苯并双噻二唑衍生物、包含其的超亮近红外IIb区聚集诱导发光探针及其生物成像应用制造技术

本发明专利技术涉及有机荧光材料的设计，具体地，本发明专利技术涉及由下式表示的苯并双噻二唑衍生物，包括所述苯并双噻二唑衍生物的组合物，包括所述苯并双噻二唑衍生物或所述组合物的荧光探针，以及使用其进行体内生物成像的方法，其中R1、R

【技术实现步骤摘要】
苯并双噻二唑衍生物、包含其的超亮近红外IIb区聚集诱导发光探针及其生物成像应用


[0001]本专利技术涉及有机荧光材料的设计领域，具体地，涉及用于荧光成像、尤其是体内生物成像的荧光探针的设计。更具体地，本专利技术一种苯并双噻二唑衍生物、包括所述衍生物的组合物、包括所述衍生物或所述组合物的荧光探针、以及使用其进行体内生物成像的方法。

技术介绍

[0002]有机荧光材料的光致发光(photoluminescence,PL)是一种基本的光物理过程，荧光分子吸收光子被激发到较高的电子态，然后在衰减到较低电子态的同时发射光子。由于有机荧光材料的高量子产率、易加工性和显著的光稳定性，其已经在各种领域得到应用，例如有机发光场效应晶体管(OLEDss)、有机发光二极管(OLED)、有机半导体激光器、荧光传感器等。无论在何种应用中，荧光分子的亮度是其最基本的特征之一，因为高亮度可以提高荧光分子在荧光显示和检测中的分辨率和灵敏度，并降低激发功率。因此，许多研究都集中在提高荧光分子的亮度上。然而，有效增强荧光分子的亮度的策略仍然很少。
[0003]在现有技术中，最可靠的方法之一是提高光致发光量子产率(Φ
PL
)。根据等式(1)，Φ
PL
可以通过减小无辐射速率常数(k
nr
)来增强。为了抑制k
nr
，设计并合成了具有广泛刚性π共轭体系的离散分子，其显示出优异的荧光效率。然而，当这些分子分散在水等生命介质中时，会出现聚集，进而引起荧光猝灭(aggregation<br/>‑
caused quenching,ACQ)，这是由于受激分子的π
‑
π共面堆积产生了占主导地位的非辐射弛豫途径(图1，左侧)，这极大地阻碍了它们在聚集态或固态中的应用。
[0004][0005][0006]I
pL
＝Φ
pL
I0(1
‑
10
‑
A
)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0007]I
PL
∝
A
∝
ε
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0008]其中Φ
PL
＝光致发光量子产率，k
r
＝辐射速率常数，k
nr
＝非辐射速率常数，N
em
＝发射光子数，N
ab
＝吸收光子数，I
PL
＝光致发光强度，I0＝入射光强度，A＝吸光度，ε＝摩尔消光系数。
[0009]此外，AIE近期成为构建高发光聚集/固态材料的有效方法。聚集诱导发光分子(AIEgen)通常拥有充满多个分子转子的扭曲主链，这些扭曲主链可以限制聚集体中的强烈分子间相互作用，从而给出高Φ
PL
(图1，中间)。
[0010]然而，高Φ
PL
有时并不能保证高亮度，因为Φ
PL
被定义为发射光子数(N
em
)与吸收光子数(N
ab
)的比率(等式2)。而亮度由荧光分子在给定激发强度下发射的荧光量(即光致发光强度(I
PL
))给出。从等式(3)和(4)可知，光致发光强度(I
PL
)是Φ
PL
和摩尔消光系数(ε)的乘积，这表明在给定的Φ
PL
下，吸收的光子越多，发射器越亮。但聚集诱导发光分子的扭曲主链
会因共轭断裂而影响分子对光子的吸收。
[0011]为了提高ε，许多研究都集中在扩展π共轭体系上。然而，荧光分子会由于共面π
‑
π相互作用而聚集，进而遭受因聚集引起的荧光猝灭(ACQ)问题，使得荧光分子在总体上给出了极低的Φ
PL
。尽管聚集诱导发光分子总体上可以显著提高Φ
PL
，但是固有的扭曲结构破坏了共轭，导致较低的吸收强度。ACQ和AIE这两个矛盾的个体，在增亮方面各有利弊。因此，本领域面临的挑战是如何同时将高吸收强度和高荧光效率结合到一种荧光分子中，以获得高亮度的聚集体/固态荧光材料。
[0012]另一方面，近红外
‑
IIb(NIR
‑
IIb，1500nm至1700nm)区域中的荧光成像由于极弱的自发荧光和低得多的光散射而特别适合哺乳动物的深层组织成像，但是在现有技术中缺乏在该区域中具有高亮度的荧光分子。因此，迫切需要一种能够在NIR
‑
IIb区域具有高亮度的聚集体/固态荧光材料。

