光热试剂的制作方法

1.本申请的主题涉及一系列有机小分子化合物和共轭聚合物及其在光声成像(pai)和光热治疗(ptt)中的应用。


背景技术：

2.在各种光触发的诊断/治疗技术中，光声成像(pai)联合光热治疗(ptt)在准确探测肿瘤位置和有效抑制肿瘤生长方面有很好的效果，并且对正常组织的副作用最小。pai是一种非常具有前景的非侵入式成像方法，它联合了超声成像中的深层组织穿透性和高分辨率以及光学成像中的高对比度。通常与pai伴随的治疗技术是ptt，因为pai主要用于检测光热产生的超声信号。pai/ptt应用的最重要的先决条件是采用在近红外(nir)询问窗口(700
‑
900nm)具有强吸收的高效造影剂，因为已知nir光能够渗透更深的组织并且对活体的光损伤更小。
3.在现有的造影剂中，有机染料因其优异的生物相容性、可降解性和可加工性而受到广泛的关注。然而，也有报道称，有机造影剂的抗癌效果可能受到其低光热性能的限制。大多数现有的体系只是简单地将强给体(d)和受体(a)单元构建成共面结构，小分子和半导体聚合物纳米颗粒就是证明。纳米颗粒(np)内分子间强烈的相互作用可能会阻塞其他产生热量的通道。
4.某些先前的研究集中在探索进一步提高光热性质的新方法上。然而，这些研究通常是基于设计平面结构来增强聚集体中分子间的相互作用。此外，聚合物结构的复杂性不利于机理的详细研究。
5.最近的研究揭示了在小分子中观察到的激发态电子转移过程，称为扭曲分子内电荷转移(tict)(org.sensor actuat b
‑
chem,2018,267,448)。在这个过程中，暗tict态在光激发后主要通过非辐射弛豫回到基态，并伴随红移发射。值得注意的是，形成tict状态的先决条件依赖于活跃的分子旋转。在tict过程中，这种状态的敏感性有利于各种非辐射猝灭过程。因此，具有较强tict特性的小分子可能有利于增强产生热量。
6.将低密度的光辐射能量源转化为热能的能力，使光热材料在许多高级应用领域具有广阔的前景，如海水淡化、光电和光热
‑
机械转换器、pai和ptt。在生物医学领域，pai检测光热产生的超声信号最近受到了相当多的关注，因为它超过了光穿透能力的限制，可以在更高的空间分辨率下对更深的组织进行疾病诊断。材料的pa效应植起因于热的产生，正相关于激发态非辐射衰变。在众多的pai试剂中，以π
‑
共轭有机小分子或聚合物为基础的有机纳米颗粒因其良好的生物相容性、易调节的带隙和易于研究的结构
‑
性质关系而受到人们的广泛关注。一些常用的分子，如吲哚菁绿(icg)和亚甲基蓝(mb)，已经被美国食品和药物管理局批准用于临床。然而，这些传统的平面有机染料通常在溶液态表现出明亮的发射，而它们的非辐射衰变强烈依赖于它们的聚集态。
7.根据kasha的激子模型，只有强的面对面π
‑
π堆积的染料，如h
‑
聚合，才会表现出有效的非辐射衰变，但这是不可控的。在大多数情况下，有机纳米颗粒中形成的聚集体是随机
排列的和无定形的，因此表现出不充分的辐射衰变和非辐射衰变。因此，无论是对于pai还是对于荧光成像而言，它们都不是理想的试剂。
8.因此，开发有效应用于pai/ptt的光热试剂是很有必要的。


技术实现要素：

9.本申请的主题涉及一种可用于光声成像(pai)和光热治疗(ptt)应用的光热试剂。根据一些实施方案，光热试剂可以包括在近红外(nir)窗口(700
‑
900nm)中具有吸收的小分子有机化合物。因此，某些有用的化合物可以是生物相容性有机纳米颗粒(onp)。纳米颗粒可以在聚集状态下呈现分子内运动。根据一些实施方案，所述光热试剂可包括共轭聚合物。
10.该光热试剂可被施用于患者以使用光声成像定位患者体内的肿瘤部位。一旦确定了肿瘤部位，就可以用近红外光照射肿瘤部位，当与现有化合物联合使用时，近红外光可以阻止或抑制肿瘤的生长。
