两亲性的具有聚集诱导发光特性的发光物及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及荧光材料技术领域，具体涉及一种两亲性的具有聚集诱导发光特性的 发光物及其应用。
【背景技术】
[0002] 近年来，已经发现一系列螺旋状分子在溶液中不发光，但通过聚合形成后会被 诱导发出强光，这种聚集诱导发光（aggregation-induced eimission，AIE)的现象与 传统荧光素表现出的聚集荧光淬灭效应是完全相反的。利用这个新效应，AIE发光材料 可以在许多高科技领域进行应用，如化学传感器、生物探头、免疫标记、刺激反应材料和 固态发射器等[Chem. Commun. 2001，18, 1740 J. Mater. Chem.，2001，11，2974 ;Chem. Soc. Rev.，2011，40, 5361 ;Adv. Funct. Mater.，2012, 22, 771 ;Chem. Commun.，2011，47, 7323 ; Adv. Healthcare Mater. , 2013, 2, 500 ；Acc. Chem. Res. , 2013, 46, 2441 ；Chem. Commun. 2013, 49, 11335 ;Biomaterials 2008, 29, 1345 ;US 8, 029, 767 ;US 2013/0029325; CN103175768]。四苯乙烯（tetraphenylethene，TPE)和六苯基娃杂环戊二烯 (hexaphenylsiole, HPS)是原型AIE分子，其具有易合成、固态情况下的高量子产率以 及高化学稳定性和光稳定性等优势，但是其疏水性质极大地限制了在生物领域的应用， 为了降低其疏水性或提高其亲水性，在其结构中引入了带电的功能基团。例如，带有两 个或四个铵基的TPE在水性溶液中发光较弱，但加入带阴电荷的生物分子就变成强发光 体，如加入小牛胸腺DNA和牛血清白蛋白（BSA) [Chem. Commun. ,2006,3705 ;Chem. -Eur. J.，2008, 14, 6428.]。该阴离子TPE衍生物将磺酸基团带入进BSA的主体折叠结构的疏水 腔内，由于分子内旋转的限制（restriction of intramolecular rotation, RIR)使得发光 增强。当通过引入表面活性剂（如十二烷基硫酸钠 SDS)使得BSA不折叠时，则不再发光 [J. Phys. Chem. B，2007, 111，11817]。Tang和他的共同工作者们报道了包含有TPE配基的聚 N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM)的聚合物[Chem. Commun.，2009, 4974]，通过荧光技术，TPE标 记的PNIPAM链可以用于跟踪温度引起的聚合物的构象变化。另一方面，很少有研究和报道 两亲性的AIE分子。在结构上，两亲性分子为表面活性剂以及通常既含有疏水结构单元又 含有亲水结构单元的有机化合物。大部分两亲性分子的疏水尾为支链、直链或芳族烃链，同 时亲水头不带电荷、负电荷和正电荷，有时分别被称为非离子表面活性剂、阴离子表面活性 剂和阳离子表面活性剂。因此，两亲性分子由水不溶性配基和水溶性配基构成。在水性溶 液中，两亲性分子形成聚合物，如胶体和胶团等，其中疏水尾聚集形成核心，亲水头集中于 表面并与周围的水环境相接触。聚合物的形状和大小主要取决于两亲性分子的结构以及分 子的亲水性和疏水性的平衡关系。两亲性分子广泛存在于我们的日常生活物品，包括清洁 剂、织物柔软剂、乳剂、绘画颜料、墨水和化妆品等，以及存在于生物利用方面，如蛋白提取、 细胞质膜、给药等等。两亲性和AIE特性的结合可以产生一系列新的荧光分子用于化学和 生物应用方面。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种两亲性的具有聚集诱导发光特性的发光物及其应用，解 决现有技术中的具有聚集诱导发光特性的发光物为疏水性的发光物而导致应用受限的问 题。
