[发明专利]碱性和活性氧、活性氮双重响应的近红外荧光探针及其制备方法和应用

说明书

本发明属于生物材料技术领域，具体为一种对碱性和活性氧、活性氮特异性双重响应的荧光探针，及其制备方法和应用。本发明提供的近红外荧光探针基于本发明中提供的发射波长长、具有易于修饰的羟基近红外荧光染料，修饰对过氧化氢及过氧亚硝酸根特异性响应的硼酸酯基团，实现了在碱性条件下对过氧化氢和硝基还原酶的双重特异性响应。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，具体涉及对碱性和活性氧、活性氮双重响应的近红外荧光探针及其制备方法，以及该探针在膀胱炎和肠炎检测中的应用。

背景技术

现代生物成像技术是目前疾病诊断的主要方式，例如核磁成像技术(MRI)、电子计算机断层扫描技术(CT)、超声成像技术(US)、荧光成像技术(FI)等已经在临床诊疗中得到了广泛的应用。荧光成像技术成像速度快、时空分辨率高、无辐射危害，在疾病诊断以及手术导航中具有广阔的应用前景，因此得到了研究者的广泛关注。

目前用于活体生物荧光成像的材料主要包括碳纳米管、稀土掺杂纳米颗粒、量子点、共轭聚合物以及有机小分子等等，有机小分子因其具有代谢速度快、生物毒性小、结构明确易修饰的优点，在临床应用中具有其他材料难以比拟的优势。相较于可见光区(400-700nm)，近红外区(NIR,700-1700nm)组织的光散射低，吸收少，具有更深的穿透深度和更好的成像质量。但是传统的荧光染料注入活体后，在激光照射下是常亮的，这会造成疾病诊断以及手术导航过程中较高的背景荧光，甚至假信号。因此，开发一种在特定环境中特异性响应的近红外区荧光探针极为重要。

酸碱平衡在生命活动的维持过程中至关重要。不同的器官和组织都有自己适合的工作pH区间。其中，碱性环境对泌尿系统和消化系统至关重要。比如，尿液的pH范围为5.0-8.0，结肠的pH在7.9-8.5范围内。作为肠道中最重要的酶之一，碱性磷酸水解酶的最佳工作pH约为8.0。此外，最近的研究发现肾结石风险增加与尿液pH值升高有关，结肠癌风险增加与粪便pH值升高有关。因此，能够在碱性微环境中进行实时体内生物传感的技术将为这些碱性系统的病理生理学提供新的见解。炎症作为碱性组织和器官的常见疾病，对人类的生命健康造成了很大的威胁。由肾结石、肾脏相关疾病和细菌感染引起的膀胱炎会导致尿频以及疼痛，结肠炎已被世界卫生组织(WHO)视为最难治的疾病之一。许多研究已经证明炎症和氧化应激本质上是相互关联的。氧化应激通常是由过量产生的活性氧(ROS)和活性氮(RNS)引起的，常见的为过氧化氢(H₂O₂)和过氧亚硝酸根(ONOO^-)。因此，开发在碱性条件下对过氧化氢和过氧亚硝酸根特异性响应的近红外有机小分子荧光探针对于膀胱炎和肠炎的诊断极为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一类具有可修饰羟基的近红外荧光染料，以及对碱性和活性氧、活性氮双重特异性响应的近红外荧光探针的制备方法和应用。

本发明提供的对碱性和活性氧、活性氮特异性双重响应的近红外荧光探针，其结构通式如下式(II)所示：

本发明所提出的对碱性和活性氧、活性氮双重响应的近红外荧光探针，其化学合成路线如下：

制备的具体步骤如下：

将Ia、化合物1(2-(4-(溴乙基)苯)-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二恶硼烷)和碳酸钾混合于丙酮中，于回流条件下反应过夜；反应结束后，旋除溶剂，并用柱色谱分离，最终得到荧光探针II；其中Ia、化合物1、碳酸钾的投料摩尔比为1：(1.5～3)：(1.5～3)。

本发明提供的近红外荧光探针的制备方法，所述近红外荧光染料(Ia)的化学合成路线如下：

制备的具体步骤如下：

(1)中间体1的合成