一种具有聚集诱导发光特性的荧光化合物及其制备方法与应用

本发明属于荧光化合物，具体涉及一种具有聚集诱导发光特性的荧光化合物及其制备方法与应用。

背景技术：

1、细菌感染引起的诸多严重疾病引起了全世界医学界和公众的关注。而抗生素滥用和误用导致了耐药细菌的产生。因此解决耐药细菌问题是当今全球面临的巨大挑战。

2、目前主要期望通过以下方式来克服细菌耐药：1)直接针对耐药细菌研究开发新的抗菌药物，但是细菌耐药产生的速度远远超越抗菌药物研究速度，且抗菌药物研究开发难度越来越大；2)克服耐药机制，恢复细菌对抗菌药物的敏感性，但是无法克服其他耐药机制；3)寻找一种新的抗菌药物替代产品或者新的替代疗法，目前有研究发现光动力治疗(pdt)将有望成为一种新的替代疗法。

3、与传统的抗生素治疗方式相比，光动力疗法是一种相对新颖的无创治疗方法，依靠特定波长光源照射激活光敏剂产生活性氧物种(ros)，高活性的ros可摧毁微生物体的外部以及内部结构，因此很难使微生物产生抗性。虽然pdt具有无创性、广谱性、良好的时空选择性、低毒副作用等优点，但是光敏剂对细菌特异靶向性有限，光源穿透深度及辐照范围的限制，ros寿命较短且其产生效率受限等情况下无法实现有效治疗。

4、最近几年有研究发现金配合物表现出有效的抗菌活性，但是金配合物并不能对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都起到杀菌活性，并且还不能对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌进行成像区分和治疗过程的实时检测。因此，研究一种对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都起到杀菌活性、高效光动力广谱灭菌的金配合物光敏剂很有必要。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种具有聚集诱导发光特性的荧光化合物。本发明的目的之二在于提供上述具有聚集诱导发光特性的荧光化合物的制备方法。本发明的目的之三在于提供上述具有聚集诱导发光特性的荧光化合物在细菌染色或在制备细菌染色剂中的应用。本发明的目的之四在于提供上述具有聚集诱导发光特性的荧光化合物在制备抗菌药物中的应用。

2、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

3、本发明第一方面提供了具有聚集诱导发光特性的荧光化合物，所述荧光化合物的结构式如式(ⅰ)所示：

4、

5、其中，r1独立地选自h、取代或未取代的具有1-20个碳原子的直链、支链、环状烷基链、1-20个碳原子的直链三甲基胺，所述取代为一个或多个碳原子任选地被氧原子、烯基、炔基、芳基、羰基、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基或酯基取代；ar1为芳香环；r2独立地选自吸电子基团、π桥；ar2为氮杂芳香环；r3独立地选自卡宾配体、膦配体或五氟苯；x1为阴离子。

6、优选地，所述ar1选自以下化学结构式(1)-(20)中的任意一种：

7、

8、其中，ar1上的r’独立地选自氢，取代或未取代的具有1-20个碳原子的直链、支链或者环状烷基链，所述取代为一个或多个碳原子任选地被氧原子、烯基、炔基、芳基、羰基、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基或酯基取代；

9、优选地，所述r2选自以下化学结构式(21)-(39)中的任意一种：

10、

11、优选地，所述ar2选自以下化学结构式(40)-(46)中的任意一种：

12、

13、ar2上的r”独立地选自氢，取代或未取代的具有1～20个碳原子的直链、支链或者环状烷基链，所述取代一个或多个碳原子任选地被氧原子、烯基、炔基、芳基、羰基、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基或酯基取代；*表示取代位置。

14、优选地，所述r3选自以下化学结构式(47)-(91)中的任意一种：

15、

16、

17、其中，*表示取代位置。

18、优选地，x1选自以下化学结构式(92)-(98)中的任意一种：

19、

20、更优选地，所述荧光化合物的结构式选自式(ⅱ)-(ⅵ)中的其中一种：

21、

22、本发明第二方面还提供了本发明第一方面所述具有聚集诱导发光特性的荧光化合物的制备方法，包括如下步骤：将结构式如式(a)所示的化合物、膦氯金类化合物或卡宾氯金类化合物、阴离子配体进行反应，制备得到具有聚集诱导发光特性的荧光化合物；化合物结构式(a)如下所示：

23、

24、其中，r1独立地选自h、取代或未取代的具有1-20个碳原子的直链、支链、环状烷基链、1-20个碳原子的直链三甲基胺，所述取代为一个或多个碳原子任选地被氧原子、烯基、炔基、芳基、羰基、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基或酯基取代；ar1为芳香环；r2独立地选自吸电子基团、π桥；ar2为氮杂芳香环。

