一种具有水溶性及聚集诱导发射效应的荧光探针和纳米粒及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种具有水溶性及聚集诱导发射效应的荧光探针和纳米粒及制备方法和应用，该荧光探针含多苯基取代的咪唑环及季铵盐结构特征，在水中具有很好的分散性，且具有聚集诱导发射效应、发射波长长等特点，适应于荧光法检测；在肝素的诱导下，该荧光探针会自组装，从而聚集产生红色荧光，通过检测发射光的强度来反映肝素的含量，实现肝素的定量检测，具有灵敏度高、抗干扰性强等优点，特别适用于化学溶液体系、生物样品等环境中的肝素的检测。该方法对于痕量肝素的检测和基于患者血液中肝素的实时监测及其临床用药指导具有重要的实用价值。

Fluorescent probe and nano particle having water solubility and aggregation induced emission effect, preparation method and application thereof

The invention discloses a water solubility and aggregation induced emission effect of the fluorescent probe and nanoparticles and the preparation method and the application of imidazole ring and quaternary ammonium salt structure characteristics of the fluorescent probe containing phenyl substituted, in water with good dispersion, and has the characteristics of aggregation induced emission, emission wavelength etc., adapted to the fluorescence detection; in heparin induced by the fluorescent probe will self assemble, in order to gather the red fluorescence, by detecting the intensity of the emitted light to reflect the content of heparin, heparin to achieve quantitative detection, has the advantages of high sensitivity, strong anti-interference, especially suitable for the detection of chemical and biological solution system the samples in the environment of heparin. This method has important practical value for the detection of trace heparin and the real-time monitoring of heparin in patients' blood and its clinical medication.

【技术实现步骤摘要】
一种具有水溶性及聚集诱导发射效应的荧光探针和纳米粒及制备方法和应用
本专利技术涉及荧光探针及纳米粒，特别涉及一种具有水溶性以及具有聚集诱导发射效应的荧光探针或纳米粒，及它们的制备方法，特别还涉及荧光探针纳米粒在肝素的检测方面的应用，属于化学分析、分析检测

