CN113336701B - 一种一氧化氮双光子脂滴锁定荧光探针及其制备方法和在检测神经炎症中的应用 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明属于化学与生物分析检测成像技术领域,具体涉及一种一氧化氮双光子脂滴锁定荧光探针及其制备方法和在检测神经炎症中的应用。
背景技术
神经炎症,是由中枢神经系统激活产生的免疫炎症反应,通常发生于神经退行性疾病中,包括阿尔茨海默病(AD)、帕金森氏病(PD)和肌萎缩性侧索硬化症(ALS)等。针对神经炎症反应的检测被认为对神经退行性疾病的早期诊断和治疗具有至关重要的作用。目前检测神经炎症反应的方法主要包括磁共振成像(MRI)、正电子发射断层扫描(PET)和单光子发射计算机断层扫描(SPECT)等等。然而上述方法存在一定的局限性:如MRI获取图像时间长,灵敏度低;PET会对人体产生辐射;SPECT则存在检测费用高等问题。因此,亟需开发一种具有快速、成本低、且灵敏度高的神经炎症反应检测方法。
近年来,分子荧光探针技术因具有成本低和灵敏度高等优点,并且已实现了快速、无创和原位地成像细胞或活体动物,因而已经被广泛应用于生化及医学等交叉领域。相比于单光子荧光探针,双光子荧光探针结合了焦点激发和点扫描技术,能够进行更清晰地成像。同时,基于活性氧物质响应的双光子荧光探针被越来越多用于神经炎症反应检测。一氧化氮(NO)是生物体内存在的一种活性氧物质,也是生物体内重要的促炎因子。神经炎症反应发生时,激活的小胶质细胞会大量释放NO,基于此构建NO双光子荧光探针成为检测神经炎症反应的有效手段。然而,基于NO响应的双光子荧光探针检测神经炎症反应却存在以下技术问题:(1)缺乏靶向性,容易造成假阳性;(2)跨越血脑屏障能力差,难以进入脑组织内。因此,如何构建靶向性高、跨越血脑屏障能力强、且荧光最大响应倍数高、对NO响应具有灵敏度高和选择性好的NO响应的双光子荧光探针也成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为了改善上述技术问题,本发明提供一种如式I所示结构的化合物:
本发明还提供上述如式I所示结构的化合物的制备方法,包括:将化合物3和化合物A反应,得到式I化合物;
所述化合物3具有如下结构:
所述化合物A具有如下结构:
根据本发明的实施方案,上述反应过程中,优选加入碱和催化剂。
根据本发明的实施方案,所述催化剂可以选自:三(邻甲基苯基)磷、1,1'-双二苯基膦二茂铁、二氯化钯、二氯化钯、醋酸钯(Pd(OAc)2)、四(三苯基膦)钯和三(二亚苄基丙酮)二钯中的至少一种;优选为醋酸钯(Pd(OAc)2)和三(邻甲基苯基)磷。
根据本发明的实施方案,所述碱可以为有机碱或无机碱。
例如,所述无机碱可以选自下列化合物中的至少一种:碱金属或碱土金属的氢化物、氢氧化物、醋酸盐、氟化物、磷酸盐、碳酸盐及碳酸氢盐;优选地,所述无机碱选自氨基钠、氢化钠、氢氧化钠、氢氧化钾、醋酸钠、磷酸钠、磷酸钾、氟化钾、氟化铯、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸氢钠或碳酸铯。
例如,所述有机碱可以选自下列化合物中的至少一种:醇盐、叔胺、被取代或未被取代的吡啶类及被取代或未被取代的三乙胺、三甲胺、N,N-二异丙基乙基胺、三正丙胺、三正丁胺、三正己胺、三环己胺、N-甲基环己胺、N-甲基吡咯烷、N-甲基哌啶、N-乙基哌啶、N,N-二甲基苯胺、N-甲基吗啉、吡啶、2,3-或4-甲基吡啶、2-甲基-5-乙基吡啶、2,6-二甲基吡啶、2,4,6-三甲基吡啶、4-二甲基氨基吡啶、喹啉、甲基喹啉、N,N,N,N-四甲基乙二胺、N,N-二甲基-1,4-二氮杂环己烷、N,N-二乙基-1,4二氮杂环己烷、1,8-双(二甲氨基)萘、二氮杂二环辛烷(DABCO)、二氮杂二环壬烷(DBN)、二氮杂二环十一烷(DBU)、丁基咪唑及甲基咪唑、二异丙基氨基锂、甲醇钠、叔丁醇钾;优选为三乙胺。
根据本发明的实施方案,所述制备方法可以在溶剂如有机溶剂的存在下进行。例如,所述的有机溶剂可以选自N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。
根据本发明的实施方案,所述化合物3和化合物A的摩尔比为1:(1~2),示例性为1:1、1:1.44、1:2。