25、优选地，所述结构式如式(a)所示的化合物选自以下其中一种：

26、

27、优选地，所述反应的反应时间为4-12h。

28、优选地，所述反应的反应温度为15-35℃。

29、优选地，所述结构式如式(a)所示的化合物与膦氯金类化合物的摩尔比为1：(1-2)。

30、优选地，所述结构式如式(a)所示的化合物与卡宾氯金类化合物的摩尔比为1：(1-2)。

31、优选地，所述具有聚集诱导发光特性的荧光化合物的制备方法还包括如下步骤：将可溶性银盐加入到膦氯金类化合物或卡宾氯金类化合物的有机溶液中并与之反应，经过滤得到滤液，将滤液加入到含有结构式如式(a)所示的化合物和阴离子配体的有机溶液中进行反应，制得具有聚集诱导发光特性的荧光化合物。

32、本发明第三方面还提供了本发明第一方面所述的具有聚集诱导发光特性的荧光化合物在细菌染色或在制备细菌染色剂中的应用。

33、优选地，所述细菌染色剂用于可视化革兰氏阳性菌和阴性菌。

34、更优选地，所述革兰氏阳性和阴性耐药菌如耐甲氧西林金黄色葡萄球(mrsa)、凝固酶阴性葡萄球菌(mrcns)、耐甲氧西林溶血葡萄球菌(mrsh)、耐万古霉素肠球菌(vre)、耐多药的铜绿假单胞菌(mdrpa)、耐多药的鲍曼不动杆菌(mdrab)。

35、本发明第四方面还提供了本发明第一方面所述的具有聚集诱导发光特性的荧光化合物在制备抗菌药物中的应用。

36、所述抗菌药物应用于杀灭革兰氏阳性菌和阴性菌。

37、本发明的有益效果是：

38、本发明提供了一种如式(i)所示的新型的具有聚集诱导发光特性的化合物。所述化合物易于制备、荧光强度高、低荧光背景、生物安全性高等特点；为细菌膜靶向性的荧光染料、光敏剂；可用于可视化鉴别出革兰氏阳性菌，具有光稳定性好，生物相容性佳，耗时短，操作简便，免洗成像的优点；可用于耐药菌的酶抑制治疗和高效光动力治疗，通过靶向破坏细菌膜结构以及抑制trxr,产生大量ros，实现高效细菌杀伤效果，由于具有在膜上实现光动力治疗，不受膜上耐药机制的影响，因此尤其适用于各种耐药性细菌的治疗，具有广谱性；同时可对自身光动力治疗过程实现自报告分析，可以实现对细菌和组织的荧光成像。

39、具体来说，本发明具有以下的优点：

40、本发明构建了一种典型的供体-受体(d-a)结构，以实现长波长发射和有效的活性氧(ros)产生，其中三芳胺基团具有强给电子能力，苯并噻二唑和氮杂芳香单元具有吸电子能力。整个结构框架包含多个通过单键或双键连接的柔性转子，从而确保了理想的aie性能。所述化合物末端带正电的吡啶鎓部分倾向于通过静电相互作用与细菌细胞膜的负跨膜电位相互作用，并锚定于细菌的细胞膜上，并进一步限制分子的分子内旋转从而增强荧光发射；其中一些阴性耐药菌，例如cre,crkp会导致化合物不能与细胞膜结合；添加pmbn之后改变了阴性菌外膜的通透性，化合物可以顺利通过外膜与细胞膜结合，并通过静电相互作用锚定在细胞膜上，限制分子内的转动，并增强荧光的发射；当细胞膜的完整性破坏后，化合物分子从破裂的细胞膜间隙进入细胞内，而实现对阳性菌细胞膜外和膜内的杀伤；还实现了对阳性菌和阴性菌的成像检测效果。

41、本发明所述荧光化合物在白光照射可产生大量ros，并且在相同条件下其产生能力优于商业光敏剂(rb)不仅可以快速有效地产生ros，且能产生大量的单线态氧，是一种新型的光敏剂。上述化合物对革兰氏阳性菌具有成像效果，且与商业染料相比具有更好的光稳定性和细胞膜成像效果，基于其能对阳性菌成像却不能对阴性菌成像效果，可以实现阳性菌的可视化进而对其实现鉴别，并且其性能在各方面都远优于商业生物探针；基于其对阳性菌卓越的视觉(荧光)识别能力，实现对药物处理后细菌的精准分析从而判定是否是阳性菌。另外，由于所述化合物经白光照射后，可以有效地产生大量ros，同时由于其具有的细菌膜靶向能力以及au(ⅰ)对细菌内硫氧还蛋白还原酶(trxr)的靶向能力，因此它可以在光的作用下在细菌膜处产生ros破坏膜结构，导致细菌死亡，还可以通过au(ⅰ)靶向结合trxr并抑制其酶活性，破坏细菌内氧化平衡导致细菌死亡。因而可以实现对细菌，包括临床分离的耐药菌的酶抑制杀灭以及高效光动力广谱灭菌，同时基于其诱导发光特性可以通过其对细菌的荧光可视化来分析化合物对细菌的杀灭机制，可用于制备高效的耐药菌感染治疗药物。