[发明专利]半菁染料的制备方法及在光声成像中的应用

说明书

本发明涉及一种半菁染料的制备方法及其在光声成像中的应用，属于生物医用材料技术领域。本发明提出的半菁染料纳米粒子的制备方法，在合成中使用了分步滴加方法，有效降低了额外的双取代产物，提高了产率。本发明方法结合理论计算，合理设计分子结构，提高分子光稳定性与共轭程度，大幅提高了摩尔吸光系数(71000M‑1 cm‑1)。本发明使用牛血清蛋白(BSA)对染料进行包裹以提高其水溶性与生物相容性。通过小鼠实验，显示纳米粒子可以在小血管光声成像中具有高分辨率与高信噪比。同时对血管内的活性氧簇浓度具有指示作用。可预测由活性氧簇对血管壁氧化所带来的心脑血管疾病风险。

技术领域

本发明涉及一种半菁染料纳米粒子的制备方法及其在光声成像中的应用，属于生物医用材料技术领域。

背景技术

光声成像(Photoacoustic Imaging,PAI)是近年来发展起来的一种非入侵式和非电离式的新型生物医学成像方法。当脉冲激光照射到(热声成像则特指用无线电频率的脉冲激光进行照射)生物组织中时，组织的光吸收域将产生超声信号，我们称这种由光激发产生的超声信号为光声信号。生物组织产生的光声信号携带了组织的光吸收特征信息，通过探测光声信号能重建出组织中的光吸收分布图像。光声成像结合了纯光学组织成像中高选择特性和纯超声组织成像中深穿透特性的优点，可得到高分辨率和高对比度的组织图像，从原理上避开了光散射的影响，突破了高分辨率光学成像深度“软极限”(1mm)。

然而，此技术的一个重要组成部分即为光声成像剂。理想的光声成像剂应具有长波吸收以获得满意的穿透深度，高摩尔吸光系数以提高照射光利用效率以降低照射功率，低荧光量子效率以确保足够的光-声转换效率以及理想的生物相容性。虽然现在已有若干类性能优异的光声造影剂被报道，如金纳米颗粒，石墨烯材料等，但其结构修饰难度较大，并且在生物体内不可降解，带来了不可预测的安全隐患。

相对以上两种材料，有机近红外染料由于其结构易于修饰，可降解等诸多优点，受到了越来越广泛的关注，菁染料就是其中的一类代表。但是现在市售的菁染料多为对称结构，其吸收波长相对较短，摩尔吸光系数较低，荧光量子产率相对较高。

发明内容

本发明的目的是提出一种半菁染料的制备方法及在光声成像中的应用，首先制备不对称菁染料，使其具有长波长近红外吸收，低荧光量子产率，大摩尔吸光系数等特性，而后使用牛血清蛋白(BSA)对其进行包裹以提高其水溶性与生物相容性，并且在活体光声成像中获得了良好效果。

本发明提出的半菁染料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备第一化合物：

将无水二甲基甲酰胺与二氯甲烷配成第一溶液，无水二甲基甲酰胺与二氯甲烷的体积比为1:1，将第一溶液置于冰盐浴中冷却8-15分钟；将三氯氧磷加入二氯甲烷中，得到第二溶液，使三氯氧磷在第二溶液中的摩尔浓度为0.30-0.45mol/L，将第二溶液加入冷却后的第一溶液中，使第二溶液与第一溶液的体积比为(2-3):1，得到第三溶液，将第三溶液升温至室温，搅拌，将环己酮加入第三溶液中，继续搅拌，得到第四溶液，使环己酮在第四溶液中的摩尔浓度为0.20-0.30mol/L；将第四溶液加热，在50-80℃反应2-4小时，得到第五溶液，将第五溶液倒入冰水中，得到第一化合物初品，在二氯甲烷中使第一化合物初品重结晶，得到第一化合物；

(2)制备第二化合物：

将环己酮加入到乙醇钠乙醇溶液中，乙醇钠在乙醇钠乙醇溶液中的质量分数为6％，得到第六溶液，使环己酮在第六溶液中的摩尔浓度为0.4-0.7mol/L，在第六溶液中加入查尔酮，使查尔酮在第六溶液中的摩尔浓度为0.8-1.2mol/L，在室温下反应1-2小时，用乙醇过滤洗涤反应物，得到第一中间体；