根据本发明的实施方案,所述催化剂的用量为化合物3质量的0.5~4%,示例性为0.5%、1%、2%、3%。
根据本发明的实施方案,所述化合物3和碱的摩尔比为1:(5~10),示例性为1:5、1:7、1:9.2。
根据本发明的实施方案,所述反应的温度为60~100℃,示例性为60℃、70℃、80℃、90℃、100℃;所述反应的时间为12~36h,示例性为12h、24h、36h。
根据本发明的实施方案,所述制备方法还包括待反应结束后,从反应后的混合物中沉淀得到固体产物的步骤。例如,沉淀过程可以为将所述混合物倒入冰水中,收集得到固体产物。进一步地,所述制备方法还包括对所述固体产物进行纯化的步骤。例如,所述纯化可以采用柱层析色谱柱分离。优选地,所述柱层析色谱柱分离的洗脱液为石油醚:乙酸乙酯=1:(1~5)(v/v),示例性为1:1、1:2、1:5。
优选地,所述式I化合物的合成路线如下:
根据本发明的实施方案,所述化合物3由如下方法制备得到,包括:将化合物2和4-溴-1,8-萘二甲酸酐进行反应,得到所述化合物3;
所述化合物2具有如下结构:
根据本发明的一个实施方式,上述反应可以在溶剂如有机溶剂的存在下进行。例如,所述的有机溶剂可以选自乙醇。
根据本发明的实施方案,所述化合物2和4-溴-1,8-萘二甲酸酐的摩尔比为1:(0.5~1.0),示例性为1:0.5、1:0.6、1:0.8、1:1。
根据本发明的实施方案,所述反应的温度为60~100实,示例性为60例、70例、80例、100性;所述反应的时间为1~6h,示例性为1h、4h、6h。
根据本发明的实施方案,所述制备方法还包括待反应结束后分离得到粗产物的步骤。例如,用萃取剂萃取反应后的混合物,收集滤液,减压蒸馏所述滤液,得到所述粗产物。优选地,所述萃取剂可以为二氯甲烷和饱和食盐水。进一步地,所述制备方法还包括对所述粗产物进行纯化得到化合物3的步骤。例如,所述纯化可以采用柱层析色谱柱分离,得到化合物3。
优选地,所述化合物3的合成路线如下:
根据本发明的实施方案,所述化合物2由如下方法制备得到,包括:将化合物1和水合肼进行反应,得到化合物2;
所述化合物1具有如下结构:
根据本发明的一个实施方式,上述反应可以在溶剂如有机溶剂的存在下进行。例如,所述的有机溶剂可以选自乙醇。
根据本发明的实施方案,上述反应过程中,优选加入催化剂。优选地,所述催化剂可以选自:Pd/C粉末、1,1'-双二苯基膦二茂铁、二氯化钯、二氯化钯、醋酸钯(Pd(OAc)2)、四(三苯基膦)钯和三(二亚苄基丙酮)二钯中的至少一种。优选为Pd/C粉末。
根据本发明的实施方案,所述催化剂与化合物1的质量比为1:(20~40),示例性为1:20、1:25、1:28。
根据本发明的实施方案,所述水合肼与化合物1的用量比为1mL:(0.1~0.3)g,示例性为1mL:0.1g、1mL:0.14g、1mL:0.2g。
根据本发明的实施方案,所述反应的温度为60~100实,示例性为60例、70例、80例、100性;所述反应的时间为1~4h,示例性为1h、2h、4h。
根据本发明的实施方案,所述制备方法还包括待反应结束后分离得到粗产物的步骤。例如,用萃取剂萃取反应后的混合物,收集滤液,减压蒸馏所述滤液,得到所述粗产物。优选地,所述萃取剂可以为二氯甲烷和饱和食盐水。进一步地,所述制备方法还包括对所述粗产物进行纯化的步骤。例如,所述纯化可以采用柱层析色谱柱分离。
优选地,所述化合物2的合成路线如下:
根据本发明的实施方案,所述化合物1由如下方法制备得到,包括:将1-氟-4-硝基苯和氨基三甘醇单甲醚进行反应,得到化合物1。
根据本发明的一个实施方式,上述反应可以在溶剂如有机溶剂的存在下进行。例如,所述的有机溶剂可以选自DMSO。
根据本发明的实施方案,所述1-氟-4-硝基苯和溶剂的摩尔体积比为1mmol:(1-2)mL,例如为1mmol:1.35mL。
根据本发明的实施方案,所述1-氟-4-硝基苯和氨基三甘醇单甲醚的摩尔比为1:(0.5~1),示例性为1:0.5、1:0.83、1:1。
根据本发明的实施方案,所述反应的温度为60~100℃,示例性为60℃、70℃、80℃、100℃;所述反应的时间为4~8h,示例性为4h、6h、8h。
