取代或未取代的多环芳烃化合物用于高分辨率显微术的用途制造技术

本发明专利技术涉及化合物在单分子定位显微术(SMLM)、受激发射损耗显微术(STED)、最小发射通量显微术(MINFLUX)或结构光照明和定位显微术(SIMFLUX)中的用途，其中所述化合物为包含六个或更多个取代和/或未取代的芳烃环的取代或未取代的多环芳烃，其中所述六个或更多个取代和/或未取代的芳烃环中至少六个中的每一个与所述至少六个取代和/或未取代的芳烃环中的至少另一个稠合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】取代或未取代的多环芳烃化合物用于高分辨率显微术的用途本专利技术涉及化合物用于4种特定种类的超分辨率显微技术，即用于单分子定位显微术(single-moleculelocalizationmicroscopy，SMLM)、受激发射损耗显微术(stimulatedemissiondepletionmicroscopy，STED)、最小发射通量显微术(minimalemissionfluxesmicroscopy，MINFLUX)或结构光照明和定位显微术(structuredilluminationandlocalizationmicroscopy，SIMFLUX)的用途。超分辨率显微术是指显微技术，其分辨率高于光的衍射极限，即其横向分辨率高于λ/(2N.A.)，其中N.A.为数值孔径和λ为所用光的波长。超分辨率显微技术的突出实例为单分子定位显微术(SMLM)、受激发射损耗显微术(STED)、最小发射通量显微术(MINFLUX)和结构光照明和定位显微术(SIMFLUX)。SMLM技术基于使用在通过吸收辐射激发之后发光的具有低占空比的荧光团(即荧光化合物)作为标记物。具有低占空比的荧光团的特征在于，当用激发辐射进行辐射时，其处于“开”状态(即辐射发射状态)的时间段除以其处于“关”状态(即分别为非发射性基态或“暗态”)的时间段的比率低。换句话说，所使用的荧光团显示出随着时间推移而见到的荧光发射光谱，其发射峰在时间轴上具有短的峰宽，其中两个发射峰之间的时间间隔相当长。具有低占空比的荧光团也意指具有良好的闪烁特性。因此，当通过激光激发其部分标记有相应的荧光团分子的样品时，比如当通过激光激发其微管标记有相应的荧光团分子的细胞时，在每个时间点只有相当小数量的荧光团分子处于“开”状态，并在相当短的时间段内发射荧光辐射。因此，相邻荧光团分子在相同的时间点发射辐射的可能性非常低，因此使得两个相邻荧光团分子的发射信号重叠的风险非常低。由于这个原因，获得单个荧光团分子的荧光发射曲线的空间和时间分离，这允许通过映射在测量时间内获得的(通常成千上万)图片来精确地重构单个荧光团的位置。除了良好的闪烁特性外，适合于SMLM的荧光团还应提供进一步的特性。特别重要的是，荧光团具有高光子数，即在其短的“开”状态期间发射大量的光子。此外，优选的是荧光团具有非常高的光稳定性，使得其可尽可能频繁地在“开”状态和“关”状态之间循环，并因此在短期内不会光漂白，即在“开”状态和“关”状态之间少量循环之后不会失去其激发到“开”状态的能力。除此之外，荧光团应具有低于5nm并且理想情况下低于1nm的小尺寸(以允许出色的空间分辨率)，具有相当窄的激发光谱并应发射可见光，以允许获得单个荧光团分子的荧光发射曲线的出色的空间分离。特别优选地，荧光团应具有低毒性。有机染料，比如ThermoFisherScientific出售的AlexaFluor®647染料，显示出良好的闪烁特性、窄的激发光谱以及窄的发射光谱。然而，需要特殊的缓冲剂，比如与氧化还原剂组合的氧气耗尽环境，以保持这些特性。这不仅使过程费力，而且使在所有环境中进行高质量成像特别具有挑战性。此外，这种染料仅在几个小时比如少于8小时内具有良好的闪烁行为，因为特殊的缓冲条件会随着时间的推移而变化。为了用作SMLM的荧光团，还已知所谓的碳点(CD)，其被认为由或多或少的球形无定形碳组成。CD通常由碳烟灰(carbonsoot)或炭黑合成。这是所谓的“自上而下”的方法，即其中相当大的结构(即碳烟灰或炭黑)分解成较小结构(即CD)的方法。例如，将炭黑与硝酸一起回流24小时，之后使所得悬浮液冷却至室温并然后离心。弃去沉淀之后，将上清液加热并干燥。将如此获得的固体重悬于水中并超滤。碳点及其制备方法例如由以下公开：Lemenager等人,“Super-resolutionfluorescenceimagingofbiocompatiblecarbondots”,Nanoscale,2014,第6卷,第8617-8623页;He等人,“High-densitysuper-resolutionlocalizationimagingwithblinkingcarbondots”,Anal.Chem.2017,第89卷,第11831-11838页;Khan等人,“reversiblephotoswitchingofcarbondots”,Sci.Rep.,2015,第5卷,11423;和Verma等人,“Single-moleculeanalysisoffluorescentcarbondotstowardslocalization-basedsuper-resolutionmicroscopy”,MethodsAppl.Fluoresc.,2016,第4卷,044006。然而，CD非常大，其尺寸为至少3nm至最多60nm，并因此太大而无法用SMLM获得非常良好的分辨率。此外，由于采用“自上而下”的产生方法，CD为多种不同氧化分子的混合物，这些分子仅通过离心或具有不同孔径的膜过滤器根据其大小进行分选。由于这个原因，CD在大小和结构两方面均为不均匀的，并且其被氧化至不同的程度。因此，CD的行为不像由一种特定类型的分子组成的材料。由于其种类不同及其大小的不均匀性，CD的发射光谱，并且特别是激发光谱非常宽。此外，由于其化学结构不确定，它们不能用于靶向的细胞内递送和亚细胞靶标的特异性标记。类似于CD的组合物为石墨烯量子点(GQD)。GQD根据定义应为单层纳米石墨烯，但是通常为含有堆叠的多层石墨混合物的结构并带有许多不同的氧基官能团，所述氧基官能团得自它们的合成。与CD类似，GQD通常通过“自上而下”的方法由碳烟灰或炭黑合成。GQD及其制备方法例如由以下公开：Muthurasu等人,“Facileandsimultaneoussynthesisofgraphenequantumdotsandreducedgrapheneoxideforbio-imagingandsupercapacitorapplications”,New.J.Chem.,2016,第40卷,第9111-9124页;Sarkar等人,“Graphenequantumdotsfromgraphitebyliquidexfoliationshowingexcitation-independentemission,fluorescenceupconversionanddelayedfluorescence”,Phys.Chem.Chem.Phys.,2016,第18卷,第21278-21287页;和Gan等人,“Mechanismforexcitation-dependentphotoluminescencefromgraphenequantumdotsandothergrapheneoxidederivatives:consensus,debatesandchallenges”,Nanoscale,2016,第8卷,第7794-7807页。由于为在大小和结构两方面均不均匀的单一种类的混合物，因此发射光谱以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.化合物在单分子定位显微术(SMLM)、受激发射损耗显微术(STED)、最小发射通量显微术(MINFLUX)或结构光照明和定位显微术(SIMFLUX)中的用途，其中所述化合物为包含六个或更多个取代和/或未取代的芳烃环的取代或未取代的多环芳烃，其中所述六个或更多个取代和/或未取代的芳烃环中至少六个中的每一个与所述至少六个取代和/或未取代的芳烃环中的至少另一个稠合。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181003 EP 18198494.9;20181009 EP 18199451.81.化合物在单分子定位显微术(SMLM)、受激发射损耗显微术(STED)、最小发射通量显微术(MINFLUX)或结构光照明和定位显微术(SIMFLUX)中的用途，其中所述化合物为包含六个或更多个取代和/或未取代的芳烃环的取代或未取代的多环芳烃，其中所述六个或更多个取代和/或未取代的芳烃环中至少六个中的每一个与所述至少六个取代和/或未取代的芳烃环中的至少另一个稠合。


