[发明专利]基于聚集诱导发光近红外、大斯托克斯位移、光稳定的荧光染料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种基于聚集诱导发光近红外、大斯托克斯位移、光稳定的荧光染料以及该染料的制备方法。所述聚集诱导发光染料具有式Ⅰ所示结构。另外，本发明还提供了所述荧光染料对线粒体荧光标记的应用。测试表明，本发明提供的聚集诱导发光染料具有近红外发射、斯托克斯位移大、光稳定性强、细胞毒性小以及水溶性好等诸多优点，能够实现对线粒体的长时间示踪和三维可视化成像。

技术领域

本发明属于精细化工技术领域，具体涉及一类基于聚集诱导发光近红外、大斯托克斯位移、光稳定的荧光染料及其制备方法和线粒体荧光标记应用。

背景技术

线粒体是一种存在于大多数真核细胞中具有双层膜结构的细胞器，是细胞进行有氧呼吸的主要场所，通过氧化磷酸化作用为细胞新陈代谢活动提供能量，被称为细胞的“能量工厂”。线粒体在不同类型的细胞中表现出不同的形态，有时呈线状，有时呈颗粒状，其形态会随着代谢条件、发育阶段、以及环境刺激不同而发生改变，还可以发生分裂和融合过程，以适应细胞中正常的生理功能。相关研究表明，细胞中线粒体形貌的急剧变化(例如呈现碎裂化状态)以及线粒体数目和功能异常与多种神经退行性疾病、糖尿病、以及肿瘤密切相关(Cell Death Differ.,2003,10,870)。因此，实时观察线粒体的形态、数量以及运动状态对相关疾病的诊断和治疗具有非常重要的意义。

荧光成像技术由于其具有时空分辨率高、实时监控、以及操作简便等优点，被广泛运用于生物医学成像领域。目前，对线粒体的生物学评价主要使用一些阳离子型荧光染料(例如Rhodamine 123、JC-1、MitoTracker等)对线粒体进行染色，结合激光共聚焦显微镜等平台，通过染料发出的荧光信号，对线粒体数目、形貌、运动状态、以及膜电位(ΔΨ_m)进行观察和研究(Proc.Natl.Acad.Sci.,1991,88,3671；Microsc.Res.Tech.,1994,27,198)。

然而，现有线粒体荧光标记染料的发射波长较短(主要位于400-600nm区间)、斯托克斯位移小、以及光稳定性差，导致其成像时背景荧光干扰大，并且容易发生光漂白，很难实现对线粒体的长时间示踪(Proc.Natl.Acad.Sci.,1980,77,990；J.Am.Chem.Soc.,2013,135,62)；特别是，大多数商业线粒体靶向荧光探针由于其本身具有聚集荧光淬灭(aggregation-caused quenching,ACQ)现象，未能提供关于线粒体数目、形貌以及运动状态的真实信息，进一步限制其在水相环境中对线粒体的实时成像与示踪。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明首要目的在于提供一类基于聚集诱导发光(aggregation-induced emission,AIE)近红外、大斯托克斯位移、光稳定的荧光染料。该类荧光染料以三苯基膦结构单元为线粒体特异性靶向基团，具有发射波长长(位于近红外区域)、斯托克斯位移大、光稳定性强、细胞毒性小以及水溶性好等诸多优点，结合激光共聚焦显微镜，能够实现对线粒体的长时间示踪和实时三维可视化成像，从而提供关于线粒体数目、形态、以及运动状态的真实信息。

本发明还提供了上述基于聚集诱导发光近红外、大斯托克斯位移、光稳定的荧光染料的制备方法。

本发明另一目的在于提供了上述基于聚集诱导发光近红外、大斯托克斯位移、光稳定的荧光染料用于细胞中线粒体荧光标记的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一方面，本发明所述基于聚集诱导发光近红外、大斯托克斯位移、光稳定的荧光染料，其结构为式Ⅰ所示：

式Ⅰ中，

R₁、R₂分别独立选自：氰基(-CN)和式Ⅱ所示基团(其中曲线标记处为取代位，下同)中的任意一种；