11.在一个实施方案中，所述光热试剂包括具有给体
‑
受体
‑
给体结构的化合物：
12.d
‑
a
‑
d
13.各给体单元(d)选自由下列组成的组：
[0014][0015]
受体单元(a)选自由下列组成的组中：
[0016][0017][0018]
其中r1为氢或者烷基链，该烷基链选自由直链c
n
h
2n+1
烷基链和支化c
n
h
2n+1
烷基链组成的组；
[0019]
当烷基链为直链时，n为4至12中的整数；
[0020]
当烷基链为支化时，n为6至24中的整数；和
[0021]
r2选自由h、烷基、不饱和烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、羧基、氨基、磺酸基、烷硫基、烷氧基、烷基
‑
ncs、烷基
‑
n3、烷基
‑
nh2和烷基
‑
br组成的组。
[0022]
在进一步的实施方案中，该化合物具有下列结构式之一：
[0023][0024][0025]
其中r是
[0026][0027]
在一个实施方案中，受体选自由下列组成的组：
[0028][0029]
其中d是给体基团，并且
[0030]
其中r1选自由下列组成的组：
[0031][0032]
在一个实施方案中，化合物具有以下结构式：
[0033][0034]
其中r选自由下列组成的组：
[0035][0036]
在一个实施方案中，示例化合物进一步包括与其共轭的聚(β
‑
氨基酯)。
[0037]
在另一个实施方案中，本主题涉及一种光热试剂，包括具有给体
‑
受体
‑
给体结构的共轭聚合物
[0038]
d
‑
a
‑
d
[0039]
各给体单元(d)选自由下列组成的组：
[0040]
并且
[0041]
受体单元(a)选自由下列组成的组：
[0042][0043]
其中r1为氢或者烷基链，该烷基链选自由直链c
n
h
2n+1
烷基链和支化c
n
h
2n+1
烷基链组成的组；
[0044]
当烷基链为直链时，n为4至12中的整数；
[0045]
当烷基链为支化时，n为6至24中的整数；
[0046]
p为2至1000中的整数，并且
[0047]
r2为h。
附图说明
[0048]
现在将参照附图详细描述各种实施方案。
[0049]
图1示出了2tpe
‑
ndta的1h nmr谱图。
[0050]
图2示出了2tpe
‑
ndta的
13
c nmr谱图。
[0051]
图3示出了2tpe
‑
ndta的高分辨率质谱(maldi
‑
tof)。
[0052]
图4示出了2tpe
‑
2ndta的1h nmr谱图。
[0053]
图5示出了2tpe
‑
2ndta的
13
c nmr谱图。
[0054]
图6示出了2tpe
‑
2ndta的质谱。
[0055]
图7示出了化合物2tpe
‑
pdi
‑
c6的1h nmr谱图。
[0056]
图8示出了2tpe
‑
pdi
‑
c6的
13
c nmr谱图。
[0057]
图9示出了2tpe
‑
pdi
‑
c6的高分辨率质谱(maldi
‑
tof)。
[0058]
图10示出了化合物2tpe
‑
pdi
‑
c
16
在cdc
l3
中的1h nmr谱图。
[0059]
图11示出了2tpe
‑
pdi
‑
c
16
在cdc
l3
中的
13
c nmr谱图。
[0060]
图12示出了化合物2tpe
‑
pdi
‑
c
16
在cdc
l3
中的高分辨率质谱。
[0061]
图13示出了ndta、2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta在(a)thf溶液、(b)包裹的np和(c)水和薄膜中的pl光谱。插图(b)显示了在水中制备的np和ndta的thf溶液的pl强度的对比。插图(c)显示了薄膜与ndta的thf溶液的pl强度的对比。
