高密度荧光染料簇制造技术

本发明专利技术涉及模块空间增强发射染料(SEED)簇，其中将多个SEED分子附加到单一聚合物链上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及模块空间增强发射染料(SEED)簇，其中将多个SEED分子附加到单一聚合物链上。【专利说明】高密度荧光染料簇 技术背景 荧光染料广泛用于生物分析（例如，DNA和蛋白质微阵列、DNA/RNA/蛋白质印迹 等）、成像（共焦、外荧光、病理学、活的和固定的体外细胞、体内全体等）和诊断（例如，体 外诊断、夹心分析、侧流分析）。增强荧光染料的信号强度对荧光的这些用途是有益的，用于 增强灵敏度（例如，发现低丰度靶分子）或增加通过量（例如，减少的成像积分时间）。提 高信号强度的最简单方法是增加荧光团浓度。然而，这种方法对于常规荧光染料通常是不 可能的，因为染料分子在高浓度下电相互作用并猝灭信号。这是对于溶液中游离染料和结 合到生物分子或表面的染料二者的情况。因此，由于在足够高局部浓度（例如，多个染料在 单一抗体上）猝灭，任何信号增益被信号损失抵消。传统荧光染料的另一个缺陷包括染料 通过光源光漂白或光氧化成非荧光形式，这导致染料降解和荧光信号损失。光漂白的速率 和方式通常受与溶剂分子（例如，水）相互作用的影响。在照明下光漂白限制染料寿命，在 多个时间点需要长积分时间或图像时，这不利地影响底物的成像或检测。 因此，由于传统荧光染料的这些缺点，需要能够产生强的长持续信号的新荧光染 料。 专利技术概述 本专利技术涉及模块空间增强发射染料（SEED)簇，其中将多个SEED分子附加到单一聚合 物链上。本专利技术的簇围绕在高染料密度下猝灭的染料，因此允许较高染料密度和作为附加 到链的染料数的函数的较高信号强度（例如，>l〇x单独荧光团）。通过限制染料-溶剂相 互作用的水溶性染料簇的核-壳结构，也使光漂白和氧化破坏最大限度地减小。 附图简述 图1为用于细胞标记的SEED簇（左）的一个实施方案的示意图，显示缀合到与共同骨 架（右）结合的SEED荧光团链的生物分子（抗体，中）。 图2为水溶性链-结合SEED簇的荧光光谱（左），和归一化吸收（峰）和发射 (峰）的比较，显示浓度和发射之间线性相关，表明在结合到各簇的分子之间正在发生SEED 效果，并且在高浓度下没有浓度介导的猝灭。 专利技术详述 本文所述的本专利技术的簇避免常规荧光染料的几个关键缺点。一个优点是增加每簇亮 度，因为多个染料分子结合到单一簇。簇包含用于连接到生物分子或其它主体的缀合部位， 使得簇可按与常规荧光团相同的方式连接。另外，本专利技术的簇的光稳定性以两种方式改善。 首先，本专利技术的染料分子相对疏水，并以聚集状态存在于水溶液中，这使染料分子不易受溶 剂介导的光氧化反应影响。其次，在单一簇中结合多个染料分子保证在簇内单一染料随机 闪烁或光漂白的情况下，簇整体上亮度仅仅略微下降，而不是完全消失（完全消失是常规 荧光团的情况），使得用簇标记的靶能够对于成像或检测保持可见。 本专利技术的染料簇的另一个优点包括其模块性质，这使得能够以控制方式整合不同 的功能性，以产生多功能探针。例如，结合光稳定部分增加寿命，结合环境响应部分能够感 测，小分子靶向剂提高特异性。预料结合多种染料产生分化，并提高信号强度，同时保持那 些染料的已知光学和化学性质。这些模块簇的所得性质促进工作流，并改善分析结果。 在本专利技术中使用的染料分子包括可以"空间增强发射染料"（SEED)或者"聚集诱 导发射体"（AIE)为特征的任何染料。SEED是一类染料，其显示随增加染料浓度，荧光量子 产额的非线性增加，而没有如常规染料中见到的由于猝灭导致的信号损失（见Y. Hong， J. Lam, B. Z. Tang, ''Aggregation-Induced Emission: Phenomenon, Mechanism and Applications〃（聚集诱导发射：现象、机理和应用），ChemComm, 2009，4332-4353，其教 导全文通过引用结合到本文中）。