[發明專利]一種全光譜的光開關分子及其合成和應用

有效

• 申請號: 201811554987.6
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN111333612B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 徐兆超;劉曉剛;喬慶龍;李錦
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C07D401/04
• 分類號: C07D401/04;C07D471/06;C07D495/20;C07F7/08;C09B57/08;C09K11/06;G01N21/64
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發明提供了一種全光譜的光開關分子及其合成和應用，該光分子開關為基于萘酰亞胺、羅丹明等熒光母體設計合成的全光譜的光開關分子，可以用于405nm,450nm,488nm,560nm,640nm激發。通過氮雜環丁烷、環丁酰胺等剛性結構限制了分子內的扭動，大幅提升了染料本身穩定性及亮度。本系列光開關分子不需要激活光的存在，只需要單色的激發光即可實現分子暗態到亮態的往復循環，以得到更精確的光點定位信息。其中基于羅丹明類染料的分子在基態存在開關平衡無需強激光的淬滅，在溫和的激光便可實現細胞的超分辨成像。此系列染料提供了全光譜的新型光開分子，在活細胞超分辨成像、信息存儲等領域具有較好應用前景。

技術領域

本發明屬于熒光成像領域，具體涉及一種全光譜的光開關分子及其合成和應用。

背景技術

近年來超分辨顯微成像技術已逐漸成為生命科學研究中不可或缺的工具，其能夠突破衍射極限的限制使研究工作者觀察到未知的精細結構，完善整個生命體系。但正如超分辨技術的創始人Stefan.W.Hell所說：“在Ernst Abbe的時代，成像質量是由物鏡決定的；而今天，成像質量則由熒光團決定。”顧名思義，熒光染料的性能決定了超分辨顯微成像技術應用的普適性、成像的準確性等。目前，100nm分辨率以上應用最為廣泛的超分辨技術為受激輻射損耗(STED)顯微成像與單分子定位顯微成像(SMLM)。其中，SMLM技術中需要熒光分子保持高的光穩定同時能夠實現分子暗態到亮態的來回轉換以捕捉單個光點的定位信息。

目前應用于SMLM技術中的熒光分子主要為熒光蛋白，能夠通過激發光及激活光實現熒光往復的開關。然而，熒光蛋白的抗漂白性能較差，且同樣時間內光子數明顯少于有機分子從而降低了定位的準確性，這恰恰促使有機小分子熒光染料在此領域的應用。但是，此類有機熒光染料仍較為匱乏，能夠實現高信噪比亮暗態的更為稀少。此外，此類染料通常需要較強的活化光實現分子從暗態到亮態，隨機光學學重構技術(d-Storm)中更是需要加入幾十甚至幾百mM級別的硫醇分子實現開關，這嚴格限制了這項技術在活細胞中的應用。因此，如何開發能夠在低激光功率下實現分子的光開關，是解決活細胞內超分辨熒光成像問題的一種重要途徑。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種全光譜的光開關分子，該該系列分子能夠適用于405,450,488,560,640nm全部激光，實現全波段的成像。

本發明的另一目的是提供一種全光譜的光開關分子的合成法，該方法具有步驟簡單、易于提純等優點。

本發明提供一種全光譜的光開關分子，該系列染料以萘酰亞胺、氧羅丹明以及硅基羅丹明。在單個激發光下，此系列染料能夠實現暗態與亮態的轉換，從而實現單分子定位顯微成像。

一種全光譜的光開關分子，該光開關分子不需要激活光的存在，只需要單色的激發光即可實現分子暗態到亮態的往復循環，以得到更精確的光點定位信息；該光開關分子由4-酰胺基萘酰亞胺類染料、胍基取代萘酰亞胺類染料、4,5-環己二胺取代萘酰亞胺類染料、硫內脂羅丹明染料或自閃硅基羅丹明染料中的一種或幾種按任意比例混合，可用于不同激發光激發成像與檢測。

所述的4-酰胺基萘酰亞胺類染料用于405nm激發的自開關分子，其結構式下：

所述的胍基取代萘酰亞胺類染料用于450nm激發的自開關分子，其結構式下：

所述的4,5-環己二胺取代萘酰亞胺類染料用于488nm激發的自開關分子，其結構式下：

所述的硫內脂羅丹明染料用于560nm激發的自開關分子，其結構式下：

所述的自閃硅基羅丹明染料用于640nm激發的自開關分子，其結構式下：