[0062]
图14示出了(a)ndta(b)2tpe
‑
ndta和(c)2tpe
‑
2ndta在四氢呋喃溶液、薄膜及其在水中掺杂的有机np中的紫外可见
‑
近红外吸收光谱。插图示出了ndta、2tpe
‑
ndta、2tpe
‑
2ndta在水中制备的np的照片。
[0063]
图15示出了(a)半导体聚合物:聚(环戊二噻吩
‑
alt
‑
苯并噻唑)的化学结构和(b)半导体聚合物纳米颗粒(spn)的示意图。
[0064]
图16示出通过动态光散射(dls)和透射电子显微镜(tem)研究的(a)掺杂ndta(b)掺杂2tpe
‑
ndta和(c)掺杂2tpe
‑
2ndta的np的粒径分布和形态。
[0065]
图17示出了(a)ndta在稀四氢呋喃溶液中的摩尔吸收率(b)2tpe
‑
ndta在稀四氢呋喃溶液中的摩尔吸收率，以及2tpe
‑
2ndta在稀四氢呋喃溶液中的摩尔吸收率。
[0066]
图18示出了ndta、2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta的(a)优化的分子结构和(b)homo和lumo轨道分布、能级和带隙。
[0067]
图19示出了(a)具有摇动和接触时间的变化(ct)的5khz下的
13
c cpmas来指定2tpe
‑
ndta的tpe峰，(b)2tpe
‑
ndta的
13
c弛豫测量谱，弛豫时间为约5577秒和(c)2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta的
13
c弛豫测量谱，弛豫时间分别为10.5秒和7.1秒。
[0068]
图20示出了(a)在暴露在808nm(0.8w cm
‑2)激光照射不同时间后的各种np在水溶液(100μm，基于2tpe
‑
2ndta、2tpe
‑
ndta和半导体聚合物的重复单元)中的红外热图像和(b)各种np溶液随着时间的温度变化。溶液用808nm激光(0.8w cm
‑2)照射300s，然后自然冷却300s。
[0069]
图21示出了(a)各种np的pa光谱，(b)在基于2tpe
‑
2ndta、2tpe
‑
ndta、mb和半导体
聚合物的重复单元的100μm的同一浓度下不同试剂的pa信号(由680nm脉冲激光激发)对比，(c)2tpe
‑
2ndta
‑
掺杂的纳米颗粒施加的老鼠的肿瘤的代表性pa图像，和(d)2tpe
‑
2ndta
‑
掺杂的纳米颗粒静脉注射后随时间变化的肿瘤的pa强度。误差条，平均值
±
标准差(n＝3只小鼠)。在将2tpe
‑
2ndta掺杂的纳米颗粒(300μm，基于2tpe
‑
2ndta)静脉注射到具有异种移植4t1瘤的小鼠体内之前(0h)以及之后指定的时间间隔内，通过在730nm处激发获得pa图像。
[0070]
图22示出了(a)光声引导的ptt的nir12和nir6的分子设计和化学结构，(b)计算得到的homo和lumo，(c)优化的基态(s0)几何图形，(d)tict态示意图，(e)聚集态和(f)nir12和nir6的pa成像引导的ptt。注：r1＝2
‑
己基癸基，r2＝1
‑
己基。
[0071]
图23示出了对于nir12和nir6，(a)四氢呋喃溶剂中的归一化吸收光谱，(b)不同溶剂中的λ
em
，(c)溶剂参数与斯托克位移的关系，(d)pl强度与四氢呋喃/水混合体系中水分数的关系，(e)pl强度与dmf/dmso混合物中dmso分数的关系，(f)dspe
‑
peg组装的纳米颗粒的pl光谱，(g)粉末xrd光谱，(h)相同浓度(100μm)的pbs溶液中nir12、nir6和icg np的光热转化行为的比较。
[0072]
