[发明专利]近红外第二窗口发射的荧光染料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，具体为一种近红外第二窗口发射的荧光染料及其制备方法和应用。本发明提供的近红外荧光染料，其摩尔消光系数大，吸收、发射波长长且可调范围宽，因此，可用于深组织多通道成像，荧光编码微球等应用。此外，该系列染料在极性溶剂中不易溶致变色，在水中具备相比现有常见的近红外第二窗口七甲川菁类荧光染料更好的稳定性，在较大的酸碱范围内具有很好的化学稳定性。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一类近红外第二窗口发射的近红外荧光染料及其制备方法，以及该荧光染料在制备深组织单通道或多通道成像和荧光编码胶束或荧光编码微球用造影剂中的应用。

背景技术

目前常见的分子影像技术如断层扫描成像(CT)，X-射线，超声成像(US)和磁共振成像(MRI)被用于对疾病等的医疗诊断，但这些方法具有较差的空间分辨率及其无法实现动态实时监测等缺点。荧光成像技术由于具有非侵入性、实时、所需样品量少、高分辨率等优点，在生命科学和医学等领域已经被广泛使用。在最近几年里，利用近红外第二窗口的发射光（1000 nm~1700 nm）进行荧光成像得到了越来越多的关注，相比于传统的荧光成像所用的波段（400 nm-900 nm），生物组织在近红外第二窗口自身的吸收和散射弱，这样就可以极大地提高成像质量和穿透深度。目前，常用的近红外第二窗口造影剂包括一些无机材料如碳纳米管，稀土掺杂纳米颗粒，量子点等，但是它们在生物体内的代谢缓慢且机理至今仍不明确，潜在的生物毒性较大，这大大限制了它们的生物应用价值。

与之相比，有机荧光染料具有相对分子量小，易于代谢等优点，近年来在近红外第二窗口的应用中备受关注。最典型的例子是FDA批准用于临床上血管造影的吲哚菁绿（ICG），近年来有研究者发现其在近红外第二窗口的荧光发射拖尾展现出了优异的成像效果。另外，斯坦福大学的戴宏杰课题组报道了一系列基于供体-受体-供体（D-A-D）结构的分子型荧光染料，其普遍特征是在808 nm激发下可发射出荧光峰值在1000-1200 nm的荧光，实现了对肿瘤、淋巴、脑部血管等的成像。但此类荧光染料的摩尔消光系数低且激发波长短，其荧光亮度较低。因而对ICG所代表的菁类荧光染料进行结构改造以获得更长波长更亮的近红外第二窗口发射是目前分子型荧光染料设计的焦点，这是由于该类荧光染料具有较大的摩尔消光系数，较高的荧光量子产率以及宽的波长可调范围等优点。遗憾的是，目前所有报道的波长达到近红外第二窗口的菁类荧光染料在水中均表现出摩尔消光系数大幅降低，波长变宽且蓝移，荧光显著淬灭，稳定性差等缺点，这严重限制了其在后续生物应用中的表现。相比之下，呫吨类染料如罗丹明其结构刚性好，稳定性比菁染料好，但目前还不能把这类染料波长红移到1000 nm以上。

发明内容

本发明的目的在于提供一类化学稳定高、光稳定性高、生物相容性好的近红外第二窗口发射的有机小分子荧光染料及其制备方法和应用。

本发明提供的近红外第二窗口发射的有机小分子荧光染料，其结构通式如下式（I）所示：

其中，R₁和R₂为H或N[(CH₂)_jCH₃]₂，OH或OCH₃ ，R₃和R₄为H或邻羧基苯基或苯基或邻甲基苯基，j为0~6的整数；X选自ClO₄、PF₆、BF₄、Cl、Br、I、CF₃COO、CF₃SO₃、CH₃COO或CH₃SO₃；Y选自氧（O）、硫（S）；n为1到5整数；m和k为0或1。

本发明所提出的近红外荧光染料式的制备方法，其化学合成路线如下：