一种通过原子转移自由基聚合制备的近红外二区荧光成像造影剂及其应用
阅读说明：本技术 一种通过原子转移自由基聚合制备的近红外二区荧光成像造影剂及其应用 (Near-infrared two-region fluorescence imaging contrast agent prepared through atom transfer radical polymerization and application thereof ) 是由 孙鹏飞 何坤 范曲立 陈尚钰 于 2021-07-05 设计创作，主要内容包括：本发明属于纳米生物医学成像技术领域,涉及一种高稳定性近红外二区荧光成像造影剂及其制备方法和应用。该水溶性造影剂由近红外二区荧光的有机小分子与水溶性单体通过原子转移自由基聚合而成后自组装而成。本发明制备的造影剂对碱性环境有好的稳定性、良好的水溶性和生物相容性,能够实现高清晰度的近红外二区荧光成像效果。(The invention belongs to the technical field of nano biomedical imaging, and relates to a high-stability near-infrared two-region fluorescence imaging contrast agent, and a preparation method and application thereof. The water-soluble contrast agent is formed by self-assembling after organic micromolecules with near-infrared two-region fluorescence and water-soluble monomers are polymerized by atom transfer free radicals. The contrast agent prepared by the invention has good stability to alkaline environment, good water solubility and biocompatibility, and can realize high-definition near-infrared two-region fluorescence imaging effect.)
技术领域
本发明属于纳米生物医学成像技术领域，具体涉及一种通过原子转移自由基聚合制备而成的近红外二区荧光成像造影剂及其应用。
背景技术
近红外二区(900-1700纳米)荧光成像因其具有高穿透深度、低背景噪音和成像信噪比高的优势，今年来开始大量应用于生物成像领域，例如血管成像、心率检测、荧光成像指导的手术切除等。
近年来，多种无机材料、有机小分子和共轭聚合物用于制备近红外二区荧光成像造影剂。其中有机小分子因为具备好的生物相容性、易于合成、可以从生物体内代谢以及可以通过结构的调控获得不同的光学性质，而成为近红外二区荧光成像造影剂的开发热点。电子给体- 电子受体-电子给体(D-A-D)结构的有机小分子是其中最受关注的一类。但是现在开发的此类小分存在碱性和氧化还原环境中易于降解的问题。这种稳定性差的问题还限制了利用原子转移自由基聚合的方法对其进行水溶性聚合物修饰的可能性。
发明内容
目的：本发明提供了一种通过原子转移自由基聚合方法得到的近红外二区荧光成像造影剂，及其制备方法和应用，旨在提高近红外二区荧光成像造影剂在碱性环境中的光稳定性，扩大近红外二区荧光成像造影剂的应用范围，并实现更好的荧光成像效果。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种化合物，结构通式如下：
式(1)中，嵌段重复单元数n为5～30，m为5～20。
在一些实施例中，m为5，10或20。对应的水溶性单体分别为：
所述化合物的发光基团为近红外二区荧光染料，为4,6-双(5'-(9,9-二辛基-9H-芴-2-基) -[2,2'-联噻吩]-5-基)噻吩[3,4-C][1,2,5]噻二唑，结构如下所示：
第二方面，提供所述的化合物的制备方法，利用原子转移自由基聚合，原子转移自由基聚合发剂修饰的近红外二区发光的有机分子TTDT-TF-Br与水溶性单体通过原子转移自由基聚合形成，合成路线包括：
在一些实施例中，制备过程中，加入溴化亚铜作为催化剂，五甲基二乙烯三胺作为配体，用苯甲醚作为溶剂；反应温度控制在55-65度，优选为60度左右。
第三方面，提供所述的化合物在制备近红外二区荧光成像造影剂中的应用。
一种近红外二区荧光成像造影剂，将所述化合物直接溶于水中，在水中自组装得到近红外二区荧光成像造影剂。
进一步的，所述近红外二区荧光成像造影剂中化合物的浓度为5～90mg/ml。
进一步的，所述近红外二区荧光成像造影剂在pH值8～12范围内能保持光物理稳定性，不发生分解和近红外二区荧光下降。