根据本发明的实施方案,所述制备方法还包括待反应结束后分离得到粗产物的步骤。例如,用萃取剂萃取反应后的混合物,收集下层有机相,减压蒸馏得到粗产物。优选地,所述萃取剂可以为二氯甲烷和水。进一步地,所述制备方法还包括对所述粗产物进行纯化的步骤。例如,所述纯化可以采用柱层析色谱柱分离。
优选地,所述化合物1的合成路线如下:
根据本发明的实施方案,所述如式Ⅰ所示结构的化合物的制备方法,包括以下步骤:
S1、将1-氟-4-硝基苯和氨基三甘醇单甲醚溶于DMSO中,反应,待混合物冷却至室温,用二氯甲烷和水萃取,收集下层有机相,减压蒸馏得到粗产物,将所得粗产物制样用柱层析色谱柱分离,得到化合物1,所述化合物1的结构式如下:
S2、将步骤S1所得化合物1、Pd/C粉末、水合肼和乙醇混合,氮气保护下,反应,待反应结束后,将混合物冷却至室温,减压抽滤除去体系中的Pd/C粉末;随后滤液用二氯甲烷和饱和食盐水进行萃取,收集有机相,减压蒸馏得到粗产物,将将所得粗产物制样用柱层析色谱柱分离,得到化合物2,所述化合物2的结构式如下:
S3、将步骤S2所得化合物2和4-溴-1,8-萘二甲酸酐溶于乙醇中,反应,待反应完毕后,用二氯甲烷和饱和食盐水萃取,收集滤液,减压蒸馏得到粗产物,将所得粗产物制样用柱层析色谱柱分离,得到化合物3,所述化合物3的结构式如下:
S4、将步骤S3所得化合物3、化合物A、三(邻甲基苯基)磷、Pd(OAc)2、三乙胺混合后加入DMF,反应,待反应结束后,将混合物倒入冰水中,收集红色固体,将所得固体制样用柱层析色谱柱分离,得到式I化合物;
所述化合物A具有如下结构:
式I化合物的反应路线如图1所示。
本发明还提供如式I所示结构的化合物在检测一氧化氮中的应用。
本发明还提供如式I所示结构的化合物作为双光子荧光探针的应用。优选地,所述双光子荧光探针具有脂滴定位功能,能够用于检测神经炎症。
本发明还提供一种双光子荧光探针,其含有如式I所示结构的化合物。
根据本发明的实施方案,所述双光子荧光探针的单光子最大吸收波长约为466nm。
根据本发明的实施方案,所述双光子荧光探针的双光子最大吸收波长约为780nm。
根据本发明的实施方案,所述双光子荧光探针的荧光最大发射波长约为630nm。
根据本发明的实施方案,所述双光子荧光探针的斯托克斯位移约为150nm。
根据本发明的实施方案,所述双光子荧光探针具有脂滴定位功能。
本发明还提供上述双光子荧光探针检测一氧化氮的方法,该方法包括将一氧化氮(NO)或含有一氧化氮(NO)的待测目标物,与所述双光子荧光探针混合。
根据本发明的实施方案,该方法还包括将一氧化氮或含有一氧化氮的待测目标物的待测试样品与所述双光子荧光探针混合后,测定混合液的发光强度,计算得到一氧化氮的浓度。其中,所述双光子荧光探针在待测试样品中的浓度为5-20μM,例如8-15μM,示例性为10μM。
优选地,所述待测目标物的浓度通过代入待测目标物的浓度依赖型标准曲线计算得到。
根据本发明的实施方案,所述方法还包括配制所述双光子荧光探针的溶液和一氧化氮(NO)的溶液或含有一氧化氮(NO)的待测目标物的溶液。
根据本发明的实施方案,所述方法具体包括以下步骤:
1)将如式I所示结构的化合物溶于DMSO中,得到所述双光子荧光探针的溶液;
2)配制不同浓度的NO溶液或含NO的待测目标物的溶液;
3)绘制NO溶液或含NO的待测目标物的浓度依赖型标准曲线;
优选地,所述NO溶液的浓度依赖型标准曲线绘制的步骤如下:取双光子荧光探针溶液,以其中一组溶液为空白样,向其余各组溶液中分别加入已知浓度的NO溶液或含NO的待测目标物的溶液混合,孵育,测定混合液的发光强度,加入待测目标物溶液后的各组混合液的荧光强度y为纵坐标,待测目标物溶液浓度x为横坐标,做出NO或含NO的待测目标物的浓度依赖型标准曲线;
4)检测NO溶液或含NO的待测目标物中NO的浓度;
优选地,所述待测目标物的浓度具体通过以下步骤测得:取双光子荧光探针溶液和未知浓度的NO溶液或含NO的待测目标物的溶液混合,孵育,测定混合液的发光强度,代入步骤3)绘制的NO的浓度依赖型标准曲线,得出NO的浓度。
根据本发明的实施方案,步骤2)中所述NO溶液或含NO的待测目标物的溶液由NO或含NO的待测目标物与缓冲溶液混合得到;
