本发明属于荧光成像，涉及一种近红外二区荧光造影剂的设计、合成及应用。
背景技术：
1、近红外二区（nir-ii，1000-1700 nm）荧光成像是一种获取生理和病理信息的重要手段。与传统的近红外一区（nir-i，700-900 nm）荧光成像相比，nir-ii荧光成像表现出更深的成像深度、更高的空间分辨率、更大的信噪比。nir-ii荧光成像领域的一个重大挑战是构建亮度高、抗光漂白性优异和生物相容性好的nir-ii荧光造影剂。由于其优异的生物相容性，基于各类有机荧光材料的nir-ii荧光造影剂获得了广泛的研究，如半导体聚合物、花菁类染料、聚集诱导发光分子、供体-受体-供体（d-a-d）结构的小分子等。然而，亮度较低仍是当前nir-ii荧光造影剂面临的普遍难题。因此，开发新型高亮度的nir-ii荧光造影剂仍是亟需深入研究的课题。
2、最近，一类以稠环结构为供体、以两个吸电子单元（如3-(二氰基亚甲基)靛酮、噻吩茚酮）为受体的受体-供体-受体（a-d-a）结构的新型有机小分子被合成并被制备成纳米粒子作为nir-ii荧光纳米造影剂。这类分子具有带隙窄、光捕获能力强、光稳定性优异、分子结构修饰简便等优点，在制备亮度高、光稳定性优异、生物相容性良好的nir-ii荧光纳米造影剂上显示出极大的潜力。然而，基于这些分子的纳米粒子的荧光量子产率较低，并没有表现出预期的高亮度。仔细分析这类纳米粒子的吸收光谱数据后，发现纳米粒子中存在大量的h-聚集体，这可能是由分子的平面构型引起的。众所周知，h-聚集体通常表现为吸收带的蓝移、荧光量子产率降低等特征，这些特征都不利于nir-ii荧光成像。
3、因此，本领域亟需一种能够防止分子在自组装过程中发生h-聚集的方法，从而提高所得纳米粒子的荧光量子产率，进而获得具有高亮度的近红外二区荧光造影剂，提升nir-ii荧光成像效果。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题是：提出一种化合物pf8cn用于制备近红外二区荧光造影剂，即通过破坏分子的平面构型抑制分子在自组装过程中形成h-聚集体，以提高近红外二区荧光造影剂荧光量子产率的方法设计出了一种具有聚集诱导荧光效率增强特性的化合物pf8cn。该化合物pf8cn在制备成纳米粒子的过程中依然具备抑制h-聚集体形成的能力，制备出来的近红外二区荧光造影剂pf8cn nps的荧光量子产率得到了极大提升，具有极高的nir-ii荧光亮度、较高的消光系数和优异的光稳定性。
2、为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种化合物，所述化合物pf8cn的结构式如下：
3、
4、在具有a-d-a结构的分子化合物f8cn上引入3,5-双（辛氧基）苯基团合成了化合物pf8cn，所述化合物f8cn的结构式如下：
5、
6、优选的，化合物pf8cn的合成路线如下：
7、
8、pf8cn的合成路线所用的试剂和条件：（i）1-溴辛烷，碳酸钾， n, n-二甲基甲酰胺，100℃，24 h；（ii）联硼酸频那醇酯，醋酸钾，1, 1'-双二苯基膦二茂铁二氯钯，超干1, 4-二氧六环，85℃，24 h；（iii）2-(5-溴-3-氧代-2, 3-二氢-1 h-茚-1-亚基)丙二腈，四（三苯基膦）钯，碳酸钾，水，四氢呋喃，65℃，24 h；（iv）吡啶，三氯甲烷，56℃，10 h。
9、为了解决上述另一技术问题，本发明提出的技术方案是：所述的化合物制备的近红外二区荧光造影剂， 所述化合物pf8cn用于制备近红外二区荧光造影剂，所述造影剂具有抑制h聚集体形成的特性，表现出聚集诱导荧光效率增强的性质。
