一种生物探针及应用制造技术

本发明专利技术涉及一种设计生物探针的新策略。通过具有AIE活性的四苯乙烯(TPE)基团与具有两性性质的氮氧化物结合，使得到的TPE氧化物在水溶液中不发射荧光。当氮氧键被金属离子、硫化氢和胞内还原酶等还原剂切断时，它们的荧光会被点亮。这些探针在检测还原性物质方面具有巨大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种生物探针及应用
本专利技术涉及一种设计生物探针的新策略。通过具有AIE活性的四苯乙烯(TPE)基团与具有两性性质的氮氧化物结合，使得到的TPE氧化物在水溶液中不发射荧光。当氮氧键被金属离子、硫化氢和胞内还原酶等还原剂切断时，它们的荧光会被点亮。这些探针在检测还原性物质方面具有巨大的应用潜力。
技术介绍
肿瘤的早期诊断是至关重要的，因为它可以提高癌症治疗的成功率和患者的生存率。早期肿瘤的无创成像具有较高的敏感性和准确性，它可以帮助外科医生对微小的转移性肿瘤进行可视化成像，并根据成像结果采取预防和治疗措施。在实体肿瘤中，由于非正常血管的形成和肿瘤细胞增殖对氧气的需求增加，导致了大多数肿瘤区域具有缺氧的性质(Science&BusinessMedia,2011,229-230)。而正常组织往往可以通过调节血流速度进行氧气的生理补偿(Theoncologist,2004,9,4-9)。与此不同的是，即使对于直径仅为1-2毫米的肿瘤，也会迅速发展成为缺氧区域(CancerRes,2005,65,5498-5505)。所以，利用肿瘤的这一独特性质，对缺氧区域进行成像可以实现对早期肿瘤的形成和转移的精确检测。通过放射性示踪剂与低氧响应基团的键合，正电子发射断层扫描和单光子发射计算机断层扫描显像已被广泛用于体内低氧区域的成像(HypothesisMed,2016,1,17-28)。然而，它们的工作机理是基于增强示踪剂在肿瘤区域的滞留，而不能提供由关到开的检测信号。此外，这些探针只在一个非常低的氧气水平下才会积累，所以可能会妨碍检测精确性(Int.J.Cancer,1995,61,567-573)。鉴于这些局限性，因此开发高灵敏度和高特异性的低氧成像探针是非常必要的。荧光成像已成为体内外检测生物过程的强有力的实时成像手段之一。因此，开发低氧响应荧光探针被认为是一种有潜力的可以准确地可视化缺氧肿瘤的策略。文献报道的基于荧光的缺氧探针一般包括一个荧光团和一个缺氧响应基团(Angew.Chem.,Int.Ed.2013,52,13028-13032)。一旦这些探针被细胞内吞，过表达的还原酶在低氧条件下可以切断低氧敏感的化学基团以恢复其本来的荧光。现有的荧光探针虽然在缺氧检测方面表现出了很好的性能，但仍存在一些缺点制约其进一步发展，比如合成复杂、水溶性差、形成的代谢物毒性大、生物相容性差等。总之，通过简单巧妙的化学方法合成出一种水溶性的低氧检测探针是肿瘤诊断领域中的热门方向。具有聚集诱导发光特性的分子(AIE分子)是一类在聚集态或固态时发射强烈荧光的螺旋桨状分子，它们在溶液态时几乎不发射荧光(Chem.Rev.2015,115,11718-11940)。基于大量的实验和理论研究，分子内运动的限制(RIM)被认为是AIE效应的主要机理(Chem.-Eur.J.2014,20,15349-15353)。由于AIE分子独特的光物理特性，许多研究人员一直致力于开发具有AIE特性的荧光探针，希望能够实现以荧光“点亮”的方式对特定基质的进行成像(Acc.Chem.Res.2013,46,2441-2453)。一般来说，基于AIE分子的探针设计策略是赋予AIE分子在溶液状态下的水溶性以及由此产生的荧光暗态。这些分子的特定基团能够通过物理方式或化学方式与检测物发生相互作用，形成聚合物、交联网络或者聚集体，从而触发荧光信号。例如，四氮唑修饰的AIE分子，即TPE-4TA，可以与溶液中的Ag+离子有效配位形成荧光配位聚合物(Angew.Chem.,Int.Ed.2018,57,5750-5753)。
技术实现思路