不希望受理论限制，SEED分子一般包含缀合到分子的荧 光中心但能够围绕键轴旋转的取代基。作为溶液中的游离染料，这种旋转对于染料吸收的 能量产生非辐射衰减通道，从而导致染料在溶液中游离时实质上为非荧光性。当通过与相 邻染料分子相互作用或包封在刚性基质来阻止分子内旋转时，分子的荧光量子产额显著增 力口，同时侧基防止与相邻染料的电子作用，使得染料分子能够发射而不猝灭。除非另外说 明，在本文中对"染料"的引用是指能够归类为SEED分子的染料。 本文所述的簇包括结合到聚合物的一些单体单元上的多个SEED分子。由于SEED 分子的疏水性，在水性条件下，它们倾向于避免与水相互作用，从而形成由疏水相互作用结 合在一起的簇。簇形成使SEED分子相互分子接触，这抑制染料的旋转（非福射）衰减方式， 并产生密集的染料分子簇，各簇在（或接近）其峰量子效率下独立发射。多个SEED分子连 接到单一聚合物骨架使得能够达到很高的局部染料密度，因此例如允许数十个染料分子结 合到生物分子。相反，在染料猝灭开始限制信号增益前，常规技术一般限于每个生物分子有 1-3个染料分子。 本专利技术的簇相对于至今合成的SEED-聚合物是有利的。SEED聚合物一般为非 水溶性的高分子量聚合物。另外，这些SEED-聚合物的荧光性质需要通过以下诱导：首 先使SEED-聚合物溶于溶剂（例如，非水溶剂，例如THF)，然后通过增加其中SEED-聚 合物不可溶的非溶剂（例如，水）的浓度诱导SEED-聚合物聚集。这样聚集成颗粒产生 SEED-聚合物的突光（见 C_T. Lai, J-L. Hong, ''Aggregation Induced Emission in Tetraphenylthiophene-derived organic molecules and vinyl polymer〃（四苯基喔 吩衍生有机分子和乙烯基聚合物中的聚集诱导发射）J. Phys. Chern. B，2010，114， 10302-10310 和 k. Qin et al. ^Luminogenic polymers with aggregation-induced emission characteristics, 〃（具有聚集诱导发射特性的发光聚合物），Progress in Polymer Science, 37 (2012) 182-209，二者的全部教导通过引用结合到本文中）。相反， 本专利技术的簇为低分子量，水溶性，并且能够在不改变溶剂混合物下发荧光。 本专利技术的一个实施方案包括一种簇，所述簇包括：包含两个或更多个任选被取代 的单体单元的聚合物骨架；增溶剂；缀合部位；和沿着聚合物骨架布置的多个空间增强发 射染料分子。 本专利技术的一个实施方案包括一种持续发射高密度发光簇，所述发光簇包括：包含 两个或更多个任选被取代的单体单元的聚合物骨架；增溶剂；缀合部位；和多个空间增强 发射染料分子，所述染料分子沿着聚合物骨架布置，以便抑制旋转衰减，并且发射在水溶液 中持续。 本专利技术的一个实施方案包括一种持续发射高密度发光簇，所述发光簇对应于： v w X y z,其中 B为任选被取代的单体单元； S-B-F为连接有空间增强发射染料和增溶剂的单体单元； B-F为连接有空间增强发射染料的单体单元； B-S为连接有增溶剂的单体单元；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种簇，所述簇包含：包含两个或更多个任选被取代的单体单元的聚合物骨架；增溶剂；缀合部位；和沿着所述聚合物骨架布置的多个空间增强发射染料分子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PJ麦克洛斯基，S贾因，A纳塔拉詹，AAP伯恩斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US