本发明属于精细化工产品制造技术，具体涉及一种温度感应的红光聚集诱导发光分子与其制备，及其在温度荧光探针中的应用。
背景技术：
1、随着人类社会的不断进步，温度监测在日常生活、科学研究、工农业生产以及军事国防等方面都起着极其重要的作用。传统的温度测量方法包括了基于热胀冷缩性质的膨胀式温度计、基于电导率变化的热电阻温度计以及基于黑体辐射的红外温度计等，利用这些温度计可实现多种体系的温度测量(nature materials,2015,14,1002-1007.)。然而，随着分子生物学、蛋白组学等学科的快速发展，多种研究领域已深入到微观生物范围的检测过程，例如细胞分裂、代谢和发病机制等与温度有关(journal of the american chemicalsociety,2012,134,18908-18911)。为了克服传统测温方法存在的尺寸不合适、空间分辨率低以及对生物体系损伤大等不足、实现在生物体微环境中的精确温度测量，以荧光温度探针为代表的分子、纳米级温度检测技术受到广泛关注(nature methods,2020,17,967-980；materials chemistry frontiers,2017,1(11),2383-2390)。
2、萘酰亚胺类衍生物具有量子效率高、斯托克斯位移大等优点，其分子结构中的酰亚胺片段具有明显的拉电子性质，因此常用于设计具有较长波长发射的分子内电荷转移型荧光染料。通过合理的分子设计，引入针对特定物质、参数的敏感性单元，可以在特定条件下实现荧光信号的受激变化。这类性质使萘酰亚胺类染料被广泛用于荧光探针和生物成像领域(molecules,2023,28(17),6299；sensors and actuators b:chemical,2024,399,134809)。然而，随着给电子基的增强，得到的萘酰亚胺分子出现过度扭曲，阻断了给受体之间的电荷离域，从而猝灭了分子在高极性环境中的荧光，这一问题极大地制约了该类荧光染料在水相环境中的应用。近年来，随着聚集诱导发光现象的发现及其构效关系的研究深入，通过多种去平面化结构的设计，得到了一系列在高浓度和聚集态下具有强发光的萘酰亚胺荧光材料，并实现了在上述领域中的进一步应用(acs applied materials&interfaces,2018,10,12081-12111；dyes and pigments,2019,160,483-491)。
3、红光至近红外发光的萘酰亚胺聚集诱导发光材料的发展一直是该类染料的发展热点之一，而聚集诱导发光的萘酰亚胺分子的发展，有效地克服了以往红光至近红外发光萘酰亚胺的荧光猝灭问题(dyes and pigments,2014,100,87-96)。我们曾经报道了多个结构的红光至近红外发光的萘酰亚胺分子，并实现了细胞成像(chemical engineeringjournal,2019,415,129095)、金属离子检测(dyes and pigments,2024,226,112135)、小分子检测(dyes and pigments,2022,206,110619)等应用。
4、在上述工作基础上，本发明通过进一步的分子结构设计，提出一种新型的荧光温度探针的分子结构模型，该结构模型的分子具有可逆的温度响应，适用于从室温到生理温度(20-50℃)的温度检测。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子。
2、本发明的另一目的在于提供红光聚集诱导发光分子的制备方法。
3、本发明的另一目的在于提供红光聚集诱导发光分子作为温度感应探针的应用。
4、经研究发现，具有烷基侧链的三苯胺萘酰亚胺类分子在红光无定型状态时，受热作用后会逐步形成有序的自组装结构，具备温度响应性质。然而，该类物质并不能实现可逆的温度响应，无法适用于荧光温度探针的应用中。在此基础上，通过进一步的分子结构设计，提出一种新型的分子结构模型：将两个三苯胺萘酰亚胺分子通过间位苯环相互连接，得到一种v型全刚性砌块的荧光分子。通过分子的立体结构和旋转单键设计，调控其在三维空间的有限旋转自由程度，使得该分子在20-50℃范围内具有可逆的温度响应，可用于生理条件下的温度检测，具有“开关”型循环荧光温度传感器特性。
5、一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子，具有式(ⅰ)所示的结构式：
6、
7、一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子，其制备方法如下式(ⅱ)所示：
8、
9、制备步骤包括：
10、(a)取间苯二胺和4-溴-1,8-萘二甲酸酐(ni)溶于冰醋酸中进行加热回流，经后处理得到双(4-溴-1,8-萘酰亚胺)衍生物(bis-nap)；
11、(b)取步骤(a)得到的双(4-溴-1,8-萘酰亚胺)衍生物(bis-nap)、4-硼酸三苯胺和四(三苯基膦)钯依次溶于n,n-二甲基甲酰胺中，然后加入碱剂进行加热回流，经后处理得到双萘酰亚胺三苯胺(bis(tpa-nap))。
12、步骤a中，间苯二胺和4-溴-1,8-萘二甲酸酐的摩尔比为1:2-4，间苯二胺的浓度为0.1-1mol/l。优选地，间苯二胺和4-溴-1,8-萘二甲酸酐的摩尔比为1:2-3，间苯二胺的浓度为0.1-0.5mol/l。作为本发明优选实施方式，间苯二胺和4-溴-1,8-萘二甲酸酐的摩尔比为1:2.1-2.2，间苯二胺的浓度为0.12-0.15mol/l。
13、步骤a中，120±5℃加热回流3-4小时。
14、步骤a中，后处理包括：冷却取沉淀，后纯化，得到双(4-溴-1,8-萘酰亚胺)衍生物(bis-nap)。冷却取沉淀后，进行干燥处理。采用醋酸进行重结晶纯化。如本发明实施方式，冷却沉淀后，滤取沉淀并干燥，用醋酸重结晶，得到双(4-溴-1,8-萘酰亚胺)衍生物(bis-nap)。
15、步骤b中，双(4-溴-1,8-萘酰亚胺)衍生物(bis-nap)、4-硼酸三苯胺和四(三苯基膦)钯的摩尔比为1:2-4:0.01-0.1，双(4-溴-1,8-萘酰亚胺)衍生物的浓度为0.1-1mol/l。优选地，双(4-溴-1,8-萘酰亚胺)衍生物(bis-nap)、4-硼酸三苯胺和四(三苯基膦)钯的摩尔比为1:2-3:0.01-0.05，双(4-溴-1,8-萘酰亚胺)衍生物的浓度为0.1-0.5mol/l。作为本发明优选实施方式，双(4-溴-1,8-萘酰亚胺)衍生物(bis-nap)、4-硼酸三苯胺和四(三苯基膦)钯的摩尔比为1:2.1-2.2:0.01-0.02，双(4-溴-1,8-萘酰亚胺)衍生物的浓度为0.1-0.15mol/l。
16、步骤b中，在氮气保护下入碱剂，碱剂的终浓度为0.2-0.3mmol/l，优选为0.2mmol/l。所述碱剂为碱金属盐，包括碳酸盐或磷酸盐等，碳酸盐中有碳酸钾或碳酸钠等，磷酸盐有磷酸钾或磷酸钠，优选为碳酸钾。
17、步骤b中，130±5℃加热回流6-7小时。
18、步骤b中，后处理包括：冷却取沉淀，后纯化，得到双萘酰亚胺三苯胺(bis(tpa-nap))。冷却取沉淀后进行干燥处理。采用100～200目硅胶、二氯甲烷洗脱剂进行柱层析纯化处理。如本发明实施方式，冷却沉淀后，滤取沉淀并干燥，100～200目硅胶、二氯甲烷洗脱剂进行柱层析纯化，得到双萘酰亚胺三苯胺(bis(tpa-nap))。
19、一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子用于检测溶液温度，尤其适用于极性溶液温度的检测，所述极性溶液包括但不限于水、甲苯(tol)、二氯甲烷(dcm)、氯仿(tcm)、四氢呋喃(thf)、乙酸乙酯(ea)、1,4-二氧六环(dioxane)、乙醇(etoh)、乙腈(can)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、甲醇(meoh)、乙二醇(eg)和二甲基亚砜(dmso)中一种或多种的组合，更适用于水和/或乙酸乙酯溶液温度的检测。循环检测性能稳定，测温快速便捷，工作波长覆盖范围宽，适用于多种复杂环境，实现温度的实时监测。
20、一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子用于制备溶液温度检测用探针、和/或试剂、和/或材料、和/或元件。探针可以仅含有本发明一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子，也可以结合有其他具有辅助和/或并行检测作用的分子或工具。试剂可以是仅含有本发明用于温度感应的红光聚集诱导发光分子的单个试剂，也可以是包含本发明用于温度感应的红光聚集诱导发光分子的成套试剂，还可以是根据检测需要现场配置的含有本发明用于温度感应的红光聚集诱导发光分子的检测试剂，也可以是已经配置好的可随时取用的含有本发明用于温度感应的红光聚集诱导发光分子的储备试剂。材料中含有本发明用于温度感应的红光聚集诱导发光分子，可以用于溶液温度检测，其可以是纤维、纺线或织物等形式。元件中负载有本发明用于温度感应的红光聚集诱导发光分子，可以用于溶液温度检测，其可以是探针、粒子、磁珠、芯片、通路、传感器等形式。上述温度检测用探针、试剂、材料、元件根据检测需求灵活设计，包括但不限于以上列举形式。
21、一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子进行溶液温度检测的方法，步骤包括：将本发明用于温度感应的红光聚集诱导发光分子置于待测溶液中，荧光光谱仪检测。
22、本发明用于温度感应的红光聚集诱导发光分子在待测溶液中的浓度为8-15μmol/l，优选为10-11μmol/l。
23、本发明用于温度感应的红光聚集诱导发光分子先溶于助剂中，后置于待测溶液。本发明用于温度感应的红光聚集诱导发光分子与助剂的用量比为0.8-1.5mmol/l，优选为1-1.2mmol/l。所述助剂包括但不限于二甲基亚砜(dmso)、二氯甲烷(dcm)、1,4-二氧六环(dioxane)中任意一种或多种的组合。
24、所述待测溶液为极性溶液，包括但不限于水、甲苯(tol)、二氯甲烷(dcm)、氯仿(tcm)、四氢呋喃(thf)、乙酸乙酯(ea)、1,4-二氧六环(dioxane)、乙醇(etoh)、乙腈(can)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、甲醇(meoh)、乙二醇(eg)和二甲基亚砜(dmso)中一种或多种的组合。
25、荧光光谱仪检测，激发波长为440nm，扫描范围为460nm-800nm，记录其630nm处的荧光峰值。
26、本发明用于温度感应的红光聚集诱导发光分子在低温(20℃)时形成粒径约75nm的纳米粒子，在高温(50℃)时形成约105nm大小的纳米粒子，这一粒子尺度随着温度循环发生有序的循环变化，发射峰位于615-630nm的红光区域，并可拓展至近红外区域，可应用于红光-近红外波段的细胞成像，制备细胞成像用探针、和/或试剂、和/或材料、和/或元件。探针可以仅含有本发明一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子，也可以结合有其他具有辅助和/或并行检测作用的分子或工具。试剂可以是仅含有本发明用于温度感应的红光聚集诱导发光分子的单个试剂，也可以是包含本发明用于温度感应的红光聚集诱导发光分子的成套试剂，还可以是根据检测需要现场配置的含有本发明用于温度感应的红光聚集诱导发光分子的检测试剂，也可以是已经配置好的可随时取用的含有本发明用于温度感应的红光聚集诱导发光分子的储备试剂。材料中负载本发明用于温度感应的红光聚集诱导发光分子，基于温度感应的细胞成像，可以是探针、粒子、磁珠等形式。上述探针、试剂、材料基于温度感应进行红光-近红外波段的细胞成像，其形式根据需要灵活设计，包括但不限于以上列举形式。
27、一种基于温度感应的细胞成像用探针、和/或试剂、和/或材料含有本发明一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子。
28、一种基于温度感应的细胞成像方法，使用本发明一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子孵育或培养体内或体外细胞。孵育或培养过程中，用于温度感应的红光聚集诱导发光分子的浓度为1-15μmol/l，优选为2-10μmol/l，更优选为2-5μmol/l。
29、本发明的有益效果是：
30、(1)本发明的聚集诱导发光材料以平面吸电子基团1,8-萘酰亚胺作为荧光团母核。在两个萘酰亚胺的酰亚胺位置，引入一个间苯二胺基团连接单元，构建出多刚性单元的双边对称去平面型分子。以转子型三苯胺为电子给体，通过单键连接，在电子给体、受体间构建具有合适扭曲度的非平面分子，抑制了分子在聚集态下的分子间堆积，实现聚集诱导红光发射。该化合物在dmso等极性有机溶剂中由于扭曲的电荷转移(tict)性质显示出弱的分子发光。在水溶液等聚集状态下，由于tict受限，显示出略微蓝移的明显聚集诱导红色荧光，发射峰位于645nm附近，发射带可拓展至800nm附近的近红外区域。
31、(2)本发明提供一种全刚性去平面化双边对称型分子的制备方法，具有合成简单、反应条件温和、纳米聚集体制备简易等特点。
32、(3)本发明提供一种聚集诱导红光荧光温度探针技术，其优点为：1)该技术实用范围广：不仅可以完全适用于大面积、微区静态测温，也适用于动态温度的检测；同时在水溶液以及乙酸乙酯等复杂环境中均可使用。2)该技术测温范围广：在室温到覆盖生理温度(20-50℃)范围内具有成比例的温度相关性。3)该技术在乙酸乙酯和水溶液中均具有优异的热稳定性和抗疲劳性，可循环多次使用。4)该技术测温准确，灵敏度高，分辨率低，适用于测定绝对温度，而且无需校正。在外界不同温度下，其发光随之增强或减弱，在紫外灯下目测或用荧光光谱仪记录光谱，可实现对温度的实时检测，根据光谱的变化情况得出具体温度数值。5)该技术可用于可视化温度计和细胞内温度检测及荧光成像。
1.一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子，其特征在于，具有式(ⅰ)所示的结构式：
2.权利要求1所述一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，间苯二胺和4-溴-1,8-萘二甲酸酐的摩尔比为1:2-4，间苯二胺的浓度为0.1-1mol/l。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤b中，双(4-溴-1,8-萘酰亚胺)衍生物、4-硼酸三苯胺和四(三苯基膦)钯的摩尔比为1:2-4:0.01-0.1，双(4-溴-1,8-萘酰亚胺)衍生物的浓度为0.1-1mol/l。
5.权利要求1所述一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子用于检测溶液温度或制备溶液温度检测用探针、和/或试剂、和/或材料、和/或元件；或用于细胞成像或制备细胞成像用探针、和/或试剂、和/或材料。
6.一种溶液温度检测用或细胞成像用探针、和/或试剂、和/或材料、和/或元件，其特征在于，包含权利要求1所述一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子。
7.一种溶液温度检测方法，其特征在于，将权利要求1所述一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子置于待测溶液中，荧光光谱仪检测。
8.根据权利要求7所述的一种溶液温度检测方法，其特征在于，所述待测溶液为极性溶液。
9.根据权利要求7所述的一种溶液温度检测方法，其特征在于，权利要求1所述一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子在待测溶液中的浓度为8-15μmol/l。
10.一种基于温度感应的细胞成像方法，其特征在于，使用权利要求1所述一种用于温度感应的红光聚集诱导发光分子孵育或培养体内或体外细胞。
