[发明专利]一种基于荧光共振能量转移检测生物硫醇的近红外比率荧光探针及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种基于荧光共振能量转移检测生物硫醇的近红外比率荧光探针，其分子结构包括氟硼二吡咯染料(能量供体)、近红外氧杂蒽染料(能量受体)和二硫基团(链接基团)；结构式如式(I)所示。本发明的探针在高选择性地识别生物硫醇，以GSH为例，探针在GSH的作用下，荧光发射强度在512nm处逐渐增强，在656nm处逐渐减弱，二者强度比值与GSH浓度在一定范围内呈线性关系，并能够在培养的细胞内实现比率成像。

技术领域

本发明涉及一种比率荧光传感及其应用，具体涉及一种基于荧光共振能量转移的用于检测生物硫醇的比率荧光探针的制备与应用，属于有机荧光传感技术领域。

背景技术

生物硫醇，如半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)和谷胱甘肽(GSH)等，在生理和病理事件中起着重要作用，特别是维持氧化还原平衡和代谢。通常情况下，生物硫醇的异常与多种疾病有关，如GSH浓度的异常与白细胞减少、肝脏损伤、生长缓慢和癌症等。因此，开发高效的方法监测和原位定量细胞中的生物硫醇是非常必要的，这对研究相关疾病具有十分重要的意义。

荧光探针因其高灵敏度、高选择性、高时空分辨率，是生物系统中最有力的检测方法之一(Chem.Soc.Rev.2015,44,6143–6160)。到目前为止,已有许多用于检测生物硫醇的荧光探针的报道。然而，许多基于单一荧光强度变化的荧光探针对硫醇的检测存在系统误差，如受到探针浓度、辐射光波动和细胞环境影响等。比率荧光探针具有通过测量两个不同波长的发射强度变化进行自我校准的能力，以克服上述系统误差。常用的构建探针的方法有基于分子间电荷转移(ICT)、跨键能量转移(TBET)和荧光共振能量转移(FRET)策略。而基于FRET的比率荧光探针一般是由能量供体、连接体和能量受体三部分构成，而且能量供体发射光谱与能量受体吸收光谱要有光谱重叠，才能产生有效的能量转移。探针在与生物硫醇作用后，FRET过程逐渐被阻断，探针内的能量供体和受体的荧光发射逐渐发生变化。因此，产生的荧光强度比值与生物硫醇呈现线性函数关系。经检索，现有比率型荧光探针的荧光发射限制于可见光区域，存在诸如问题，如生物组织穿透性差、细胞和组织荧光背景干扰以及强的光损伤，以及两个发射峰之间的距离较小等等。为了制备出优异性能的比率型荧光探针，需要开发构筑在近红外区域新型FRET类型的荧光探针。

发明内容

本发明的主要目的是克服已有技术的不足，提供一种检测生物硫醇的近红外比率荧光探针。

本发明提供了一种基于荧光共振能量转移的检测生物硫醇的近红外比率荧光探针，所述比率型荧光探针分子结构包括氟硼二吡咯荧光团(能量供体)、近红外氧杂蒽染料(能量受体)和二硫基团(链接基团)；该比率型荧光探针化学结构式如式(I)所示：

本发明还提供了一种所述的近红外比率荧光探针的制备方法，包括以下步骤：

根据已报道方法制备氧杂蒽染料1与肌氨酸叔丁酯盐酸盐在卡特缩合剂(BOP)，三乙胺以及溶剂二氯甲烷中进行酰胺偶联反应，处理得到化合物2；将氟硼二吡咯3与盐酸胱胺在1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDCI)，N-羟基丁二酰亚胺(NHS)，三乙胺以及溶剂二氯甲烷等进行酰胺偶联反应，处理后得到化合物4；接着将化合物2在二氯甲烷中酸化后，再与化合物4在EDCI和NHS试剂进行酰胺偶联反应，反应结束后经过后处理得到比率荧光探针。

制备化学反应式如下

本发明还提供了一种所述的近红外比率荧光探针在生物硫醇检测和成像方面的应用。

本发明的近红外比率荧光探针在没有生物硫醇存在下，488nm激发探针的氟硼二吡咯能量供体，发生能量转移，探针发射出656nm的能量受体近红外荧光；在生物硫醇存在(GSH)下，探针内的二硫键被切断，能供体和受体单元分离，FRET能量转移过程被阻断，此时488nm激发探针只产生氟硼二吡咯能量供体的512nm荧光，从而实现了比率荧光检测生物硫醇衍生物，如图1所示。