一种基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及荧光探针和光诊疗技术领域，具体涉及一种基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂及其制备方法与应用。

背景技术

将实时诊断和原位治疗结合到一起的光诊疗技术，凭借其非侵入性、高时空分辨率、低毒性等优势，近几年来已成为癌症治疗的一个有效手段。作为光诊疗技术的核心，光诊疗试剂(Phototheranostic agents，PTAs)在肿瘤的诊断和治疗中发挥着至关重要的作用，尤其是具有NIR-II发射(1000-1700nm)和高光热转换效率(Photothermal conversionefficiency，PCE)的PTAs，是广大研究者不断追求的目标。因为长波长的光具有较高的信噪比、较深的组织穿透深度、较小的组织损伤以及避免组织自发荧光的干扰等优势，提高了荧光诊断的灵敏度与时空分辨率；而高PCE可以使PTAs所吸收的光的能量大部分以热的形式传递出去，增强了光热治疗(Photothermal therapy，PTT)的效率。因此同时具有NIR-II发射和高PCE的PTAs可以使光诊疗体系中的诊断和治疗有效地结合在一起。

近几年来，越来越多的具有NIR-II发射的PTAs被开发出来，包括金属复合物、共轭聚合物、有机小分子等。其中有机小分子由于其明确的结构、高纯度、易修饰、可重复性高、生物相容性好等优势，一直以来受到研究者的青睐。然而，由于复杂的合成路线以及缺乏合理的设计策略，大多数具有NIR-II发射的有机小分子PTAs局限于以下几个类别：苯并二噻唑(BBTD)类或其他的具有D-A-D结构的荧光团、聚甲炔类、硫吡啶盐类、BODIPY类、二酮吡咯并吡咯(DPP)类、二氟化硼复合物类、方酸类、AIE分子类以及一些其他结构的分子等。其中，兼具NIR-II发射和高PCE特性的PTAs仍然较为缺乏。另外，现有的具有NIR-II发射的有机小分子PTAs大多也面临着合成复杂、分子量较大的局限性。因此，开发一类同时具有合成简单，具有NIR-II发射以及高PCE的新型低分子量有机小分子PTAs是迫切需要的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂及其制备方法与应用，以解决现有NIR-II区光诊疗试剂合成复杂、分子量大、PCE低等的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂，结构式如式Ⅰ所示：

式Ⅰ中：

R

R

进一步地，R为乙基，R

进一步地，X为NMe。R

上述的基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将3,6-二溴芴酮和烷基胺溶于第一有机溶剂中，除氧后于惰性气体保护下加入催化剂、配体和碱，加热搅拌，得到第一中间体；

(2)将步骤(1)所得的第一中间体加入第二有机溶剂中，搅拌，随后加入草酰氯，浓缩后加入到含有有机碱和R

其中，烷基胺的结构式如下所示：

其中，R为C

R

其中X为NMe、O或S。

进一步地，步骤(1)中3,6-二溴芴酮、烷基胺、催化剂、配体和碱的摩尔比为1：(2.2～3.0)：(0.05～0.1)：(0.08～0.2)：(2.4～7.0)。

进一步地，步骤(2)中第一中间体、草酰氯、有机碱和R

进一步地，步骤(1)中第一有机溶剂为乙腈、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基亚矾、邻二氯苯、氯苯、甲苯、二甲苯、均三甲苯、1,4-二氧六环、1,2-二氯乙烷、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中的至少一种。

进一步地，步骤(1)中催化剂包括双二亚苄基丙酮钯和三(二亚苄基丙酮)二钯中的一种或两种组合。

进一步地，步骤(1)中配体包括三叔丁基膦和三正丁基膦中的一种或两种组合。

进一步地，步骤(1)中碱包括叔丁醇钾和叔丁醇钠中的一种或两种组合。

进一步地，步骤(2)中第二有机溶剂包括二氯甲烷、乙腈和四氢呋喃中的至少一种。

进一步地，步骤(2)中有机碱包括三乙胺和吡啶中的一种或两种组合。

进一步地，步骤(1)中的加热温度为100～120℃。

进一步地，步骤(2)中的搅拌温度均为0～25℃。

上述的基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂在制备近红外二区光诊疗试剂中的应用。

一种近红外二区光诊疗试剂，包括上述的基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供了一种基于二苯富烯的具有近红外二区发射和高光热转换效率的D-π-A型光诊疗试剂，本发明以芴为基础骨架，通过在其3位和6为引入强供电子基团、在其9位引入强吸电子基团，设计并合成了具有简单合成方法的低分子量D-π-A型光诊疗试剂，仅需两步简单的反应既能对终产物进行克级合成。