技术介绍
荧光有机纳米粒(FONs)，通常由单分散态的低聚物或者是共轭结构的荧光团经过自组装形成。其与无机纳米粒相比具有灵活的合成方法，生物降解性，低毒性以及在水溶液中的稳定性等优点，目前已广泛应用于化学传感、光学材料、涂料、细胞成像、生物监测、生物体内成像及光动力治疗等领域(X.Zhang,X.Y.Zhang,L.Tao,Z.G.Chi,J.R.Xu,andY.Wei.J.Mater.Chem.B.,2014,2,4398-4414.)。但是传统的荧光团在水溶液中通过自组装发生聚集时荧光将发生淬灭，这一缺陷将限制其在有机发光材料和生物成像等方面的应用。与传统的荧光团相比具有聚集诱导发射或聚集诱导发射增强的荧光团，在聚集态和固态条件下具有很强的荧光。聚集诱导发光分子的独特行为，引起了科学家的极大关注，成为了多功能光学材料研究领域的热点。聚集诱导发光型的纳米粒，由于其良好的生物相容性和高的荧光强度，在生物传感和生物成像领域具有极大的应用价值(R.T.K.Kwok,C.W.T.Leung,J.W.Y.Lam,andB.Z.Tang,Chem.Soc.Rev.,2014,13,4228–4238.)。肝素(heparin)是一种直线、没有分枝的硫酸化的糖胺聚糖，主要由三硫酸化的二糖重复单元构成。肝素在调控生物体内各种生理过程起着关键的作用，例如，细胞生长、细胞分化、炎症、免疫防御、脂质转运等。肝素作为一种高效的抗凝剂，广泛地运用于临床上妊娠病人的抗凝血治疗以及外科预防血栓的形成，对于急性心肌梗死的患者，肝素还可以预防病人发生静脉栓塞。肝素的另一重要的临床运用是在心脏手术、肾脏透析的过程中维持病人血液体外循环的畅通。此外，肝素还可以用于治疗各种原因引起的弥散性血管内凝血(DIC)、类风湿性关节炎、肾小球肾炎、肾病综合征等。肝素的抗凝血作用主要是通过它和凝血酶蛋白抑制剂(抗凝血酶III)之间的相互作用来实现的。临床要求的肝素用于心血管外科手术和术后长期护理的剂量分别是2–8UmL-1(17–67μM)和0.2–1.2UmL-1(1.7–10μM)，因此临床使用肝素要严格控制其用量。肝素用量过多会引起自发性出血，临床表现为各种粘膜出血、关节腔积血、伤口出血等。肝素诱导的血小板减少症，是一种由药物诱导引发的血小板减少症，是肝素治疗中一重严重的并发症。鉴于过量的肝素可能引起的严重副作用，迫切需要发展一种高灵敏度和选择性的检测肝素含量的方法。目前为止有许多用来检测肝素的方法。临床常用活化部分凝血活酶时间(ActivatedPartialPhromboplastinTime，APPT)。方法是在血浆中加入钙离子、脑磷脂和其他激活物质如白陶土，这些物质激活内源性凝血级联系统，促进血浆凝固，而活化部分凝血活酶时间(APTT)就是血浆凝固所需的时间。肝素的用量可以根据APTT时间的长短来进行监测，从而找到最佳剂量范围。虽然APTT法操作简单、便宜，但是它是一种间接的检测方法、而且不能原位直接的检测病人血浆中肝素的含量，此外这种活化部分凝血活酶时间(APTT)的方法只能用于普通肝素检测，不能用于低分子肝素的检测。因此，非常期望开发一种高准确度并且可靠的监测肝素的新方法。最近几年由于荧光检测分析法的简单、快速、灵敏度高不需要昂贵的仪器等特点受到了极大的关注。许多基于有机小分子、聚合物、生物大分子检测肝素的荧光探针被报道。由于肝素本身具有丰富的负电荷，因此设计探针本身具有正电荷通过静电吸引的作用来检测肝素。这种策略经常用来设计荧光探针用于检测肝素。CongYu等人报道了一个多聚阳离子诱导的苯并[g,h,i]芘的荧光探针检测肝素，通过带负电荷的荧光团与多聚阳离子之间的静电作用力使荧光团发生聚集，加入高负电荷的肝素时，会与荧光团竞争性的结合多聚阳离子，通过荧光团的聚集状态的改变来比率型检测肝素(M.D.Yang,J.Chen,H.P.Zhou,W.Y.Li,Y.Wang,J.M.Li,C.Y.Zhang,C.B.ZhouandC.Yu,BiosensBioelectron.,2016,75,404–410.)。虽然这一探针能够灵敏性的检测肝素，但是其需要额外加入多聚阳离子(PDA)，通过两步反应来检测肝素，血清中的带负电荷的生物大分子也能够竞争性的与PDA结合，对肝素的检测带来很大的干扰。此外,已报道的肝素的荧光探针其发射波长较短(小于600nm)，血液中带荧光的生物大分子也会对其荧光定量会产生影响。
技术实现思路
针对现有检测肝素的荧光探针的性能存在的不足，本专利技术的第一个目的是在于提供一种水溶性好，且同时具有聚集诱导效应的荧光探针。本专利技术的第二个目的是在于提供一种具有聚集诱导效应的荧光探针纳米粒。本专利技术的第三个目的是在于提供一种操作简单、原料易得的制备所述荧光探针的方法。本专利技术的第四个目的是在于提供一种操作简单、条件温和的制备所述荧光探针的方法。本专利技术的第五个目的是在于提供一种所述荧光探针纳米粒在检测肝素中的应用，利用其具有的水溶性及聚集诱导效应，通过肝素与其静电相互作用力，使荧光探针聚集形成聚集态而发射荧光来实现对肝素的检测，表现出灵敏、选择性高的特点。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种具有水溶性及聚集诱导发射效应的荧光探针，具有式1结构：其中，X-选自I-、ClO4-、Br-或PF6-；R1、R2和R3独立选自氢、卤素、烷基、羟基、烷氧基、硝基、羧基或胺基。优选的方案，式1中R2和R3均选自氢、氟、氯、溴、碘、甲基、羟基、甲氧基、硝基、羧基或二甲胺基。优选的方案，式1中R1选自氢、氟、氯、溴、碘、甲基、羟基、甲氧基、硝基、羧基或二甲胺基。本专利技术还提供了一种荧光探针纳米粒，是由所述荧光探针聚集构成的纳米粒。本专利技术还提供了一种制备所述的具有水溶性及聚集诱导发射效应的荧光探针的方法，该方法包括以下步骤：1)2-甲基苯并噻唑与碘甲烷进行N取代反应，得到式2中间体；2)对苯二甲醛、式3苯胺类化合物和式4苯偶酰类化合物在醋酸/醋酸铵体系中进行环化反应，得到式5中间体；3)式2中间体与式5中间体在哌啶作用下进行缩合反应，得到式6目标产物，或者将式6目标产物与高氯酸盐、溴盐或六氟磷酸盐进行离子交换，得到含高氯酸根离子、溴离子或六氟磷酸根离子的目标产物；其中，R1、R2和R3独立选自氢、卤素、烷基、羟基、烷氧基、硝基、羧基或胺基。优选的方案，1)中的反应条件为：采用无水乙醇作为溶剂，在80～95℃反应4～8h。优选的方案，2)中的反应过程为：将对苯二甲醛和所述苯胺类化合物在冰醋酸溶剂中搅拌0.5～1.5h，再加入所述苯偶酰类化合物和醋酸铵，在110～130℃温度下反应8～16h。优选的方案，3)中的反应条件为：采用无水乙醇作为溶剂，哌啶作为催化剂，在80～95℃反应6～10小时。本专利技术还提供了一种制备所述的荧光探针纳米粒的方法，将所述的荧光探针溶于有机溶剂后，加入到水溶液中，超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有水溶性及聚集诱导发射效应的荧光探针，其特征在于：具有式1结构：

