具有窄带发射的发色聚合物点制造技术

本发明专利技术提供了聚合物、单体、发色聚合物点和相关方法。本发明专利技术提供了具有窄带发射的高荧光发色聚合物点。本发明专利技术还提供了合成发色聚合物的方法，形成发色聚合物点的制备方法，以及使用窄带发射的独特性质的生物学应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请交叉参考本申请要求2011年12月30日提交的美国临时申请第61/582181号以及2012年3月6日提交的美国临时申请第61/607455号的优先权，以上各文的全部内容通过参考结合于此。关于在联邦资助研究或开发下享有专利技术权利的声明本专利技术在国立卫生研究院(National Institutes of Health)授予的基金号CA147831的政府支持下作出。政府享有一定的专利技术权利。专利技术背景近来在荧光检测以及生物共轭技术方面的发展导致基于荧光的先进技术在化学和生命科学中快速涌现，例如荧光显微术、流式细胞测量术、各种生物化验、和生物传感器。这些荧光技术广泛使用有机染料分子作为探针。但是，常规染料的固有限制，例如低的吸收率和差的光稳定性，对高灵敏度成像技术和高通量化验的进一步开发造成困难。已经探寻了许多开发更亮荧光探针的策略。例如，正在积极开发发光纳米颗粒例如无机半导体量子点(量子点)，目前可从生命技术公司(Life Technologies)购得(英杰公司(Invitrogen))。(布鲁切M.(Bruchez，M.)；莫罗尼M.(Moronne，M.)；金P.(Gin，P.)；维斯S.(Weiss，S.)；阿力维萨托斯A.P(Alivisatos，A.P)，《科学》(Science)1998，281，2013-2016。麦查力特X.(Michalet，X.)；皮纳德F.F.(Pinaud，F.F.)；本托里拉L.A.(Bentolila，L.A.)；沙一J.M.(Tsay，J.M.)；杜斯S.(Doose，S.)；Li J.J.(Li，J.J.)；桑达乐散G.(Sundaresan，G.)；吴A.M.(Wu，A.M.)；甘姆伯亥尔S.S.(Gambhir，S.S.)；维斯S.(Weiss，S.)《科学》(Science)2005，307，538-544。)另一种荧光纳米颗粒是染料掺杂的胶乳球，其由于每颗粒具有多个染料分子和保护性胶乳基质的原因，表现出比单荧光分子改进的亮度和光稳定性。(王L.(Wang，L.)；王K.M.(Wang，K.M.)；桑特拉S.(Santra，S.)；赵X.J.(Zhao，X.J.)；希拉德L.R.(Hilliard，L.R.)；史密斯J.E.(Smith，J.E.)；吴J.R.(Wu，J.R.)；谭W.H.(Tan，W.H.)《分析化学》(Anal.Chem.)2006，78，646-654。)目前发光颗粒的限制使得需要探索设计更高荧光纳米颗粒的其它策略。近来，荧光半导体聚合物点(聚合物点)因其优于量子点和染料加载胶乳珠的荧光亮度和光稳定性而引来关注。使用荧光聚合物点作为荧光探针还能产生其它有利的方面。近来已通过共缩合方案实现了表面官能化，在该方案中将带有官能团的两性聚合物分子与半导体聚合物掺混以形成具有表面反应性基团的聚合物点。已通过使官能团与生物分子反应证明了生物共轭，聚合物点-生物共轭物能特定且有效地标记生物分子，用于细胞成像、生物正交标记、和体内肿瘤靶定。但是在实际应用中使用目前的聚合物点作为荧光探针时可能有缺点。许多生物应用可能包括同时检测多个目标；因此，需要能提供用于光谱倍增(spectral multiplexing)的具有窄带发射峰的探针。但是，目前可用的聚合物点会表现出非常宽的发射光谱，这限制了其在实际应用中的实用性。荧光探针的光谱宽度可通过其发射峰的半高宽(FWHM)来表征。一般来说，目前可用的聚合物点表现出具有大的FWHM的宽发射光谱。这种宽发射光谱对于生物学中的多目标检测而言是一个缺点。因此，需要设计并开发具有窄带发射的新型聚合物点。专利技术概述本专利技术提供了能形成例如具有窄带发射的高荧光发色聚合物点的发色聚合物。本专利技术还提供了在合成这些发色聚合物时的设计考虑因素，用于形成相关聚合物点的制备方法，以及使用窄带发射的独特性质的生物学应用。具有窄带发射的发色聚合物点为基于荧光的广泛应用带来了具有高荧光独特性质的纳米颗粒生物共轭物。在一方面，本专利技术提供了具有窄带发射的发色聚合物点。聚合物点的发射波长可从紫外变化到近红外区域。发射带的半高宽(FWHM)小于70纳米。在一些实施方式中，FWHM小于约65纳米。在一些实施方式中，FWHM小于约60纳米。在一些实施方式中，FWHM小于约55纳米。在一些实施方式中，FWHM小于约50纳米。在一些实施方式中，FWHM小于约45纳米。在一些实施方式中，FWHM小于约40纳米。在一些实施方式中，FWHM小于约35纳米。在一些实施方式中，FWHM小于约30纳米。在一些实施方式中，FWHM小于约25纳米。在一些实施方式中，FWHM小于约20纳米。在一些实施方式中，FWHM小于约10纳米。在一些实施方式中，本文所述聚合物点的FWHM可在约5-70纳米、约10-60纳米、约20-50纳米、或约30-45纳米范围内变化。在一些实施方式中，窄带发射聚合物点包含至少一种发色聚合物。该窄带发射聚合物点还可包含与该发色聚合物共价结合的窄带发射单元，其中该窄带发射单元提供窄带发射。可将该窄带发射单元结合到聚合物骨架中。该窄带发射单元还可与聚合物的侧链或端部单元共价结合。该窄带发射聚合物点还可包含掺杂有无机材料的发色聚合物点，其中该无机材料提供窄带发射。该窄带发射聚合物点可仅包含发色聚合物，其中该发色聚合物提供窄带发射。