图24示出了(a)nir12和icg np在pbs溶液(100μm)中在808nm激光照射不同时间的红外热成像，(b)nir12纳米颗粒在不同浓度(5
‑
100μm)下在808nm光照射下的光热转化行为，(c)nir12和icg纳米颗粒(100μm)在五次加热
‑
冷却循环中的抗光漂白性，(d)不同浓度下nir12和icg纳米颗粒在780nm激发后的pa图像，(e)nir12和icg纳米颗粒在780nm的pa振幅同浓度的关系。
[0073]
图25示出了(a)nir12和icg纳米颗粒在pbs溶液中被808nm光照射不同时间(0.8w/cm2)后的照片以及(b)i/i0与不同照射时间的关系，i和i0分别是激光照射前后的nir12和icg纳米颗粒在pbs溶液中的最大nir吸收强度。
[0074]
图26示出了基于pae的ph响应性质以延长循环时间和细胞摄取能力的nir12纳米颗粒的示意图。
[0075]
图27示出了用pae纳米颗粒、peg纳米颗粒或生理盐水处理的小鼠的(a)细胞光声成像、(b)光声强度、(c)活鼠体内光声成像、(d)肿瘤温度、(e)肿瘤相对体积及(f)小鼠体重。
[0076]
图28示出了(a)在不同治疗法治疗16天后的肿瘤切片的组织h&e、荧光tunel和pcna染色，(b)在不同治疗法治疗16天后的肝脏和脾脏的组织h&e染色。
具体实施方式
[0077]
以下定义是为了理解本发明的主题和构建所附权利要求。
[0078]
定义
[0079]
应该理解，以上或以下描述的附图仅用于说明目的。附图不一定按比例绘制，重点通常在于说明本发明教导的原理。附图不旨在以任何方式限制本发明的范围。
[0080]
在整个申请中，其中组合物被描述为具有、包括或包含特定组分时，或者其中方法被描述为具有、包括或包含特定的方法步骤时，预期本发明教导的组合物也可以基本上由所述组分组成、或者由所述部分组成，并且本发明教导的方法也可以基本上由所述方法步骤组成、或由所述方法步骤组成。
[0081]
在本申请中，其中元素或组分被称为包括在所列举的元素或组分的列表中和/或
从所列举的元素或组分的列表中选择时，应当理解，所述元素或组分可以是所列举的元素或组分中的任何一个，或者所述元素或组分可选自由两种或更多种所列举的元素或组分组成的组。此外，应当理解，本发明描述的组合物、装置或方法的要素和/或特征可以以各种方式组合而不脱离本发明的精神和范围，无论是明确的还是隐含的。
[0082]
除非另外特别说明，否则术语“包括(include)”、“包含(includes)”、“含有(including)”、“具有(have)”、“有(has)”或“拥有(having)”的使用通常应理解为开放式和非限制性的。
[0083]
除非额外特别说明，否则本发明中单数的使用包括复数(反之亦然)。另外，在术语“约”的使用在定量值之前的情况下，除非另外特别说明，否则本发明教导还包括具体的定量值本身。除非另有说明或推断，否则本发明所用的术语“约”是指与标称值间存在
±
10％的变化。
[0084]
应当理解，只要本发明仍然可操作，则步骤的顺序或执行某些动作的顺序是不重要的。此外，可以同时进行两个或更多个步骤或动作。
[0085]
本发明所用的“杂芳基”是指含有至少一个选自氧(o)、氮(n)、硫(s)、硅(si)和硒(se)的环杂原子的芳族单环体系，或者多环体系，其中在该多环体系中，环体系中存在的至少一个环是芳族环并含有至少一个环杂原子。多环杂芳基包括两个或更多个稠合在一起的杂芳基环和与一个或多个芳族碳环、非芳族碳环和/或非芳族环杂烷基环稠合的单环杂芳基环。杂芳基作为整体可具有例如5至22个环原子并含有1
‑
5个环杂原子(即5
‑
20元杂芳基)。杂芳基可以在任何杂原子或碳原子上与所定义的化学结构连接，从而产生稳定的结构。通常，杂芳基环不含o
‑
o、s
‑
s或s
‑