(2)本发明所构建的光诊疗试剂具有NIR-II荧光发射、NIR-I吸收和高PCE的特性，表现出优异的光热效应和光热成像能力。

(3)本发明解决了现有具有NIR-II发射的光诊疗试剂因其合成步骤繁琐、分子量大以及PCE低等局限性导致的合成困难、成本高和诊疗效果差等问题。

附图说明

图1为本制备方法的合成路线图；

图2为实施例1的光诊疗试剂1的氢谱图；

图3为实施例1的光诊疗试剂2的碳谱图；

图4为实施例2的光诊疗试剂1的氢谱图；

图5为实施例2的光诊疗试剂2的碳谱图；

图6为实施例1的光诊疗试剂1在PBS溶液中的紫外吸收光谱图；

图7为实施例2的光诊疗试剂2在PBS溶液中的紫外吸收光谱图；

图8为实施例1的光诊疗试剂1在PBS溶液中的荧光发射光谱图；

图9为实施例2的光诊疗试剂2在PBS溶液中的荧光发射光谱图；

图10为实施例1的光诊疗试剂1在不同浓度下于PBS溶液中的光热升温曲线图；

图11为实施例2的光诊疗试剂2在不同浓度下于PBS溶液中的光热升温曲线图；

图12为实施例1的光诊疗试剂1在不同光功率密度下于PBS溶液中的光热升温曲线图；

图13为实施例2的光诊疗试剂2在不同光功率密度下于PBS溶液中的光热升温曲线图；

图14为实施例1的光诊疗试剂1在PBS溶液中的光热升温-冷却曲线及其及其-ln(θ)与冷却时间的线性拟合图；

图15为实施例2的光诊疗试剂2在PBS溶液中的光热升温-冷却曲线及其及其-ln(θ)与冷却时间的线性拟合图；

图16为为实施例1和实施例2的光诊疗试剂1和光诊疗试剂2在PBS溶液中的光热成像图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1：

一种基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂1的制备方法，包括以下步骤：

(1)合成第一中间体化合物2：3,6-双(二乙胺基)-9氢-芴-9-酮

合成路线如下：

向250mL双颈瓶中加入80mL甲苯，除氧后在氩气保护下加入二亚苄基丙酮钯(86.25mg，0.15mmol)和三叔丁基膦的甲苯溶液(486μL，0.24mmol，三叔丁基膦质量：甲苯体积为10％)，室温搅拌10分钟后加入3,6-二溴芴酮(1.024g，3.0mmol)、二乙胺(483mg，6.6mmol)和叔丁醇钠(864mg，9.0mmol)，加热到110℃回流18小时。随后冷却到室温，用硅藻土过滤，乙酸乙酯洗涤三次后再用二氯甲烷洗涤，直至洗涤完全。合并有机相，浓缩后用200-300目硅胶柱层析纯化。用石油醚/乙酸乙酯(体积比为20：1)梯度洗脱，得到第一中间体为橙色固体，产率为67％。

核磁实验结果：

(2)合成基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂1：5-(3,6-双(二乙氨基)-9氢-芴-9-亚甲基)-1,3-二甲基嘧啶-2,4,6(1氢,3氢,5氢)-三酮

合成路线如下：

在二氯甲烷(10mL)中加入化合物2(65mg，0.2mmol)，冰浴下缓慢滴加过量的草酰氯(0.5mL)，反应30分钟后减压浓缩，浓缩物加适量二氯甲烷溶解后缓慢加入到1,3-二甲基巴比妥酸(94mg，0.6mmol)、三乙胺(404mg，4.0mmol)和二氯甲烷(8mL)的混合体系中，室温搅拌2小时后减压蒸馏除去溶剂，用200-300目硅胶柱层析纯化。二氯甲烷/甲醇(体积比为100：1)作洗脱剂，得到紫色固体光诊疗试剂1，产率为81％。

