[发明专利]一种以芴环为母体的羧酸盐双光子染料、合成方法及应用

说明书

本发明公开了一种以芴环为母体的羧酸盐双光子染料以及其合成方法与应用，本发明的小分子荧光染料具有良好的水溶性、细胞渗透性、优良的双光子吸收截面以及较好的线粒体识别性等优点，能应用于活体线粒体标记。

技术领域

本发明属于荧光染料及双光子成像技术领域，尤其涉及一种具有线粒体识别能力的新型水溶性双光子吸收荧光染料的合成及应用技术。

背景技术

线粒体是真核生物细胞内的最主要供能细胞器。它通过氧化磷酸化合成三磷酸腺苷提供给细胞能量，承担着细胞生命活动约95％的能量。此外，线粒体还参与细胞分化、细胞信息传递和细胞凋亡等过程，且可调控细胞生长、细胞周期等。线粒体结构或功能的异常与神经退行性疾病(如帕金森症、阿尔兹海默症等)、心血管疾病(卒中等)、代谢性疾病以及癌症等密切相关。因而，研究线粒体在细胞、组织以及活体中的功能与轨迹具有重要的科学价值。

近年来，荧光染料由于其高灵敏性、易于操作等优势，被广泛应用于细胞、组织中相关结构的标记。双光子成像，通过在近红外波段内(约700nm～1100nm)的飞秒级光子激发染料，克服了在短波长(约350nm～550nm)激发对活细胞的损伤和组织自发荧光干扰强的缺点。同时，由于采用近红外激发及非线性光学效应，双光子荧光在活组织成像中与单光子成像方法比具有更深的组织穿透性及更高的三维分辨率等优势。

但是，目前商用的染料多数双光子吸收截面不高。此外，以MitoTracker为代表的商品化线粒体标记染料具有较高的生物毒性，限制了其在活细胞染色、活体染色等方面的应用。因此，开发的具有较大双光子吸收截面，特异性强，细胞毒性低的水溶性双光子染料具有重要的应用前景及商业价值。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供了一种以芴环为母体的羧酸盐双光子染料、合成方法及应用，本发明的以芴环为母体的羧酸盐双光子染料具有良好水溶性、低生物毒性、高灵敏度、线粒体高识别性以及双光子吸收性质等优点，能应用于活体线粒体标记。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种以芴环为母体的羧酸盐双光子染料，具有以下分子结构通式：

式中，R1为氢、C_1-12烷基、重复单元为1-12的乙醚基、醛基、羟基、C_1-12羟烷基或C_1-12羧烷基；R2为氢、C_1-12烷基、C_1-12羟烷基或重复单元为1-12的乙醚基，X为C_1-12烷基或重复单元为1-12的乙醚基。

作为优选方案，R1为甲基，R2为重复单元为2的乙醚基，X为C1烷基，并具有以下结构式：

另外，本发明还提供了一种上述以芴环为母体的羧酸盐双光子染料的合成方法，包括以下步骤：

步骤S1，2,7-二溴-9,9-双(2-(2-甲氧基乙氧基)乙基)-9H芴的合成：

将2,7-二溴-9H-芴和1-(2-溴代乙氧基)-2-甲氧基-乙烷按1:1～3的摩尔比混合，在-78±3℃和二异基氨基锂作用下反应得到2,7-二溴-9,9-双(2-(2-甲氧基乙氧基)乙基)-9H芴；

步骤S2，甲基(4-溴苯基)甘氨酸的合成：

在乙腈溶液中，按照1:1～3的摩尔比加入步骤S1得到4-溴苯胺和2-溴乙酸甲酯3，并加入碘化钠和无水碳酸钾，在90±3℃搅拌下反应得到甲基(4-溴苯基)甘氨酸；

步骤S3，N-(4-溴苯基)-N-甲基甘氨酸甲酯的合成：