上述聚合物点的发射FWHM小于70纳米。在一些实施方式中，FWHM小于60纳米、小于50纳米、小于40纳米、小于30纳米、或小于20纳米。在一些实施方式中，窄带发射聚合物点包含与其它窄带物质如染料(例如聚合物或小分子染料)化学交联的发色聚合物点。该窄带发射聚合物点可仅包含提供窄带发射的发色聚合物。上述聚合物点的发射FWHM小于70纳米。在一些实施方式中，FWHM小于60纳米、小于50纳米、小于40纳米、小于30纳米、或小于20纳米。在一些实施方式中，窄带发射聚合物包含至少一种窄带发射性发色聚合物。该窄带发射聚合物在良溶剂中可表现出宽发射或窄发射。但是，其纳米颗粒形式提供窄带发射。上述聚合物点的发射FWHM小于70纳米。在一些实施方式中，FWHM小于60纳米、小于50纳米、小于40纳米、小于30纳米、或小于20纳米。在一些实施方式中，用于制备聚合物点的窄带发射聚合物可包含窄带单体。该窄带发射聚合物点还可包含任意其它单体。窄带单体可以是能量受体，因此最终的聚合物点可表现出窄带发射。窄带发射性发色聚合物在良溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物点，其包含：含有窄带单体的缩合发色聚合物，该缩合发色聚合物具有半高宽(FWHM)小于约70纳米的发射光谱。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.30 US 61/582,181;2012.03.06 US 61/607,4551.一种聚合物点，其包含：
含有窄带单体的缩合发色聚合物，该缩合发色聚合物具有半高宽(FWHM)小
于约70纳米的发射光谱。
2.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述发色聚合物是均聚物或
杂聚物。
3.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述发色聚合物还包含第一
普通单体、第二普通单体或其组合，其中第一和第二普通单体具有半高宽大于70
纳米的发射光谱。
4.如权利要求1所述的聚合物，其特征在于，所述窄带单体、第一普通单体、
第二普通单体或其组合结合在发色聚合物的骨架中。
5.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带难题是BODIPY衍
生物。
6.如权利要求5所述的聚合物点，其特征在于，所述BODIPY衍生物具有下
式：
其中各R1、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A和R4B独立选自氢、烷基、芳烷基、芳基和烷
氧基-芳基，其中通过与R1、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A、R4B或其组合的连接将BODIPY
衍生物结合于发色聚合物。
7.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单体是方酸菁衍生
物。
8.如权利要求7所述的聚合物点，其特征在于，所述方酸菁衍生物具有下式：
其中各X1和X2独立选自氧、硫和氮；各R1A和R1B独立选自但并不限于亚烷基、
亚烯基、亚芳基、杂亚芳基、亚苯基、甘菊环、环亚烷基和杂环亚烷基；各R2A和
R2B是独立选自但并不限于以下的反应性基团：卤化物、羟基和氨基，其中通过与
R1A、R1B、R2A、R2B或其组合的连接将方酸菁衍生物结合于发色聚合物。
9.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单体是金属络合物
衍生物。
10.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单体是卟啉衍生
物。
11.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单体是金属卟啉
衍生物。
12.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单体是镧系元素
络合物衍生物。
13.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单体是苝衍生物。
14.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单体是菁衍生物。
15.如权利要求3所述的聚合物点，其特征在于，所述第一普通单体和第二
普通单体各自选自下组：芴、芴衍生物、亚苯基亚乙烯基、亚苯基亚乙烯基衍生物、
亚苯基、亚苯基衍生物、苯并噻二唑、苯并噻二唑衍生物、噻吩、噻吩衍生物、咔
唑芴、和咔唑芴衍生物。
16.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述缩合发色聚合物还包
含使该缩合发色聚合物表面能用于共轭或生物共轭的官能团。
17.如权利要求16所述的聚合物点，其特征在于，所述官能团是疏水性官能
团。
18.如权利要求17所述的聚合物点，其特征在于，所述疏水性官能团选自下
组：炔、张力炔、叠氮化物、二烯、烯烃、环辛炔和膦。
19.如权利要求16所述的聚合物点，其特征在于，所述官能团是亲水性官能
团。
20.如权利要求19所述的聚合物点，其特征在于，所述亲水性官能团选自下
组：羧酸或其盐、氨基、巯基、叠氮基、醛、酯、羟基、羰基、硫酸盐、磺酸盐、
磷酸盐、氰酸盐和琥珀酰亚胺基酯。
21.如权利要求16所述的聚合物点，其特征在于，所述官能团与生物分子共
轭。
22.如权利要求21所述的聚合物，其特征在于，所述生物分子选自下组：蛋