核磁实验结果：

本实施例制得的基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂1的氢谱和碳谱分别如图2和图3所示。

实施例2：

一种基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂2的制备方法，包括以下步骤：

(1)第一中间体化合物2的合成方法同实施例1。

(2)合成基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂2：2,2'-(2-(3,6-双(二乙氨基)-9氢-芴-9-亚甲基)-1氢-茚-1,3(2氢)-二亚甲基)二丙二腈

合成路线如下：

在二氯甲烷(10mL)中加入化合物2(65mg，0.2mmol)，冰浴下缓慢滴加过量的草酰氯(0.5mL)，反应30分钟后减压浓缩，浓缩物加适量二氯甲烷溶解后缓慢加入到茚满-1,3-(二亚甲基)二丙二腈(146mg，0.6mmol)、三乙胺(404mg，4.0mmol)和二氯甲烷(8mL)的混合体系中，室温搅拌2小时后减压蒸馏除去溶剂，用200～300目硅胶柱层析纯化。石油醚/二氯甲烷(100：1)作洗脱剂，得到绿色固体光诊疗试剂2，产率为72％。

核磁实验结果：

本实例制得的基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂2的氢谱和碳谱分别如图4和图5所示。

试验例1：紫外吸收光谱

将上述实施例1和实施例2制得的基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂分别配置成浓度为1mmol/L的DMSO母液。把光诊疗试剂1的母液用PBS缓冲液分别稀释成浓度为5、15、25、35、45、55、65、75μmol/L的溶液，把光诊疗试剂2的母液用PBS缓冲液分别稀释成浓度为2、4、6、8、10、12、20、25μmol/L的溶液，分别扫描其在300～1000nm范围内的吸收值并绘制吸收曲线。实施例1的光诊疗试剂的紫外吸收光谱如图6所示，实施例2的光诊疗试剂的紫外吸收光谱如图7所示。如图所示，光诊疗试剂1和光诊疗试剂2均有个吸收峰，最大吸收峰的峰值λ分别为808nm和855nm。

试验例2：荧光光谱

将上述实施例1和实施例2制得的基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂分别配置成浓度为1mmol/L的DMSO母液。随后分别稀释成浓度为10μmol/L的PBS溶液，并测定其荧光光谱，得到荧光发射曲线。实施例1的光诊疗试剂的荧光光谱如图8，实施例2的光诊疗试剂的荧光光谱如图9。实验结果表明，在PBS溶液中，光诊疗试剂1和光诊疗试剂2的最大发射波长均超过了1000nm，分别为1020和1080nm，均达到了近红外二区域。

试验例3：光热效应

将上述实施例1和实施例2制得的基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂分别配置成浓度为1mmol/L的DMSO母液。用PBS缓冲液将实施例1制得的光诊疗试剂1稀释成浓度为0、5、10、20、30μmol/L的溶液，将实施例2制得的光诊疗试剂2稀释成浓度为0、5、10、15、20μmol/L的溶液，用808nm激光灯(1.0W/cm

将上述母液分别用PBS缓冲液稀释成浓度10μmol/L的溶液，用808nm激光灯分别在0.6、0.8、1.0、1.2W/cm

试验例4：光热转换效率

将上述实施例1和实施例2制得的基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂分别配置成浓度为1mmol/L的DMSO母液。用PBS将其分别稀释成浓度20μmol/L的溶液，用808nm激光灯(1.0W/cm

试验例5：光热成像

将上述实施例1和实施例2制得的基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂分别配置成浓度为1mmol/L的DMSO母液。用PBS将其分别稀释成浓度20μmol/L的溶液，用808nm激光灯(1.0W/cm

综上所述，本发明以芴为核心，通过在其3位和6位引入强供电子基团、在其9位引入强吸电子基团，得到了基于二苯富烯的D-π-A型光诊疗试剂。较大的共轭平面和较强的分子内电荷转移作用使该光诊疗试剂表现出近红外一区吸收和近红外二区的荧光发射；另外，强供电氨基扭转的分子内电荷转移以及氰基或羰基的伸缩振动使该光诊疗试剂具有较高的光热转换效率。以上性质使其在808nm激光灯的照射下表现出较好的光热效应。另外，本发明的制备方法简单，收率高，可以对终产物进行克级合成，制得的光诊疗试剂在具有NIR-II荧光发射的光诊疗试剂领域具有最低的分子量以及最高的光热转换效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。