专利名称：一类五甲川菁荧光染料、制备方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一类五甲川菁荧光染料，尤其是甲川链的中位发生共轭取代的新型荧 光染料与制备方法，以及将该荧光染料用作粘度敏感的荧光探针检测活细胞内微环境粘度 的方法。
背景技术：
粘度是衡量一种浓稠流体的流动性和扩散性的主要因素，同时是流体扩散速率的 主要参考指标。针对宏观大体积的粘稠流体，测定流体粘度的方法和仪器已经发展的比较 成熟了，比如转子粘度计、落球粘度计等，然而这一类粘度计只能用于宏观大体积流体粘度 测定，需要流体体积在不小于ImL ；对微观环境，比如组织、细胞水平的粘度测定，这些测试 方法和仪器往往不能达到测试的目的的。而准确测定细胞水平内微环境的粘度又具有非常 重要的意义活细胞内不同位置的粘度不同，这对细胞内生物分子及胞内信号的扩散与传 递起着决定性作用。根据K. Suhling小组的工作可知，正常活细胞内膜系统微环境的粘度 最高可以达到140厘泊(cp)，而细胞质中的粘度仅1 2cp，相当于纯水中的粘度；当出现 病变细胞逐渐死亡的时候，细胞内的粘度会显著提高，最高可以达到300cp，细胞内粘度的 显著变化会导致机体出现疾病或机能失调等。因此，需要开发出能测试这些微环境粘度的 方法。近年来，有一些文献报道了利用基于分子荧光转子的粘度探针来检测细胞内微环 境粘度的方法。设计这种粘度探针主要有两种方法一种是基于荧光寿命成像的方法，另 一种是基于比例荧光系成像的方法。对于荧光寿命成像的方法，前人已经做了很优秀的工 作。由于荧光寿命成像的发射波长只有单一的发射峰；根据A. Theodorakis小组的工作报 道的要设计双波长的粘度分子转子有两种方法，一是基于光诱导分子内电荷转移(ICT)的 方法，但是基于这种机理设计的探针容易受到溶剂的极性的影响，另一种方法就是设计基 于荧光共振能量转的分子转子，这种方法存在的问题就是需要作为能量供体的发射光谱与 能量受体的吸收光谱有较好的重叠交盖，这些要求限制了这类探针的设计与应用。细胞内成像的精确可靠性十分重要，虽然Suhling等和Theodorakis等小组的工 作分别是采用荧光寿命成像和比例的方法来达到检测粘度变化的目的，但是现有技术中还 没有荧光探针具备上述两种性能。经典的五甲川菁类荧光染料的合成是采用季铵盐与中间共轭链的缩合剂在醋酸酐做溶剂、无水醋酸钠作为催化剂、氩气保护条件下反应生成。一般的五甲川菁类荧光染料 由于具有摩尔消光吸收大(达到IO5数量级)等优点，在蛋白标记，DNA测序，离子中性小分 子识别，细胞以及活体组织成像方面得到了很广泛的应用。而到目前为止还没有文献报道， 五甲川菁染料用来设计成对环境粘度敏感的分子转子来检测溶液或者细胞内环境的粘度。
发明内容
在现有技术的基础上，本发明旨在提供一类新的五甲川菁荧光染料，该染料应当对环境粘度的变化具有很灵敏的响应，荧光性能受溶剂极性的影响很�。⑶揖哂兴匦� 能以保证其既适用于荧光寿命成像法，也适用于荧光比例法来检测环境粘度。发明人在研 究中发现，在传统五甲川菁类荧光染料化合物的甲川链中间共轭连接取代基后，染料的光 谱上出现两个峰。由于取代基的转动容易形成TICT激发态，消耗掉了激发能，使得染料主 要以非辐射的形式回到基态。该类化合物排除了溶剂极性的影响，对环境粘度变化具有很 灵敏的响应，当染料所处环境的粘度增加时，取代基的转动受到抑制，两个发射峰处的荧光 强度呈现不同幅度增加，表现出比例变化，荧光寿命也增长，并且这两种变化与粘度的变化 相关。据此，可以使用该类化合物在活细胞内成像来显示不同区域的粘度，或显示细胞内粘 度的变化，具有很好的生物应用前景。因此，本发明首先提供一类五甲川菁荧光染料，该化合物具有如下结构通式I 其中X 为 CHO 或 CHCIi3R4 ；R1 和 & 各自独立选自(CH2) nR7、(CH2) m0R8、(CHR9CH2O) pR8 或 CH2C6H4R7 ；R3和R4各自独立选自CN、COOH或(00礼6 ；R5, R6 和 R7 各自独立选自 H、SO3R10 或 COOR11 ；&为!1或(1_18烷基；R9SH或CH3;R10SN(R12R13R14R15);R11 为 Ch8 烷基；R12, R13, R14, R15 和 R16 各自独立选自 H、C1^18 烷基、(CH2)mOR8 或(CHR9CH2O)pR8 ；Y_为卤素负离子或者0Ts_ ；n、m、ρ为0 18的整数。本文中使用的术语“烷基”包括直链烷基和支链烷基；术语“卤素”包括氟、氯、溴 和碘；0Ts_是指对甲苯磺酸根离子。上述本发明的化合物中，优选R3和R4为CN的化合物，即取代基X为醛基和丙二腈 乙烯基的化合物。本发明所述化合物的母体结构上取代基的作用是调节染料在有机溶剂或者水溶 液中的溶解性，或者细胞跨膜的能力。其中优选的技术方案是R1和&各自独立选自(CH2) nR7和/或R5和R6为H。最为优选地，R3和R4为CN, R1和R2为CH3, R5和R6为H，即下述式4和式7的化合物。
权利要求
1. 一类五甲川菁荧光染料，具有如下结构通式I
2.权利要求1所述的化合物，其中R3和R4为CN。
3.权利要求1或2所述的化合物，其中队和1 2各自独立选自(CH2)nR7。
4.权利要求1或2所述的化合物，其中&和&为H。
5.权利要求2所述的化合物，其中R1和R2为CH3,R5和R6为H。
6.权利要求1所述的化合物的制备方法，包括如下步骤(1)连有取代基&的2，3，3-三甲基-3H-吲哚与R1CH2Z反应制得季铵盐II， 其中Z是卤素或者OTs，Ζ—是卤素负离子或者OTs-；反应温度80 148°C，反应时间 6 12小时，反应溶剂选自甲苯、邻二氯苯、乙醇或乙腈，吲哚化合物与R1CH2Z的投料摩尔
7.权利要求1 5中任一项的化合物在检测流体粘度中的应用。
全文摘要
一类具有通式I结构的五甲川菁荧光染料、制备方法及其应用，通式中，X为CHO或CHCR3R4；R1和R2各自独立选自(CH2)nR7等基团；R3和R4各自独立选自CN、COOH或COOR16；R5、R6和R7各自独立选自H、SO3R10或COOR11；R8为H或C1-18烷基；R9为H或CH3；R10为N(R12R13R14R15)；R11为C1-18烷基；R12、R13、R14、R15和R16各自独立选自H、C1-18烷基、(CH2)mOR8或(CHR9CH2O)pR8；Y-为卤素负离子或者OTs-；n、m、p为0～18的整数。该类染料可用于灵敏地检测组织、细胞等微环境粘度。
文档编号G01N11/00GK102146215SQ20111003394
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月31日 优先权日2011年1月31日
发明者和艳霞, 孙世国, 宋锋玲, 彭孝军, 杨志刚, 樊江莉, 王静云 申请人:大连理工大学, 大连福思达信息材料有限公司
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