技术实现思路

[0013]如上所述，本领域亟需一种能够在NIR
‑
IIb区域具有高亮度的聚集体/固态荧光材料。对此，本专利技术的专利技术人提出了一种提高荧光分子亮度的设计策略：将合适的π共轭平面合并到聚集诱导发光分子具有多个分子转子的扭曲主链中。如图1(右)所示，这种分子一方面继承了聚集诱导发光分子的扭曲结构，保证了聚集体的高Φ
PL
；另一方面，通过增强π共轭平面单元来增强摩尔消光系数ε，增强了光致发光强度(I
PL
)，并且避免了因π共轭体系扩展引起的荧光猝灭。在此基础上，本专利技术的专利技术人利用该分子设计策略解决了荧光分子在近红外
‑
IIb区域中的亮度较低的问题，进而实现了对哺乳动物的深层组织成像。
[0014]因此，在本专利技术的第一方面，提供了由下式表示的苯并双噻二唑衍生物：
[0015][0016]其中，n+1为噻吩单元的数量，并且n是1
‑
10的整数；
[0017]R1和R
’1是相同或不同的空间位阻基团，各自独立地选自C6‑
C
20
链烷基；
[0018]R2和R
’2是相同或不同的分子转子，各自独立地选自是相同或不同的分子转子，各自独立地选自
[0019]在本专利技术的第二方面，提供了一种组合物，其包括本专利技术第一方面的苯并双噻二唑衍生物以及用于包封所述苯并双噻二唑衍生物的基质。
[0020]在本专利技术的第三方面，提供了一种荧光探针，其用于荧光成像，包括：本专利技术第一
方面的苯并双噻二唑衍生物、或者本专利技术第二方面的组合物。
[0021]在本专利技术的第四方面，提供了一种进行体内生物成像的方法，所述方法包括：将本专利技术第一方面的苯并双噻二唑衍生物、本专利技术第二方面的组合物、或者本专利技术第三方面的荧光探针施用于有此需要的受试者。
[0022]在本专利技术的第五方面，提供了一种用于荧光成像的试剂盒，所述试剂盒包括：本专利技术第一方面的苯并双噻二唑衍生物、本专利技术第二方面的组合物、或者本专利技术第三方面的荧光探针，以及用于指导荧光成像的使用说明书。
[0023]本专利技术的有益之处在于：本专利技术提供了一种能够在近红外
‑
II(1000nm至1700nm)区域、尤其是近红外
‑
IIb(1500nm至17本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.由下式表示的苯并双噻二唑衍生物：其中，n+1为噻吩单元的数量，并且n是1
‑
10，优选1
‑
5，更优选为2的整数；R1和R
’1是相同或不同的空间位阻基团，各自独立地选自C6‑
C
20
链烷基，例如十一烷基、二十烷基；R2和R
’2是相同或不同的分子转子，各自独立地选自优选为2.根据权利要求1所述的苯并双噻二唑衍生物，其中，所述衍生物的苯并双噻二唑单元所在平面与噻吩单元所在平面之间的扭曲角为30
°
至70
°
，优选为40
°
至50
°
。3.根据权利要求1或2所述的苯并双噻二唑衍生物，其中，所述衍生物由下式表示：优选地，所述衍生物由下式表示：4.一种组合物，所述组合物包含根据权利要求1
‑
3所述的苯并双噻二唑衍生物以及用于包封所述苯并双噻二唑衍生物的基质，例如两亲性聚合物如Pluronic F127、DSPE
‑
PEG2000；优选地，所述苯并双噻二唑衍生物封装于所述基质内。5.根据权利要求4所述的组合物，其中，所述组合物为纳米颗粒形式。6.根据权利要求5所述的组合物，其中，所述组合物是尺寸为20纳米至200纳米，优选尺寸为50纳米至140纳米的纳米颗粒。7.一种荧光探针，其用于荧光成像，包括：权利要求1
‑
3中任一项所述的苯并双噻二唑衍生物、或者权利要求4
‑
6中任一项所述的组合物。8.根据权利要求7所述的荧光探针，其中，所述荧光探针能够在900nm至1700nm的近红外II区域、尤其是在...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐本忠，刘顺杰，钱骏，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：