优选地,所述缓冲溶液可以选自pH值为7~11的缓冲溶液;例如,所述缓冲溶液可以选自HEPES水溶液、MES缓冲溶液、Tris-HCl缓冲液、NaOH-H3BO3缓冲液、NaCO3-NaHCO3缓冲液、磷酸盐缓冲液等;
根据本发明示例性的实施方案,所述缓冲溶液选自pH为7.4的磷酸盐缓冲液(PBS);
根据本发明示例性的实施方案,所述NO溶液由NO与PBS溶液混合得到;所述NO的浓度大于0且小于等于20μM,优选为1-20μM。
根据本发明的实施方案,步骤4)中所述孵育的温度可以选自30~50℃,优选地,所述孵育的温度选自35~40℃,根据本发明示例性的实施方案,所述孵育的温度为37℃;
所述孵育的时间可以选自1~10min,优选地,所述孵育的时间选自1~5min;根据本发明示例性的实施方案,所述孵育的时间为3min;
优选地,所述双光子荧光探针溶液和不同浓度的NO溶液的浓度和体积可以按任意比例混合。
本发明还提供了上述检测方法的用途,其用于神经炎症的检测;
优选地,所述检测方法用于神经炎症的一氧化氮活性氧物质的检测。
本发明还提供了一种试剂盒,其包含上述双光子荧光探针。
本发明还提供了一种生物传感器,其包含上述双光子荧光探针。
本发明还提供上述双光子荧光探针、试剂盒和/或生物传感器在检测神经炎症中的用途。
本发明还提供上述双光子荧光探针、试剂盒和/或生物传感器在活细胞或组织成像中的应用。
本发明的双光子探针(记为探针SUN-TAN)中,芳香二级胺作为NO的识别域,可避免以邻苯二胺为NO识别域时易受到抗坏血酸(AA)、脱氢抗坏血酸(DHA)和丙酮醛(MGO)的干扰,因此可提高探针的选择性;而修饰聚乙二醇链结构(氨基三甘醇单甲醚),可以增加探针的溶解度并提高探针在体内的生物相容性,有利于跨越血脑屏障以进入到深层脑组织部位;同时三苯胺结构作为脂滴定位基团,有利于靶向定位到神经炎症部位,以提高检测的精准性;并且萘酰亚胺结构单元作为荧光基团,其具有高稳定性和高量子产率的优点,因而有利于获得更清晰的成像结果。
本发明双分子荧光探针的作用机理:探针SUN-TAN未与NO反应时,荧光探针分子中的芳香二级胺基团含有的电子容易占据萘酰亚胺结构单元受激发产生的电子空穴,发生受体光诱导电子转移(a-PET)过程从而猝灭了SUAN-TAN的荧光。然而,当SUA-TAN与NO反应时,其发生N-亚硝基化反应破坏了芳香二级胺结构,使电子从芳香二级胺基团转移到萘酰亚胺结构单元受激发产生的电子空穴过程受阻,从而抑制了a-PET过程,荧光恢复。
本发明的有益效果:
脂滴是真核细胞内一类重要的细胞器,其形成主要来源于机体自身的脂质代谢途径。正常脑组织内的脂质主要用于合成细胞膜结构,而较少存储于脂滴,因此正常脑组织内脂滴数量很少。本申请发明人发现,神经炎症反应发生时,激活的小胶质细胞除了过度表达各种促炎因子外,同时还伴随着大量脂滴堆积,基于此,本发明构建了一种脂滴锁定的双光子荧光探针以提高检测神经炎症的靶向性。
(1)本发明检测神经炎症的一氧化氮双光子脂滴锁定荧光探针SUN-TAN的单光子最大吸收波长为466nm、双光子最大吸收波长为780nm、荧光最大发射波长为630nm,该探针具有双光子激发性质,具有较大的斯托克斯位移(150nm),因此可有效地降低生物体自身的干扰,以提高生物成像的准确度。并且本发明探针的荧光最大响应倍数高,对NO响应具有灵敏度高和选择性好等优点。同时本发明探针具有合成简单、脂滴定位功能以及有效跨越血脑屏障的优势,能实现精准确检测神经炎症反应,
(2)本发明探针具有脂滴定位功能,能精准地定位于神经炎症部位;还具有较好的生物相容性,能有效地跨越血脑屏障,以提高生物成像的清晰度。
附图说明
图1为本发明探针SUN-TAN的合成路线图。
图2为本发明探针SUN-TAN的1H-NMR谱图。
图3为本发明探针SUN-TAN的13C-NMR谱图。
图4为本发明探针SUN-TAN的HRMS谱图。
图5为本发明探针SUN-TAN对NO响应荧光光谱图。
图6为本发明探针SUN-TAN对NO的线性响应图。
图7为本发明探针SUN-TAN的选择性测试图。
图8为本发明探针SUN-TAN在不同pH值缓存溶液中的荧光稳定性图。
图9为本发明探针SUN-TAN在BV-2细胞内毒性实验图。