有益效果：本发明设计并合成了一种通过原子转移自由基聚合得到的水溶性近红外二区荧光成像造影剂，该造影剂由水溶性的聚合物在水溶液中组装而成。近红外二区荧光成像聚合物的近红外二区发光基团为4,6-双(5'-(9,9-二辛基-9H-芴-2-基)-[2,2'-联噻吩]-5-基)噻吩[3,4-C][1,2,5]噻二唑，四个水溶性侧链为不同结构的聚乙二醇甲基丙烯酸酯。本发明制备方法简单，造影剂具有优异近红外二区成像荧光效果，在pH值8-12范围内和氧化还原条件具有好的光稳定性，不会发生分解。与现在报道的近红外二区荧光成像造影剂相比，该水溶性近红外二区荧光成像造聚合物的制备方法是原子转移自由基聚合，该方法合成简单、高效。
附图说明
图1为本发明实施例1所得造影剂在水溶液中透射电镜照片；
图2为本发明实施例2所得造影剂在水溶液中透射电镜照片；
图3为本发明实施例3所得造影剂在水溶液中透射电镜照片
图4为本发明实施例4所得造影剂的流体力学直径；
图5为本发明实施例5所得造影剂的流体力学直径；
图6为本发明实施例6所得造影剂的流体力学直径；
图7为本发明实施例2所得造影剂在不同pH值环境下的吸收与荧光光谱图谱；
图8为本发明实施例3所得造影剂在氧化还原环境下的吸收与荧光光谱图谱；
图9为本发明实施例6所得造影剂对小鼠活体4T1肿瘤的近红外二区荧光成像。
具体实施方式
为了进一步阐明本发明，下面给出一系列实施例，这些实施例完全是例证性的，它们仅用来对本发明具体描述，不应当理解为对本发明的限制。
水溶性近红外二区荧光成像聚合物的合成方法：
当m＝5时，近红外二区荧光成像聚合物的合成路线为：
合成过程
取5毫升反应瓶，加入引发剂TTDT-TF-Br(648毫克，0.33毫摩尔)，聚乙二醇甲基丙烯酸酯单体(2.16克，6.6毫摩尔)，溴化亚铜(189毫克，1.32毫摩尔)，用苯甲醚溶解(2 毫升)，除氧后，加入五甲基二乙烯三胺(228毫克，1.32毫摩尔)，60摄氏度条件下反应8 小时。之后用乙醚进行沉降，得红褐色粘稠液体。
调整上述步骤单体的比例，即可得到嵌段重复单元数n为5-30的水溶性近红外二区荧光成像聚合物。
当m＝10时，近红外二区荧光成像聚合物的合成路线为：
合成过程
取5毫升反应瓶，加入引发剂TTDT-TF-Br(648毫克，0.33毫摩尔)，聚乙二醇甲基丙烯酸酯单体(4.32克，6.6毫摩尔)、溴化亚铜(189毫克，1.32毫摩尔)，用苯甲醚溶解(2 毫升)，除氧后，加入五甲基二乙烯三胺(228毫克，1.32毫摩尔)，60摄氏度条件下反应8 小时。之后用乙醚进行沉降，得红褐色粘稠液体。
调整上述步中单体的比例，即可得到嵌段重复单元数n为5-30的水溶性近红外二区荧光成像聚合物。
当m＝20时，近红外二区荧光成像聚合物的合成路线为：
合成过程
取5毫升反应瓶，加入引发剂TTDT-TF-Br(648毫克，0.33毫摩尔)，聚乙二醇甲基丙烯酸酯单体(8.64克，6.6毫摩尔)、溴化亚铜(189毫克，1.32毫摩尔)，用苯甲醚溶解(2 毫升)，除氧后，加入五甲基二乙烯三胺(228毫克，1.32毫摩尔)，60摄氏度条件下反应8 小时。之后用乙醚进行沉降，得红褐色粘稠液体。
调整上述过程中单体的比例，即可得到嵌段重复单元数n为5-30的水溶性近红外二区荧光成像聚合物。
实施例1:
m＝5、嵌段重复单元数n为5的聚合物50毫克溶于5毫升水中自组装即可得造影剂。
如图1所示，测试造影剂在水溶液中的透射电镜图，可得该造影剂纳米粒子粒径为100-110纳米，且都为类球形。
实施例2:
m＝10、嵌段重复单元数n为10的聚合物50毫克溶于5毫升水中自组装即可得造影剂。
如图2所示，测试造影剂在水溶液中的透射电镜图，可得该造影剂纳米粒子粒径为110-115 纳米，且都为类球形。
如图7所示，测试造影剂的吸收与发射光谱图，可以看出其紫外-近红外吸收在700-900 纳米范围，而发射峰1000纳米以上，具有明显的二窗荧光发射。并且造影剂在不同pH值的溶液中具有较好的光稳定性。
实施例3:
m＝20、嵌段重复单元数n为20的聚合物50毫克溶于5毫升水中自组装即可得造影剂。
如图3所示，测试造影剂在水溶液中的透射电镜图，可得该造影剂纳米粒子粒径为115-120纳米，且都为类球形。
如图8所示，测试造影剂的吸收与发射光谱图，可以看出其紫外-近红外吸收在700-900 纳米范围，而发射峰1000纳米以上，具有明显的近红外二区荧光发射。并且造影剂在氧化还原环境中具有较好的光稳定性。
实施例4:
m＝5、嵌段重复单元数n为5的聚合物100毫克溶于5毫升水中自组装即可得造影剂。
如图4所示，测试造影剂在水溶液中的流体力学直径，可得该造影剂纳米粒子粒径为125 纳米。
实施例5:
m＝5、嵌段重复单元数n为5的聚合物200毫克溶于5毫升水中自组装即可得造影剂。
如图5所示，测试造影剂在水溶液中的流体力学直径，可得该造影剂纳米粒子粒径为130 纳米。
实施例6:
m＝5、嵌段重复单元数n为5的聚合物400毫克溶于5毫升水中自组装即可得造影剂。
如图6所示，测试造影剂在水溶液中的流体力学直径，可得该造影剂纳米粒子粒径为128 纳米。
如图9所示，选用4T1肿瘤小鼠模型，尾静脉注射200微升，用近红外二区成像仪观察其小鼠肿瘤位置的信号强度变化图，可以看出随着时间的延长肿瘤的成像越来越明显，在12 小时到达最大值，随后随时间的延长信号强度开始减弱。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：PAM阴离子液体增稠剂