[0004] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种两亲性的具有聚集诱导发光特性 的发光物，包含具有聚集诱导/增强发光特性的疏水性单元，在具有聚集诱导/增强发光特 性的疏水单元上连接有亲水性单元，所述发光物的结构式选自以下I、II、III、IV、V和VI 中的任一种；
[0005] 其中，
表示具有聚集诱导/增强发光特性的疏水性单元；
[0006]
>表示亲水性单元；
[0007]
[0008] 在本发明的两亲性的具有聚集诱导发光特性的发光物中，所述发光物可溶于水， 且所述发光物形成的水溶液的浓度>临界胶束浓度时可形成胶束。
[0009] 在本发明的两亲性的具有聚集诱导发光特性的发光物中，所述具有聚集诱导/增 强发光特性的疏水性单元包括至少一第一主体结构，所述主体结构选自包含有下述任一结 构的基团：
[0010]
[0011] 其中，R和R(X)分别表示与所述具有聚集诱导/增强发光特性的疏水性单元相连 接的亲水性单元。
[0012] 在本发明的两亲性的具有聚集诱导发光特性的发光物中，所述亲水性单元分别选 自含有0H、铵盐、氨基、硫醇、乙基乙二醇、磺酸盐、磷酸盐和羧酸盐中至少一种的基团。
[0013] 在本发明的两亲性的具有聚集诱导发光特性的发光物中，所述具有聚集诱导/增 强发光特性的疏水性单元包含有结构戈
的基团，所述亲水性单元包含有乙基 乙二醇基团；具体地，所述发光物包含有下述结构式Pl/6、P2/6和P3/6中任一结构式的基 团：其中n、m、o和p分别表示2~3000的自然数，
[0014]
[0015] 在本发明的两亲性的具有聚集诱导发光特性的发光物中，所述发光物在追踪细胞 中的应用、在制备细胞追踪器中的应用、在制备用于追踪细胞的探针中的应用或在监测细 胞内药物释放过程中的应用。
[0016] 在本发明的两亲性的具有聚集诱导发光特性的发光物中，所述亲水性单元包含至 少一第二主体结构，所述第二主体结构选自包含有下述任一结构的基团：
[0017]
[0018] 其中R2、R3、RJPR 5分别选自包含有Η、烷基、不饱合烷基、异烷基、环烷基、异 环烷基、芳烃基、异芳烃基、以及 CnH2n+1、C1QH7、C12H 9、0C6H5、0C1QH7、0C 12H9、CnH2nC00H、CnH 2nNCS、 CnH2nN3、CnH2nNH 2、CnH2nSH、CnH2nCU CnH2nBr、CnH2nI 中的至少一种的基团，n 为自然数；
[0019] X-为反荷离子，X-选自于 I'ci'fo·'PF6'ClO4'BF4'BPh4'CH 3PhSO3'
[0020] 在本发明的两亲性的具有聚集诱导发光特性的发光物中，所述具有聚集诱导/增 强发光特性的疏水性单元包含有结构为
的基团，所述亲水性单元包含有结构 为
的基团，其中R1为丙烷基，X_为Br ]具体地，所述发光物包含有下述结 构式TPE-MEM的基团：
[0021]
[0022] 在本发明的两亲性的具有聚集诱导发光特性的发光物中，所述发光物在特异性选 择细胞膜染色中的应用、在制备特异性选择细胞膜染色剂中的应用、在制备特异性选择细 胞膜染色的探针中的应用、在制备光敏剂中的应用以及在制备光线疗法药物中的应用或在 制备用于治疗癌症的光线疗法药物中的应用。
[0023] 在本发明的两亲性的具有聚集诱导发光特性的发光物中，所述发光物可以与金属 离子复合，所述金属离子选自 La3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm 3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Ce3+、Dy 3+、Ho3+、Er3+、 Tm3+、Yb3+和Lu 3+中的至少一种。
[0024] 在本发明的两亲性的具有聚集诱导发光特性的发光物中，所述金属离子为Gd3+，所 述具有聚集诱导/增强发光特性的疏水性单元包含有结构戈
