一种含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针及其制备方法和应用

本发明属于特异性分子识别材料领域，具体涉及一种含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针及其制备方法和应用。

背景技术：

1、阿尔兹海默症（alzheimer's disease, ad），是一种进行性神经退行性疾病。临床主要表现为认知障碍、精神行为异常和日常生活能力减退，给患者家庭与社会带来沉重的经济与照护负担。ad的发病机制复杂，目前主流假说包括：β-淀粉样蛋白沉积假说、tau蛋白过度磷酸化假说、炎症假说、胆碱能神经元退行性病变假说及金属离子假说。其中aβ在脑内的异常聚集被视为ad病理发生的核心事件。研究表明，在患者出现典型认知症状前数十年，aβ斑块已开始形成。因此，在ad临床前阶段实现对aβ的动态监测与早期干预，对延缓疾病进展具有重要意义。

2、当前用于诊断ad的认知量表筛查法敏感性不足，多在海马体显著萎缩、认知障碍已较明显时方能发现，难以捕捉临床前或极早期的轻微变化。被视为金标准的脑脊液生物标志物（如aβ42、磷酸化tau蛋白）和淀粉样蛋白pet成像，虽然能够反映早期病理变化，但前者需要进行腰椎穿刺，有创且接受度低；后者价格昂贵、设备要求高，并涉及放射性暴露，无法作为普遍筛查工具在基层推广。近年来新兴的血浆生物标志物检测虽展现出无创、便捷的早期筛查潜力，但仍处于临床验证和标准化阶段，距离大规模临床应用尚有距离。相比之下，近红外荧光探针凭借无放射、无创、可实时成像且成本相对较低的独特优势，为活体检测脑内aβ沉积提供了全新的技术方案。

3、研究表明，半花菁染料衍生物具有优良的光学性质、高生物相容性和低毒性，是用于开发靶向aβ的nirf探针的理想候选物。然而，当前基于传统含吲哚啉鎓盐端基的半花菁骨架所构建的近红外探针，在实际应用中仍面临难以穿透血脑屏障、抗干扰能力弱、在体内产生高背景噪声以及部分探针与aβ聚集体的结合亲和力有限、选择性仍需提高、容易与体内其他蛋白等结合的技术难题，极大限制了其应用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针及其制备方法和应用。本发明提供的近红外荧光探针能够与脑内aβ斑块实现高选择性、强亲和力的特异性结合，对于实现阿尔兹海默症的无创、实时及早期可视化诊断，具有极为重要的科学意义和迫切的现实需求。

2、一种含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针，所述含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针为具有如下结构通式的化合物：

3、

4、其中，所述r为s或o。

5、本发明的再一目的是提供上述的含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针的制备方法，包括下述步骤：

6、（1）将氰乙酸和2-(2,5-二氧杂庚-7-基氧基)乙-1-醇溶解在有机溶剂中，在缩合剂的作用下进行反应，得到中间体1；

7、（2）在氮气保护条件下，将无水dcm与无水dmf按比例混匀，0℃下，缓慢加入三氯氧磷，搅拌10~50 min后加入环己酮进行加热回流反应，得到中间体2；

8、（3）将碘乙烷和化合物1在有机溶剂中进行加热回流反应，得到中间体3；

9、（4）将步骤（2）所得中间体2和步骤（3）所得中间体3溶于有机溶剂中，在80~150℃反应，得到中间体4；

10、（5）将步骤（1）所得中间体1与步骤（4）所得中间体4溶解于有机溶剂中，加入哌啶，室温搅拌进行缩合反应，得到含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针；

