加四氯化钛，在-20℃继续搅拌半小时后，缓慢升至室温，然后加热回流过夜，冷却，过滤，浓缩后用柱层析分离纯化，得到具有聚集诱导荧光增强特性的化合物2；

第二步：将化合物2、4-吡啶硼酸、Pd(dppf)Cl₂、CH₂Cl₂、Bu₄NI和碳酸钾水溶液加入甲苯中，将混合液在氮气保护条件下回流16h，冷却，加入二氯甲烷和饱和食盐水分液、萃取，干燥、浓缩、柱层析分离后得到化合物3；