2.权利要求1的用途，其中所述化合物在高分辨率显微术中用作荧光标记物，并且其中所述化合物用于光激活定位显微术(PALM)、随机光学重建显微术(STORM)、基态损耗单分子返回(GSDIM)、结合激活定位显微术(BALM)或荧光光激活定位显微术(FPALM)。


3.权利要求1或2的用途，其中所述化合物包含6-91个取代和/或未取代的芳烃环，其中至少6个中的每一个，并且优选地全部所述6-91个取代和/或未取代的芳烃环中的每一个与所述至少6个取代和/或未取代的芳烃环中的至少另一个稠合。


4.前述权利要求中任何一项的用途，其中所述化合物包含任何以下单元：
i)-Ar1(Ar2)x-，其中残基Ar1和Ar2相同或不同且彼此独立地为取代和/或未取代的芳烃环，并且x为5、在Ar1至少为C7环的情况下的6或7中的整数，
ii)-Ar1(Ar2)x-Ar3(Ar4)y-，其中残基Ar1至Ar4相同或不同且彼此独立地为取代和/或未取代的芳烃环，并且x和y彼此独立地为1-6的整数，其中x和y的总和至少为4，或
iii)-Ar1(Ar2)x-Ar3(Ar4)y-Ar5(Ar6)z-，其中残基Ar1至Ar6相同或不同且彼此独立地为取代和/或未取代的芳烃环，并且x、y和z彼此独立地为1-7的整数，其中x、y和z的总和至少为3，或
iv)-Ar1-(Ar2)n-Ar3-，其中残基Ar1至Ar3相同或不同且彼此独立地为取代和/或未取代的芳烃环，并且n为4-14的整数，其中残基Ar1和Ar3可彼此键合或稠合形成环。


5.前述权利要求中任何一项的用途，其中所述化合物包含具有通式(1)的单元或所述化合物具有通式(1)：



其中在通式(1)中残基R相同或不同且彼此独立地为氢原子、未取代的C1-20烃残基、取代的C1-20烃残基、卤素、叠氮基、羟基、硝基、氨基、甲酰基、氰基，或者两个相邻残基R中的一对或多对彼此连接形成C5-20芳族基团、C4-20脂环族基团或C5-20杂环基团，其中任何未取代和/或取代的C1-20烃残基可为C1-20烷基、C1-20烯基、C1-20炔基、C1-20烷氧基、C4-20环烷基、C5-20芳族基团、C4-20脂环族基团或C5-20杂环基团。


6.前述权利要求中任何一项的用途，其中所述化合物包含具有通式(2)的单元或所述化合物具有通式(2)：



其中在通式(2)中：
残基R1-R8和Ar彼此独立地选自氢、未取代的烷基、取代的烷基、未取代的烯基、取代的烯基、未取代的炔基、取代的炔基、未取代的环烷基、取代的环烷基、未取代的芳基、取代的芳基、未取代的芳烷基、取代的芳烷基、未取代的杂芳基、取代的杂芳基、叠氮基和由于R1-R8和Ar的两个相邻残基彼此连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓敏，成田明光，S·帕雷克，陈强，K·米伦，C·克雷默，K·兰德费斯特，M·博恩，
申请(专利权)人：马克斯·普朗克索赔科学公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE