近红外探针IR26合成路线优化及表征文献综述

 2022-12-12 19:09:51

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)

  1. 研究背景

在体内的近红外(NIR)荧光成像是一种新兴的生物医学成像方式,可用于基础科学研究和临床疾病的前期诊断。相比于目前临床诊断中常用的检测成像方式,如计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、正电子发射断层摄影(PET)以及单光子发射计算机断层扫描(SPECT)和超声扫描等[1]。上述断层成像方式的主要缺点在于危险电离辐射(CT、PET和SPECT)的不利影响、有限的空间分辨率(MRI和PET)、时间分辨率差(CT、MRI、PET和SPECT),以及缺乏用于分子或功能成像的外源性和内源性探针。为实现深层组织荧光成像有两种主要方法:开发新的成像仪器(如共焦显微镜、双光子和多光子显微镜、光片显微镜、拷贝、自适应光学显微镜、光学相干断层扫描和荧光介导断层扫描)[2-5]和设计新的成像剂,例如量子产率、光稳定性、光谱特性和生物相容性得到改善的荧光团而荧光成像(FLI)作为一种新兴的诊断技术,因其特异性强、灵敏度高而引起了人们极大的研究兴趣。由于可见光成像通常具有内源性物质的强吸收、高组织散射和自体荧光等缺点,其穿透深度被限制在1 mm。而近红外区域较低的组织吸收/散射和自体荧光效应,可以达到更深的组织穿透深度。其生物成像窗口分为第一个近红外区域(NIR-I,700–900 nm)和第二个近红外区域(NIR-II,1000–1700 nm)。与NIR-I FLI相比,NIR-II FLI具有更长的激发和发射波长,从而在时空分辨率、信噪比和成像深度方面显示出更优异的优势。

然而,在NIR-II区域内吸收或发射光的材料的缺乏,以及适合于体外或体内成像应用的材料的稀少,阻碍了生物靶标成像的发展。已知的短波红外(Short Wave Infrared,SWIR)荧光材料包括有机荧光染料,如IR-1048和IR-1061,以及纳米材料,如碳纳米管、量子点和稀土纳米复合材料[6-8]。但是,大多数已知的SWlR有机荧光色素几乎没有水溶性,这是由于分布和排泄特性而在体内广泛使用所必需的特性,而纳米粒子通常由于尺寸大、非特异性高、清除特性差和潜在毒性而显示出较差的体内靶向性。这些特性也使得这些材料不适合转化为临床使用。为了开发新的生物诊断和临床成像应用,迫切需要具有SWIR吸光度和/或发射曲线的新型荧光材料。

IR-26是一种基于聚甲基桥联杂环的荧光化合物,其可吸收和/或发射电磁光谱的近红外(NIR)至短波红外(SWIR)区域的光(约700 nm至约2500 nm)。IR-26可结合或共轭于其他分子,用于各种医疗、诊断和生物应用,包括但不限于体外、体外或体内检测或成像。当前,IR-26主要作为测量荧光量子产率的参照物而被用于新型荧光染料的研发试验中,市场需求量大。然而其合成路线较为复杂,难度较高,产率较低,同时IR-26的水溶性较差。为降低其合成成本,提高产率,优化其合成路线,降低成本,并对其光谱性质进行表征。

  1. 研究内容

1. 查找IR-26的相关文献,了解其研究背景及相关性质和相关研究进展,探索目标分子合成的技术路线。

2. 对化合物进行合成和表征,使用核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、高分辨质谱等分析方法进行结构确证。

3. 学习并掌握基本的数据处理及分析能力,能够熟练使用UV probe、FL solution、GraphPad Prism等软件。

  1. 研究方法

第一阶段:对于荧光团稳定性、选择性等系列光谱性质的测定

根据文献报道的IR-26的合成路线,分析其路线的合理性,对其进行路线优化,以求降低其合成难度,提高产率并获得更好对光谱性质。

第二阶段:荧光化合物的合成与结构信息确证

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