[发明专利]用于生物应用的发光材料

说明书

一种包括给体和受体的化合物，其中至少一种给体(“D”)和至少一种受体(“A”)以D‑A、D‑A‑D、A‑D‑A、D‑D‑A‑D‑D、A‑A‑D‑A‑A、D‑A‑D‑A‑D和A‑D‑A‑D‑A的顺序排列。所述化合物可以选自由MTPE‑TP、MTPE‑TT、TPE‑TPA‑TT、PTZ‑BT‑TPA、NPB‑TQ、TPE‑TQ‑A、MTPE‑BTSe、DCDPP‑2TPA、DCDPP‑2TPA4M、DCDP‑2TPA、DCDP‑2TPA4M、TTS、Ropen‑DTE‑TPECM和Rclosed‑DTE‑TPECM组成的组中。所述化合物可用作探针并可被用于使生物物种成像的特殊靶向基团功能化。作为非限制性实施例，所述化合物可用于细胞的细胞质或组织成像、血管成像、体内荧光成像、脑血管成像、前哨淋巴结定位和肿瘤成像，并且所述化合物可用作光声试剂。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2016年12月15日提交的美国临时专利申请No.62/498,093、2017年4月27日提交的美国临时专利申请No.62/602,531、2017年9月6日提交的美国临时专利申请No.62/605,977的优先权；所有申请均由本发明人提交，并且其全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明的主题主要涉及有机化学、光物理学和生物学。特别地，本发明的主题涉及发展用于生物应用的发光材料和聚集诱导发光(AIE)发光材料(AIEgens)的设计策略和应用。特别地，本发明的主题涉及具有高亮度、大Stokes位移、良好生物相容性、符合要求的光稳定性和高双光子吸收截面的红色荧光AIE发光材料。

背景技术

近年来，基于远红/近红外(FR/NIR)荧光的技术已经引起了人们极大兴趣。用于体内应用的FR/NIR成像比可见光区域成像显示出许多优势，例如由于光散射减少导致的深层组织穿透，由于低激发能量导致的对生物体较少的光损伤，以及由于最小化生物系统中生物物质的背景自发荧光的干扰导致的高信噪比。结果是，已经投入了许多努力来开发用于生物应用的FR/NIR荧光材料。

在过去的十年中，已经制备了多种纳米结构的材料并应用于生物成像和治疗，例如，碳纳米材料和无机量子点(QD)。尽管这些纳米材料具有强发光的优点，但它们有一些缺点，例如高毒性和加工性差，这限制了它们在生物领域中的进一步应用。另一方面，常规有机染料具有良好的生物相容性和可加工性，并且已经基于菁蓝、BODIPY、罗丹明和方酸单元合成了多种FR/NIR染料。然而，尽管所有这些常规FR/NIR染料在溶液中显示出亮发光，但当聚集在水介质中或在活细胞内它们的发光就会部分或完全淬灭。因此，人们期望开发在聚集状态下具有高荧光效率的有机FR/NIR染料用于体内应用。

与常规有机染料不同，聚集诱导发光材料(AIEgens)在聚集态下显示出更强的发光。然而，由于合成中的以下困难，很少能够制备出FR/NIR AIEgens。为了赋予发光材料AIE特性，可以在分子结构中引入扭曲单元以阻碍π-π堆积。然而，这将破坏π-共轭，导致蓝移，而不是发射波长的红移。因此，需要开发具有高亮度和达到FR/NIR光谱区的长荧光波长的新AIEgens用于体内的生物学和诊断应用。

此外，红色和近红外荧光生物成像在非侵入性实时肿瘤诊断和图像引导癌症治疗的临床前研究和临床实践中表现出巨大优势。由于包括深层组织穿透、与蓝或绿光发射相比可忽略的生物自发荧光、由低激发能引起的低光损伤、高信噪比等几个优势，具有长波长的发光在生物成像中扮演着不可或缺的角色。然而，红色/近红外发光染料的设计，特别是后功能化的合成过程和较差的实用性总是存在困难。

最近，用于生物成像的荧光纳米颗粒由于其高光稳定性、用于后修饰的大比表面积和对肿瘤组织的内在增强渗透性和滞留(EPR)效应已经引起了人们的极大兴趣。然而，传统的有机荧光团总是具有大的平面共轭结构。它们可以在溶液状态下产生强烈的发射，但是一旦制成纳米颗粒，荧光几乎被淬灭。也就是说，它们经历了众所周知的由聚集引起的猝灭(ACQ)效应，这可能是由于聚集时激态体的形成，因此限制了他们的生物学应用。