10、优选的，将化合物pf8cn制备成纳米粒子pf8cn nps作为近红外二区荧光造影剂。
11、优选的，采用纳米共沉淀法将化合物pf8cn封装在两亲聚合物中，制备成具有水溶性的纳米粒子pf8cn nps，两亲性聚合物包括dspe-peg、pluronic f-127，其中peg长度可调，peg分子量为1000～10000。
12、优选的，pf8cn nps是通过纳米共沉淀法合成的，混合溶剂采用氯仿和四氢呋喃的组合2 ml，用于溶解化合物pf8cn 1mg和dspe-peg20002 mg；随后，将得到的溶液每1 ml注入到10 ml的超纯水中，并通过探头超声波器进行2分钟的超声处理，在室温下，有机溶剂挥发后，通过0.22 μm的过滤头对溶液进行过滤，并使用分子量为30 kda的滤膜进行浓缩，得到pf8cn nps。所述的近红外二区荧光造影剂pf8cn nps的制备过程中pf8cn分子依然有效保持了抑制h-聚集体形成的能力，制得的pf8cn nps荧光量子产率得到了提升，表现出超高的荧光亮度。
13、为了解决上述另一技术问题，本发明提出的技术方案是：任一所述的造影剂应用，所述造影剂用于制备用于全身成像的造影剂；所述全身成像包括脑血管成像或下肢血管成像。
14、为了解决上述另一技术问题，本发明提出的技术方案是：所述近红外二区荧光造影剂还可用于制备作为心脑血管疾病诊断、手术导航用的药剂；所述疾病包括脑缺血、血栓、中风、动脉粥样硬化。
15、优选的，所述近红外二区荧光造影剂用作心跳频率监测或评估溶栓药物作用效果的药剂。
16、本发明的具体步骤如下：
17、（1）设计合成一种化合物pf8cn，pf8cn是一个具有端基单元-受体-供体-受体-端基单元（t-a-d-a-t）结构的分子。pf8cn的中心部分是a-d-a框架，旨在充分利用其窄带隙，高光捕获能力和优异的光稳定性的优点。端基单元是3,5-双（辛氧基）苯基，可与中心部分形成较大的二面角，从而防止pf8cn的面对面堆积，即抑制h-聚集体的形成。
18、（2）选择封装化合物pf8cn的两亲性聚合物。本发明中用于与疏水性分子pf8cn进行共组装的两亲性聚合物包括但不限于dspe-peg（peg长度可调，peg分子量为1000～10000）、pluronic f-127等。
19、（3）纳米粒子的制备。pf8cn nps纳米粒子是通过纳米共沉淀法制备的，以dspe-peg2000作为封装pf8cn的两亲性聚合物为例，制备方法如下：混合溶剂采用氯仿和四氢呋喃的组合2 ml，用于溶解化合物pf8cn 1mg和dspe-peg20002 mg；随后，将得到的溶液每1 ml注入到10 ml的超纯水中，并通过探头超声波器进行2分钟的超声处理，在室温下，有机溶剂挥发后，通过0.22 μm的过滤头对溶液进行过滤，并使用分子量为30 kda的滤膜进行浓缩，得到pf8cn nps纳米粒子。
20、（4）所述的化合物pf8cn在自组装制备纳米粒子的过程中依然有效保持了抑制h-聚集体形成的特性。
21、（5）所述的纳米粒子pf8cn nps用于作为nir-ii荧光造影剂。
22、（6）所述pf8cn nps用作心脑血管等疾病诊断、手术导航的药剂。所述疾病包括脑缺血、血栓、中风、动脉粥样硬化。
23、（7）所述pf8cn nps用作脑部和下肢血管成像、心跳频率的动态监测的药剂。
24、（8）所述pf8cn nps用作溶栓药物作用效果的药剂。
25、本发明的有益效果：
26、一种近红外二区荧光造影剂，通过抑制自组装过程中h-聚集体的形成来提高近红外二区荧光量子产率。所述抑制自组装过程中h-聚集形成的方法是破坏分子的平面构型，所述破坏分子平面构型的方法为在具有a-d-a结构的分子模型f8cn上引入3,5-双（辛氧基）苯基团设计合成了化合物pf8cn。