的基团，所述亲 水性单元包含有乙基乙二醇基团；具体地，所述发光物包含有下述结构式TPE_2Gd的基团：
[0025]
[0026] 在本发明的两亲性的具有聚集诱导发光特性的发光物中，在本发明的两亲性的具 有聚集诱导发光特性的发光物中，所述发光物在特异性选择细胞质区染色中的应用，在制 备特异性选择细胞质区染色的染色剂中的应用、在细胞成像中的应用、在追踪肿瘤细胞中 的应用、在制备追踪肿瘤细胞的肿瘤细胞追踪器中的应用或在制备核磁共振成像造影剂中 的应用。
[0027] 本发明还详细说明了上述两亲性的具有聚集诱导发光特性的发光物在追踪细胞 中的应用、在制备细胞追踪器中的应用、在制备用于追踪细胞的探针中的应用、在监测细胞 内药物释放过程中的应用、在特异性选择细胞膜染色中的应用、在制备特异性选择细胞膜 染色剂中的应用、在制备特异性选择细胞膜染色的探针中的应用、在制备光敏剂中的应用、 在制备光线疗法药物中的应用或在制备用于治疗癌症的光线疗法药物中的应用、在特异性 选择细胞质区染色中的应用，在制备特异性选择细胞质区染色的染色剂中的应用、在细胞 成像中的应用、在追踪肿瘤细胞中的应用、在制备追踪肿瘤细胞的肿瘤细胞追踪器中的应 用或在制备核磁共振成像造影剂中的应用。
[0028] 实施本发明的两亲性的具有聚集诱导发光特性的发光物及其应用，具有以下有益 效果：本发明的发光物通过在典型的聚集诱导发光特性（AIE)的疏水性单元上连接亲水性 单元制备而成，该发光物可用于荧光化学传感器以及用于制备为活细胞和动物成像荧光染 色的荧光染色剂，这些两亲性的染色剂特别适合用于生物聚合物的荧光标记，可以作为AIE 激活的生物相容性探针，使得其在临床癌症成像、诊断以及治疗方面均可应用。具体地，（1) 本发明制备了非离子的水溶性聚乙二醇（PEG)修饰的四苯乙烯（TPEs)发光物，通过叠氮 化炔烃环加成反应制备而成，对其聚集诱导发光、胶束化、热敏特性以及可用于作为细胞内 成像的荧光可视剂均进行了研究；(2)本发明还制备了阳离子的四苯乙烯基的吡啶盐发光 物，其具有AIE特性，可选择性对细胞膜染色，该发光物在房间灯光照射下还可以产生活性 氧（ROS)，这使得在温和的条件下就可以观察到细胞坏死和光疗的效果；（3)本发明还成功 合成了新型的双模式核磁共振成像（MRI)造影剂（TPE-2Gd)，包含有疏水性四苯乙烯单元 和亲水性的二乙烯三胺五乙酸-钆复合物，具有磁性且可以荧光成像，实验结果显示其是 一种理想的MRI造影剂，具有用于诊断的长循环寿命以及用于机体清除的足够短的短循环 寿命。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明实施例1中Pl/6、P2/6和P3/6发光物的合成路线图；
[0030] 图2为本发明实施例2中TPE-MEM发光物的合成路线图；
[0031] 图3为本发明实施例3中TPE_2Gd发光物的合成路线图；
[0032] 图4A为P1/6发光物（0· 25mg/mL)在不同含水量的THF/H20混合液中由365nm波 长的紫外光照射的照片；
[0033] 图4B为P1/6发光物（0· 25mg/mL)在不同己烷含量的THF/己烷混合液中由365nm 波长的紫外光照射的照片；
[0034] 图4C为Ρ1/6、Ρ2/6和P3/6发光物分别在不同组成的THF/H20混合液中的相对强 度与不同组成的THF/H20混合液中含水量之间的相关曲线图；其中，发光物浓度为0. 25mg/ mL，激发波长（nm):320(Pl/6)、335(P2/6)以及 350(P3/6);
[0035] 图4D为Pl/6、P2/6和P3/6发光物分别在不同组成的THF/己烷混合液中的相对 强度与不同组成的THF/己烷混合液中己烷含量之间的相关曲线图；其中，发光物浓度为 0· 25mg/mL，激发波长（nm) :320(Ρ1/6)、335(P2/6)以及 350(P3/6);
[0036] 图5A为不同浓度的P1/6发光物的水溶液（0· 002-