本专利技术提供一种生物探针，所述生物探针通过具有AIE活性的四苯乙烯基团与具有两性性质的氮氧化物结合而成。优选地，所述生物探针包括选自以下的化学结构：其中，R1、R2、R3和R4至少一个为氮氧基团。优选地，所述生物探针是具有以下化学式的TPE-2MN-oxide，优选地，所述生物探针是具有以下化学式的TPE-2EN-oxide优选地，所述生物探针是具有以下化学式的TPE-2M2FN-oxide，优选地，所述生物探针具有良好的水溶性。优选地，所述生物探针在水溶液中表现出聚集诱导发射特性，表现为荧光暗态。一种如上所述的生物探针用于检测活细胞中的缺氧环境的应用。一种如上所述的生物探针用于缺氧环境下活细胞脂滴的选择性染色的应用。附图说明图1所示为基于TPE-2EN-oxide与TPE-2E亲疏水转换的缺氧探针在细胞内被还原酶还原的示意图；图2所示为TPE-2MN-oxide的单晶结构；图3所示为(A)TPE-2M,(B)TPE-2E和(C)TPE-2M2F在不同比例的四氢呋喃/水混合溶液中的PL光谱；(D)荧光强度变化与水含量的关系；浓度:10μM；激发波长:380nm；(E)TPE-2M,TPE-2E和TPE-2M2F在四氢呋喃中的吸收光谱；图4所示为(A)TPE-2MN-oxide,(B)TPE-2MN-oxide和(C)TPE-2M2FN-oxide在不同比例的二氯甲烷/正己烷混合溶液中的PL光谱；(D)TPE-2M和TPE-2MN-oxide固体粉末在日光灯和紫外灯下的图片；(E)荧光强度变化与水含量的关系；浓度:10μM；激发波长:330nm；(F)TPE-2MN-oxide,TPE-2EN-oxide和TPE-2M2FN-oxide在二氯甲烷中的吸收光谱；图5所示为含有(A)TPE-2EN-oxide,(B)TPE-2EN-oxide和(C)TPE-2M2FN-oxide的水溶液随着100μM(NH4)2Fe(SO4)2的加入后荧光谱图的变化；(D)TPE-2MN-oxide,TPE-2EN-oxide和TPE-2M2FN-oxide荧光动力学变化曲线；(E)TPE-2EN-oxide的水溶液随着1mM(NH4)2Fe(SO4)2的加入荧光谱图的变化；(F)随着不同浓度的(NH4)2Fe(SO4)2加入，TPE-2EN-oxide荧光动力学变化曲线，所有实验中探针浓度为10μM，所使用的的缓冲液为50mM的Hepes缓冲液(pH＝7.4)，激发波长为380nm；图6所示为(A)TPE-2MN-oxide,(B)TPE-2EN-oxide和(C)TPE-2M2FN-oxide对其他金属的荧光响应；浓度:10μM；激发波长:380nm；[离子]＝100μM除了[Ca2+]＝[K+]＝[Na+]＝1Mm；图7所示为(A和B)TPE-2MN-oxide,TPE-2EN-oxide和TPE-2M2FN-oxide与HSA共孵育后的荧光变化；激发波长:(A)330nm和(B)380nm；(C)TPE-2MN-oxide,TPE-2EN-oxide和TPE-2M2FN-oxide与GSH共孵育后的荧光变化，激发波长为380nm；图8所示为TPE-2MN-oxide,TPE-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物探针，其特征在于，所述生物探针通过具有AIE活性的四苯乙烯基团与具有两性性质的氮氧化物结合而成。/n

【技术特征摘要】
20190116 US 62/918,1091.一种生物探针，其特征在于，所述生物探针通过具有AIE活性的四苯乙烯基团与具有两性性质的氮氧化物结合而成。


2.如权利要求1所述的生物探针，其特征在于，所述生物探针包括选自以下的化学结构：



其中，R1、R2、R3和R4至少一个为氮氧基团。


3.如权利要求1所述的生物探针，其特征在于，所述生物探针是具有以下化学式的TPE-2MN-oxide，





4.如权利要求1所述的生物探针，其特征在于，所述生物探针是具有以下化学式...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐本忠，徐昌活，邹航，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;81