【技术特征摘要】
1.一种具有水溶性及聚集诱导发射效应的荧光探针，其特征在于：具有式1结构：其中，X-选自I-、ClO4-、Br-或PF6-；R1、R2和R3独立选自氢、卤素、烷基、羟基、烷氧基、硝基、羧基或胺基。2.根据权利要求1所述的具有水溶性及聚集诱导发射效应的荧光探针，其特征在于：R2和R3均选自氢、氟、氯、溴、碘、甲基、羟基、甲氧基、硝基、羧基或二甲胺基。3.根据权利要求1所述的具有水溶性及聚集诱导发射效应的荧光探针，其特征在于：R1选自氢、氟、氯、溴、碘、甲基、羟基、甲氧基、硝基、羧基或二甲胺基。4.一种荧光探针纳米粒，其特征在于：由权利要求1～3任一项所述荧光探针聚集构成的纳米粒。5.制备权利要求1～3任一项所述的具有水溶性及聚集诱导发射效应的荧光探针的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)2-甲基苯并噻唑与碘甲烷进行N取代反应，得到式2中间体；2)对苯二甲醛、式3苯胺类化合物和式4苯偶酰类化合物在醋酸/醋酸铵体系中进行环化反应，得到式5中间体；3)式2中间体与式5中间体在哌啶作用下进行缩合反应，得到式6目标产物，或者将式6目标产物与高氯酸盐、溴盐或六氟磷酸盐进行离子交换，得到含高氯酸根离子、溴离子或六氟磷酸根离子的目标产物；其中，R1、R2和R3独立选...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾文彬，高瑭，杨舒琪，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43