图10为本发明探针SUN-TAN在BV-2细胞中的共定位图。其中:a为探针SUN-TAN成像结构,信号通道为红色通道(λem=550-750nm,λex=780nm);b为染料BODIPY 493/503成像结果,信号通道为绿色通道(λem=500-530nm,λex=488nm);c为a与b的重叠图像;d为SUN-TAN和BODIPY 493/503的强度相关图(图中标尺均为10μm)。
图11为本发明探针SUN-TAN在BV-2细胞中检测神经炎症应用图。其中:a为细胞明场;b为200μg/mL LPS处理培养6h,再加入10μM探针SUN-TAN孵育30min的双光子荧光图;c为a与b的重叠图像。λem=550-750nm,λex=780nm;(图中标尺均为50μm)。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解,下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明,而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明,以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品,或者可以通过已知方法制备。
本发明以下实施例中,所述化合物A的结构式为:
其制备方法可参考文献:YE M,HU W,HE M,et al.Deep imaging forvisualizing nitric oxide in lipid droplets:discovering the relationshipbetween nitric oxide and resistance to cancer chemotherapy drugs.ChemicalCommunication[J],56:6233-6236中公开的方法。
除特殊说明外,探针SUN-TAN体外检测NO实验均以pH 7.4的PBS/1,4-二氧六环(7/3,v/v)为介质,探针浓度均为10μM。
本发明中,mM代表mmol/L,μM代表μmol/L。
实施例1
如图1所示,一种检测神经炎症的一氧化氮双光子脂滴锁定荧光探针(SUN-TAN)的合成方法,包括以下步骤:
S1、化合物1的合成:将3g(14.71mmol)1-氟-4-硝基苯和2g(12.26mmol)氨基三甘醇单甲醚溶于20mL的DMSO中,升温至100℃反应6h。反应结束后,待混合物冷却至室温,用二氯甲烷和水萃取,收集下层有机相,减压蒸馏得到粗产物,然后将所得粗产物制样并用柱层析色谱柱分离,洗脱剂为PE:DCM=2:1(v/v),得到2.8g化合物1,产率为80%。
S2、化合物2的合成:依次将2.8g(9.854mmol)步骤S1制得的化合物1、100mg Pd/C粉末和20mL水合肼加入盛有80mL乙醇的三口瓶中,氮气保护下,升温至80℃反应2h,并用TCL跟踪反应进程。反应结束后,待混合物冷却至室温,减压抽滤除去体系中的Pd/C粉末。随后用二氯甲烷和饱和食盐水对滤液进行萃取,收集有机相,减压蒸馏得到粗产物,将所得粗产物制样后用柱层析色谱柱分离,洗脱剂为PE:PA=1:1(v/v),得到1.22g化合物2,产率为48.6%。
S3、化合物3的合成:将1.22g(4.79mmol)步骤S2制得的化合物2和1.1g(3.83mmol)4-溴-1,8-萘二甲酸酐溶于50mL的乙醇中,升温至80℃反应4h。反应完毕后,用二氯甲烷和饱和食盐水萃取,收集滤液,减压蒸馏得到粗产物,将所得粗产物制样后用柱层析色谱柱分离,洗脱剂为PE:EA=1:2(v/v),得到1.02g化合物3,产率为53.2%。
S4、依次将0.5g(1.0mmol)步骤S3制得的化合物3、0.4g(1.44mmol)化合物A、4mg(0.013mmol)三(邻甲基苯基)磷、5mg Pd(OAc)2、0.93g三乙胺(9.2mmol)加入烧瓶中,三充三抽后加入干燥后的20mL DMF,升温至90℃反应24h。反应结束后,将混合物倒入冰水中,收集红色固体,并将所得固体制样后用柱层析色谱柱分离,洗脱剂为PE:PA=1:2(v/v),得到0.56g探针(SUN-TAN),产率为80%。
本实施例制得的探针(SUN-TAN)的核磁氢谱结果如图2所示:1H NMR(600MHz,DMSO-d6)δ8.99(d,J=8.7hz,1H),8.52(d,J=7.1hz,1H),8.45(d,J=7.8hz,1H),8.23(d,J=7.9hz,1H),8.10(d,J=16.0hz,1H),7.95-7.88(m,1H),7.77(d,J=8.7hz,2H),7.57(d,J=16.0hz,1H),7.36(t,J=7.9hz,4H),7.16-7.07(m,6H),7.01(dd,J=13.8,8.7hz,4H),6.68(d,J=8.8hz,2H),3.61(dd,J=7.5,4.1hz,2H),3.59-3.57(m,2H),3.57-3.56(m,2H),3.54(dd,J=5.7,3.9hz,2H),3.45(dd,J=5.7,3.8hz,2H),3.27-3.23(m,5H)。
本实施例制得的探针(SUN-TAN)的碳谱结果如图3所示:13C NMR(151MHz,d6-DMSO)δ164.24,163.95,154.15,147.19,142.67,141.95,133.69,131.32,131.10,130.93,130.18,127.58,127.42,125.07,124.21,123.52,122.60,121.62,121.21,49.82,28.41。
本实施例制得的探针(SUN-TAN)的质谱结果如图4所示:HRMS m/z:calcd forC45H41N3O5[M+H]+:704.3046found:704.3129。
实施例2
荧光探针分子与NO的荧光响应实验,包括如下步骤:
(1)称取3.5mg实施例1制备的探针(SUN-TAN)溶于1mL DMSO中,超声,混合均匀,然后取0.2mL上述溶液于1mL离心管中,加入0.8mL DMSO配制成1mM探针储备液。
(2)NO饱和溶液(1.9mM)配制:室温下,在10mM PBS溶液中通氮气30min以排除溶液中O2,然后迅速将由亚硝酸钠和浓硫酸反应产生的NO气体导入上述溶液中,通入NO时间约为40min,即可配制出NO饱和溶液,并置于4℃冰箱里保存。使用时,将NO饱和溶液稀释成1mM。
(3)取10μL步骤(1)制得的探针储备液,加入适量pH为7.4的PBS/1,4-二氧六环(7/3,v/v)的混合溶液,超声,混合均匀,迅速加入0-20μL NO溶液(1mM),使测试液里探针的最终浓度为10μM,NO最终浓度分别为0μM、1μM、2μM、5μM、8μM、12μM、14μM和20μM。然后迅速将测试液放入温度为37℃、转速为200r的恒温振荡器中,振荡反应3min。最后以471nm为单光子激发波长进行荧光检测,测定各测试液的荧光光谱图。结果如5图所示;并以加入NO溶液后的各混合液的荧光强度为纵坐标,NO溶液浓度为横坐标,绘制标准曲线结果如图6所示。
图5表明本发明方法建立的检测方法能够对0-20μM的浓度范围内的NO有所响应,且NO的浓度越大,荧光强度也越高。图6中结果表明:当C(NO)为0-20μM时,探针的荧光强度(y)与NO的浓度(x)存在良好的线性关系,其线性方程为:y=65.38+242.64x(R2=0.996),检出限为0.67μM(S/N=3),且当C(NO)为20μM时,荧光响应最大倍数为312。
上述结果表明,本发明基于萘酰亚胺和三苯胺结构的双光子脂滴锁定荧光探针(SUN-TAN)对NO具有较高的检测灵敏度,可用于对神经炎症的一氧化氮(NO)的高灵敏检测。
实施例3
抗干扰性能是衡量荧光探针实用性的重要指标之一。为了考察本发明所制备的探针(SUN-TAN)对NO的特异性识别性能,实验方法如下:
在实施例1制备的10μM探针溶液中分别加入100μM金属离子(图7中的2-7分别代表Zn2+,Mn2+,Ba2+,Mg2+,Ca2+,Fe2+)、1.0mM生物硫醇(图7中的8-14分别代表H2S,Cys,Hcy,GSH,AA,DHA,MGO);50μM活性氧(图7中的15-17分别代表H2O2,·OH,ClO-)和50μM活性氮(图7中的18-19分别代表HNO,ONOO-)和20μM NO(图7中的20)溶液,然后迅速将测试液放入温度为37℃、转速为200r的恒温振荡器中,振荡反应3min。最后以471nm为单光子激发波长进行荧光检测。测定各混合液的荧光发射光谱,经软件Origin处理后,结果如图7所示。由图7中结果可知,除NO外,其它物质加入前后对探针(SUN-TAN)的荧光强度值几乎无影响。由此表明本发明制得的探针(SUN-TAN)对NO响应具有较高的选择性识别性能,有望用于对神经炎症的一氧化氮(NO)的高灵敏检测。