白质、糖蛋白、肽、氨基酸、代谢物、药物、毒素、核酸、碳水化合物、糖、脂类
和脂肪酸。
23.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述聚合物点还包含与发

\t色聚合物物理掺混或化学交联的半导体聚合物。
24.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述FWHM小于约60纳米，
小于约50纳米，小于约40纳米，小于约30纳米，或小于约20纳米。
25.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述缩合发色聚合物的量
子产率大于约10％，大于约20％，大于约30％，大于约40％，大于约50％，大于约70％，
或大于约90％。
26.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，小于约70纳米的FWHM对
应于具有最大强度的发射主峰，缩合发色聚合物经过结构设计能发射次级发射峰，
其最大强度是发射主峰最大强度的小于约30％、小于约20％、小于约10％、小于约
5％、或小于约1％。
27.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述聚合物点具有包括两
个发射峰的发射光谱。
28.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述缩合发色聚合物能在
大于约1个月、大于约3个月、大于约6个月、或大于约1年的时间段内保持稳定。
29.如权利要求1所述的聚合物点，其特征在于，所述聚合物点不存在包括
β相次级结构的次级结构。
30.一种聚合物点，其包含：
含有与聚合物的骨架或侧链结合的窄带单元的缩合发色聚合物，其中该窄带
单元具有半高宽(FWHM)小于约70纳米的发射光谱，其中该骨架包含第一普通单
体、第二普通单体或其组合。
31.如权利要求30所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单元与骨架或侧
链共价结合。
32.如权利要求30所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单元包含嵌入或
结合于聚合物点的荧光纳米颗粒。
33.如权利要求30所述的聚合物点，其特征在于，所述荧光纳米颗粒是量子
点。
34.如权利要求30所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单元包含荧光分
子。
35.如权利要求30所述的聚合物点，其特征在于，所述荧光分子是聚合物或
染料分子。
36.如权利要求30所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单元包含窄带单
体。
37.如权利要求36所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单体是BODIPY
衍生物。
38.如权利要求37所述的聚合物点，其特征在于，所述BODIPY衍生物具有
下式：
其中各R1、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A和R4B独立选自下组：氢、烷基、芳烷基、芳
基和烷氧基-芳基，其中通过与R1、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A、R4B或其组合的连接将BODIPY
衍生物结合到发色聚合物中。
39.如权利要求36所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单体是方酸菁衍
生物。
40.如权利要求39所述的聚合物点，其特征在于，所述方酸菁衍生物具有下
式：
其中各X1和X2独立选自下组：氧、硫和氮；各R1A和R1B独立选自但并不限于
亚烷基、亚烯基、亚芳基、杂亚芳基、苯基、甘菊环、环亚烷基和杂环亚烷基；各
R2A和R2B是独立选自但并不限于下组的反应性基团：卤化物、羟基和氨基，其中通
过与R1A、R1B、R2A、R2B或其组合的连接将方酸菁衍生物结合于发色聚合物。
41.如权利要求36所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单体是金属络合
物衍生物。
42.如权利要求36所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单体是卟啉衍生
物。
43.如权利要求36所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单体是金属卟啉
衍生物。
44.如权利要求36所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单体是镧系元素
络合物衍生物。
45.如权利要求36所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单体是苝衍生物。
46.如权利要求36所述的聚合物点，其特征在于，所述窄带单体是菁衍生物。
47.如权利要求30所述的聚合物点，其特征在于，所述第一普通单体和第二
普通单体各自独立地选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·T·邱，吴长锋，荣宇，张勇，吴以哲，詹扬翔，张宣军，于江波，孙伟，
申请(专利权)人：华盛顿大学商业中心，
类型：发明
国别省市：美国;US