27、本发明提出了一种通过破坏分子的平面构型抑制分子在自组装过程中形成h-聚集体，以提高近红外二区荧光造影剂荧光量子产率的方法。根据这一理念设计的pf8cn分子由端基单元-受体-供体-受体-端基单元（t-a-d-a-t）结构构成。pf8cn中心部分的a-d-a框架赋予了其窄带隙，高光捕获能力和优异的光稳定性的优点。端基单元是3,5-双（辛氧基）苯基，与中心部分形成较大的二面角，从而防止pf8cn的面对面堆积，赋予了pf8cn在自组装过程中抑制h-聚集体形成的能力。pf8cn在聚集状态下的荧光效率得到提高，表现出聚集诱导荧光效率增强的特性。
28、得益于pf8cn具有在自组装过程中抑制h-聚集体形成的能力，通过纳米沉淀法制备的纳米粒子（pf8cn nps）在整个光谱范围内的荧光量子产率为10.9%，在nir-ii范围内的荧光量子产率达到了3.0%。pf8cn nps的nir-ii荧光量子产率是参比纳米粒子（f8cn nps，其含有大量的h-聚集体）的3.8倍。与相同质量浓度下其他类型的有机nir-ii荧光分子相比，pf8cn nps表现出了更高的nir-ii亮度。pf8cn nps如此高的nir-ii亮度使得我们不仅能够将其用于对小鼠大脑和后肢血管进行长时间、实时nir-ii荧光成像，还可以将其用于评估溶栓药物的疗效。这项工作为获得具有超高nir-ii亮度的荧光造影剂提供了一种有效的方法，并使得pf8cn nps在nir-ii荧光造影剂的候选者中具有明显的竞争力。
1.一种化合物，其特征在于：所述化合物pf8cn的结构式如下：
2.根据权利要求1所述的化合物的制备方法，其特征在于：化合物pf8cn的合成路线如下：
3.根据权利要求1所述的化合物制备的近红外二区荧光造影剂，其特征在于：所述化合物pf8cn用于制备近红外二区荧光造影剂，所述造影剂具有抑制h聚集体形成的特性，表现出聚集诱导荧光效率增强的性质。
4.根据权利要求1所述的化合物制备的近红外二区荧光造影剂，其特征在于：将化合物pf8cn制备成纳米粒子pf8cn nps作为近红外二区荧光造影剂。
5.根据权利要求4所述的化合物制备的近红外二区荧光造影剂，其特征在于：采用纳米共沉淀法将化合物pf8cn封装在两亲聚合物中，制备成具有水溶性的纳米粒子pf8cn nps，两亲性聚合物包括dspe-peg、pluronic f-127，其中peg长度可调，peg分子量为1000～10000。
6.根据权利要求5所述的化合物制备的近红外二区荧光造影剂，其特征在于：pf8cnnps是通过纳米共沉淀法合成的，混合溶剂采用氯仿和四氢呋喃的组合2 ml，用于溶解化合物pf8cn 1mg和dspe-peg2000 2 mg；然后将得到的溶液每1 ml注入到10 ml的超纯水中，并通过探头超声波器进行2分钟的超声处理，在室温下，有机溶剂挥发后，通过0.22 μm的过滤头对溶液进行过滤，并使用分子量为30 kda的滤膜进行浓缩，得到pf8cn nps。
7.根据权利要求4-6任一所述的近红外二区荧光造影剂用于全身成像的造影剂，其特征在于：所述造影剂用于制备用于全身成像的造影剂，所述全身成像包括脑血管成像或下肢血管成像。
8.根据权利要求4-6任一所述的近红外二区荧光造影剂用于制备作为心脑血管疾病诊断、手术导航用的药剂，其特征在于：所述疾病包括脑缺血、血栓、中风或动脉粥样硬化。
9.根据权利要求4-6任一所述的近红外二区荧光造影剂用作心跳频率监测或评估溶栓药物作用效果的药剂。