实施例4
为了考察本发明所制得的探针(SUN-TAN)的稳定性,本实施例通过选择不同pH值的PBS缓冲体系,观察探针自身荧光强度的变化和探针与NO反应后荧光强度的变化。具体方法如下:
配制pH为4.0-8.0的PBS缓冲体系,然后向PBS缓冲液中分别加入10μM实施例1制备的探针和20μM NO。反应完毕后,以471nm为单光子激发波长,测量NO加入前后混合液的荧光发射光谱。结果如图8所示,图中结果表明:在pH值为4.0-8.0范围内,本发明制得的探针的荧光强度值几乎没有变化,趋于稳定。由此表明本发明制得的探针(SUN-TAN)对NO检测具有较高的稳定性,可用于不同细胞微环境下NO的成像分析。
实施例5
为了考察探针的生物相容性以验证探针是否能用于活细胞成像分析,本实施例通过探针SUN-TAN在BV-2细胞内的毒性实验进行验证。具体实验方法如下:
将BV-2细胞置于37℃、5%CO2氛围,在96孔板中接种BV-2细胞并培养24h。然后再分别加入不同浓度的探针SUN-TAN溶液(0μΜ、5μΜ、10μΜ、15μΜ和25μΜ,1%DMSO的DMEM),继续培养24h。之后在每个孔中分别加入MTT溶液20μL(5.0mg/mL),再培养4h,然后添加150μL DMSO以溶解甲臜。最后采用酶标仪测量上述溶液在490nm处的吸光度,并根据下式计算细胞存活率(%):A为实验组的吸光度,A0为对照组(0μΜ)的吸光度。
如图9所示,探针浓度达到25μΜ时,BV-2细胞存活率仍保持在80%以上,由此表明本发明探针的细胞毒性小,细胞生物相容性好,因而可以用于活细胞成像分析。
实施例6
为了验证本发明探针对脂滴的定位能力,将本发明实施例1制得的双光子荧光探针进行共定位实验。具体实验步骤如下:
将BV-2细胞培养在补充有10%(v/v)新生小牛血清(Gibco)、100U/mL青霉素和100μg/mL链霉素的DMEM培养基中,并置于在37℃和5%CO2环境氛围。成像前,将BV-2细胞传代至NEST培养皿中并加入300μM油酸(诱导脂滴形成的试剂)培养4h,之后加入10μM探针SUN-TAN和商业脂滴定位染料BODIPY493/503(1μg/mL)孵育30min,然后用无血清的DMEM洗涤3次。最后以780nm为激发波长进行双光子共聚焦成像。结果如图10所示,图中结果表明:探针SUN-TAN主要积累于脂滴中,其皮尔森共定位系数达到0.92,由此表明探针SUN-TAN能定位于脂滴中。
实施例7
本实施例为探针SUN-TAN在BV-2细胞中检测神经炎症,具体实验步骤如下:
成像前,将BV-2细胞传代至NEST培养皿中并加入200μg/mL LPS(诱导BV-2细胞产生炎症),继续培养6h,之后加入10μM探针SUN-TAN,孵育30min,然后用无血清的DMEM洗涤3次。最后以780nm为激发波长进行双光子共聚焦成像。结果如图11所示,对照组几乎没有荧光(图11中a),LPS处理组荧光强度较强且成像清晰(图11中b),由此表明本发明的探针SUN-TAN能够用于检测神经炎症,并具有较好的成像效果。
以上,对本发明的实施方式进行了说明。但是,本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (32)
3.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,上述反应过程中,加入碱和催化剂。
4.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述催化剂为醋酸钯(Pd(OAc)2)和三(邻甲基苯基)磷。
5.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述碱为有机碱或无机碱。
6.如权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述无机碱选自下列化合物中的至少一种:碱金属或碱土金属的氢化物、氢氧化物、醋酸盐、氟化物、磷酸盐、碳酸盐及碳酸氢盐。