11、其中，所述步骤（3）、（4）和（5）中，所述r选自s或o。

12、进一步地，所述步骤（1）中，所述有机溶剂为dcm、thf或dmf中的一种或多种。

13、进一步地，所述步骤（1）中，所述缩合剂为edci、dmap、nmi或4-ppy中的一种或多种。

14、进一步地，所述步骤（1）中，所述氰乙酸和2-(2,5-二氧杂庚-7-基氧基)乙-1-醇的摩尔比为1 : (1~2)。

15、进一步地，所述步骤（1）中，所述反应条件为在室温下反应3~6 h。

16、进一步地，所述步骤（2）中，所述无水dcm与无水dmf的体积比为1 : (0.8-1)。

17、进一步地，所述步骤（2）中，所述三氯氧磷与环己酮的摩尔比为1 : (3~4)。

18、进一步地，所述步骤（2）中，所述加热回流反应条件为在80~150℃下反应5~8 h。

19、进一步地，所述步骤（3）中，所述有机溶剂为乙腈。

20、进一步地，所述步骤（3）中，所述化合物1和碘乙烷的摩尔比为1 : (1.5~3)。

21、进一步地，所述步骤（3）中，所述加热回流反应条件为在100~120℃下反应24~48h。

22、进一步地，所述步骤（4）中，所述有机溶剂为冰醋酸和甲苯按照体积比1 : (2~3)混合得到的溶剂。

23、进一步地，所述步骤（4）中，所述中间体2和中间体3的摩尔比为1 : (1~2)。

24、进一步地，所述步骤（5）中，所述有机溶剂为无水dcm。

25、进一步地，所述步骤（5）中，所述中间体1和中间体4的摩尔比为1 : (1.2~1.5)。

26、进一步地，所述步骤（5）中，所述缩合反应条件为在室温下反应12~24 h。

27、本发明的另一目的是提供上述的含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针在制备用于aβ沉积相关疾病早期诊断的近红外荧光显像剂中的应用。

28、进一步地，所述aβ沉积相关疾病为阿尔兹海默症。

29、本发明的又一目的是提供一种用于早期诊断aβ沉积相关疾病的药物，所述药物包括上述的含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针以及药学上可接受的载体。

30、本发明的有益效果：本发明提供的含有硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针具有良好的荧光性质，发射波长达到近红外区，且与aβ斑块具有较高亲和力，能够成功用于aβ斑块的近红外荧光显像，可用于aβ沉积相关疾病尤其是阿尔兹海默症的诊断领域。

1.一种含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针，其特征在于：所述含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针为具有如下结构通式的化合物：

2.权利要求1所述的含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：

3.根据权利要求2所述的含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述有机溶剂为dcm、thf或dmf中的一种或多种；所述缩合剂为edci、dmap、nmi或4-ppy中的一种或多种；所述氰乙酸和2-(2,5-二氧杂庚-7-基氧基)乙-1-醇的摩尔比为1 : (1~2)；所述反应条件为在室温下反应3~6 h。

4.根据权利要求2所述的含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述无水dcm与无水dmf的体积比为1 : (0.8~1)；所述三氯氧磷与环己酮的摩尔比为1 :(3~4)；所述加热回流反应条件为在80~150℃下反应5~8 h。

5.根据权利要求2所述的含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述有机溶剂为乙腈；所述化合物1和碘乙烷的摩尔比为1 : (1.5~3)；所述加热回流反应条件为在100~120℃下反应24~48 h。

6.根据权利要求2所述的含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述有机溶剂为冰醋酸和甲苯按照体积比1 : (2~3)混合得到的溶剂；所述中间体2和中间体3的摩尔比为1 : (1~2)。

7.根据权利要求2所述的含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中，所述有机溶剂为无水dcm；所述中间体1和中间体4的摩尔比为1 :(1.2~1.5)；所述缩合反应条件为在室温下反应12~24 h。

8.权利要求1所述的含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针在制备用于aβ沉积相关疾病早期诊断的近红外荧光显像剂中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述aβ沉积相关疾病为阿尔兹海默症。

10.一种用于早期诊断aβ沉积相关疾病的药物，其特征在于：所述药物包括权利要求1所述的含硫或氧杂环的半花菁类近红外荧光探针以及药学上可接受的载体。