[发明专利]一种全光谱的光开关分子及其合成和应用

说明书

本发明提供了一种全光谱的光开关分子及其合成和应用，该光分子开关为基于萘酰亚胺、罗丹明等荧光母体设计合成的全光谱的光开关分子，可以用于405nm,450nm,488nm,560nm,640nm激发。通过氮杂环丁烷、环丁酰胺等刚性结构限制了分子内的扭动，大幅提升了染料本身稳定性及亮度。本系列光开关分子不需要激活光的存在，只需要单色的激发光即可实现分子暗态到亮态的往复循环，以得到更精确的光点定位信息。其中基于罗丹明类染料的分子在基态存在开关平衡无需强激光的淬灭，在温和的激光便可实现细胞的超分辨成像。此系列染料提供了全光谱的新型光开分子，在活细胞超分辨成像、信息存储等领域具有较好应用前景。

技术领域

本发明属于荧光成像领域，具体涉及一种全光谱的光开关分子及其合成和应用。

背景技术

近年来超分辨显微成像技术已逐渐成为生命科学研究中不可或缺的工具，其能够突破衍射极限的限制使研究工作者观察到未知的精细结构，完善整个生命体系。但正如超分辨技术的创始人Stefan.W.Hell所说：“在Ernst Abbe的时代，成像质量是由物镜决定的；而今天，成像质量则由荧光团决定。”顾名思义，荧光染料的性能决定了超分辨显微成像技术应用的普适性、成像的准确性等。目前，100nm分辨率以上应用最为广泛的超分辨技术为受激辐射损耗(STED)显微成像与单分子定位显微成像(SMLM)。其中，SMLM技术中需要荧光分子保持高的光稳定同时能够实现分子暗态到亮态的来回转换以捕捉单个光点的定位信息。

目前应用于SMLM技术中的荧光分子主要为荧光蛋白，能够通过激发光及激活光实现荧光往复的开关。然而，荧光蛋白的抗漂白性能较差，且同样时间内光子数明显少于有机分子从而降低了定位的准确性，这恰恰促使有机小分子荧光染料在此领域的应用。但是，此类有机荧光染料仍较为匮乏，能够实现高信噪比亮暗态的更为稀少。此外，此类染料通常需要较强的活化光实现分子从暗态到亮态，随机光学学重构技术(d-Storm)中更是需要加入几十甚至几百mM级别的硫醇分子实现开关，这严格限制了这项技术在活细胞中的应用。因此，如何开发能够在低激光功率下实现分子的光开关，是解决活细胞内超分辨荧光成像问题的一种重要途径。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种全光谱的光开关分子，该该系列分子能够适用于405,450,488,560,640nm全部激光，实现全波段的成像。

本发明的另一目的是提供一种全光谱的光开关分子的合成法，该方法具有步骤简单、易于提纯等优点。

本发明提供一种全光谱的光开关分子，该系列染料以萘酰亚胺、氧罗丹明以及硅基罗丹明。在单个激发光下，此系列染料能够实现暗态与亮态的转换，从而实现单分子定位显微成像。

一种全光谱的光开关分子，该光开关分子不需要激活光的存在，只需要单色的激发光即可实现分子暗态到亮态的往复循环，以得到更精确的光点定位信息；该光开关分子由4-酰胺基萘酰亚胺类染料、胍基取代萘酰亚胺类染料、4,5-环己二胺取代萘酰亚胺类染料、硫内脂罗丹明染料或自闪硅基罗丹明染料中的一种或几种按任意比例混合，可用于不同激发光激发成像与检测。

所述的4-酰胺基萘酰亚胺类染料用于405nm激发的自开关分子，其结构式下：

所述的胍基取代萘酰亚胺类染料用于450nm激发的自开关分子，其结构式下：

所述的4,5-环己二胺取代萘酰亚胺类染料用于488nm激发的自开关分子，其结构式下：

所述的硫内脂罗丹明染料用于560nm激发的自开关分子，其结构式下：

所述的自闪硅基罗丹明染料用于640nm激发的自开关分子，其结构式下：