7.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述无机碱选自氨基钠、氢化钠、氢氧化钠、氢氧化钾、醋酸钠、磷酸钠、磷酸钾、氟化钾、氟化铯、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸氢钠或碳酸铯。
8.如权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述有机碱选自下列化合物中的至少一种:三乙胺、三甲胺、N,N-二异丙基乙基胺、三正丙胺、三正丁胺、三正己胺、三环己胺、N-甲基环己胺、N-甲基吡咯烷、N-甲基哌啶、N-乙基哌啶、N,N-二甲基苯胺、N-甲基吗啉、吡啶、2,3-或4-甲基吡啶、2-甲基-5-乙基吡啶、2,6-二甲基吡啶、2,4,6-三甲基吡啶、4-二甲基氨基吡啶、喹啉、甲基喹啉、N,N,N,N-四甲基乙二胺、N,N-二甲基-1,4-二氮杂环己烷、N,N-二乙基-1,4二氮杂环己烷、1,8-双(二甲氨基)萘、二氮杂二环辛烷(DABCO)、二氮杂二环壬烷(DBN)、二氮杂二环十一烷(DBU)、丁基咪唑及甲基咪唑、二异丙基氨基锂、甲醇钠、叔丁醇钾。
9.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述化合物3和化合物A的摩尔比为1:(1~2)。
10.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述催化剂的用量为化合物3质量的0.5~4%。
11.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述化合物3和碱的摩尔比为1:(5~10)。
12.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述反应的温度为60~100℃;所述反应的时间为12~36h。
14.如权利要求13所述的制备方法,其特征在于,所述化合物2和4-溴-1,8-萘二甲酸酐的摩尔比为1:(0.5~1.0)。
15.如权利要求13所述的制备方法,其特征在于,所述反应的温度为60~100℃;所述反应的时间为1~6h。
17.如权利要求16所述的制备方法,其特征在于,上述反应过程中加入催化剂,所述催化剂为Pd/C粉末,所述催化剂与化合物1的质量比为1:(20~40)。
18.如权利要求16所述的制备方法,其特征在于,所述水合肼与化合物1的用量比为1mL:(0.1~0.3)g。
19.如权利要求16所述的制备方法,其特征在于,所述反应的温度为60~100℃;所述反应的时间为1~4h。
20.如权利要求16所述的制备方法,其特征在于,所述化合物1由如下方法制备得到,包括:将1-氟-4-硝基苯和氨基三甘醇单甲醚进行反应,得到化合物1。
21.如权利要求20所述的制备方法,其特征在于,所述1-氟-4-硝基苯和氨基三甘醇单甲醚的摩尔比为1:(0.5~1)。
22.如权利要求20所述的制备方法,其特征在于,所述反应的温度为60~100℃;所述反应的时间为4~8h。
23.权利要求1所述的如式I所示结构的化合物在制备检测一氧化氮的试剂中的应用。
24.权利要求1所述的如式I所示结构的化合物在制备双光子荧光探针中的应用,所述双光子荧光探针具有脂滴定位功能,能够用于检测神经炎症。
25.一种双光子荧光探针,其为权利要求1所述的如式I所示结构的化合物。
26.如权利要求25所述的双光子荧光探针,其特征在于,所述双光子荧光探针的单光子最大吸收波长约为466nm。
27.如权利要求25所述的双光子荧光探针,其特征在于,所述双光子荧光探针的双光子最大吸收波长约为780nm。
28.如权利要求25所述的双光子荧光探针,其特征在于,所述双光子荧光探针的荧光最大发射波长约为630nm。
29.如权利要求25所述的双光子荧光探针,其特征在于,所述双光子荧光探针的斯托克斯位移约为150nm。
30.如权利要求25所述的双光子荧光探针,其特征在于,所述双光子荧光探针具有脂滴定位功能。
31.一种试剂盒,其包含权利要求25所述的双光子荧光探针。
32.一种生物传感器,其包含权利要求25所述的双光子荧光探针。
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