o键。然而，杂芳基中的一个或多个n或s原子可被氧化(例如，吡啶n
‑
氧化物，噻吩s
‑
氧化物，噻吩s,s
‑
二氧化物)。杂芳基的实例包括(例如)如下所示的5元单环体系或6元单环体系和5
‑
6双环体系：
[0086][0087]
其中t为o、s、nh、n
‑
烷基、n
‑
芳基、n
‑
(芳基烷基)(例如，n
‑
苄基)、sih2、sih(烷基)、si(烷基)2、sih(芳基烷基)、si(芳基烷基)2、或si(烷基)(芳基烷基)。这种杂芳基环的实例包括吡咯基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、嘧啶基、哒嗪基、吡嗪基、三唑基、四唑基、吡唑基、咪唑基、异噻唑基、噻唑基、噻二唑基、异噁唑基、噁唑基、噁二唑基、吲哚基、异吲哚基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、喹啉基、2
‑
甲基喹啉基、异喹啉基、喹喔啉基、喹唑啉基、苯并三唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、苯并异噻唑基、苯并异噁唑基、苯并噁二唑基、苯并噁唑基、噌嗪基、1h
‑
吲唑基、2h
‑
吲唑基、吲嗪基、异苯并呋喃基、萘啶基、酞嗪基、蝶啶基、嘌呤基、噁唑并吡啶基、噻唑并吡啶基、咪唑并吡啶基、呋喃并吡啶基、噻吩并吡啶基、吡啶并嘧啶基、吡啶并吡嗪基、吡啶并哒嗪基、噻吩并噻唑基、噻吩并噁唑基、噻吩并咪唑基等。杂芳基的其他实例包括4,5,6,7
‑
四氢吲哚基、四氢喹啉基、苯并噻吩并吡啶基、苯并呋喃并吡啶基等。在一些实施方案中，杂芳基可如本发明所述被取代。
[0088]
本发明所用的“卤代”或“卤素”是指氟、氯、溴和碘。
[0089]
本发明所用的“烷基”是指直链或支链的饱和烃基。烷基的实例包括甲基(me)、乙基(et)、丙基(例如，正丙基和异丙基)、丁基(例如，正丁基，异丁基，仲丁基，叔丁基)、戊基(例如，正戊基，异戊基，
‑
戊基)、己基等。在各种实施方案中，烷基可具有1
‑
40个碳原子(即，c1
‑
40烷基)，例如1
‑
30个碳原子(即，c1
‑
30烷基)。在一些实施方案中，烷基可具有1至6个碳原子，并且可称为“低级烷基”。低级烷基的实例包括甲基、乙基、丙基(例如正丙基和异丙基)和丁基(例如正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基)。在一些实施方案中，烷基可如本发明所述被取代。烷基通常不被另一个烷基、烯基或炔基取代。
[0090]
本发明所用的“链烯基”是指具有一个或多个碳
‑
碳双键的直链或支链烷基。链烯基的实例包括乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、己烯基、丁二烯基、戊二烯基、己二烯基等。一个或多个碳
‑
碳双键可以是内双键(例如2
‑
丁烯中的双键)或末端双键(例如1
‑
丁烯中的双键)。在各种实施方案中，链烯基可具有2
‑
40个碳原子(即c2
‑
40烯基)，例如，2
‑
20个碳原子(即，c2
‑
20链烯基)。在一些实施方案中，链烯基可如本发明所述被取代。链烯基通常不被另一个链烯基、烷基或炔基取代。
[0091]
本发明所用的“稠环”或“稠环部分”是指具有至少两个环的多环体系，其中至少一个环是芳环并且这种芳环(碳环或杂环)具有与至少另一个环(该环可以是芳环或非芳环，并且为碳环或杂环)共用一个键。这些多环体系可以是高度p
‑
共轭的并且如本发明所述任选被取代。
[0092]
本发明所用的“杂原子”是指除碳或氢之外的任何元素的原子，并且包括(例如)氮、氧、硅、硫、磷和硒。
[0093]
本发明所用的“芳基”是指芳族单环烃环体系或多环体系，其中在该多环体系中，两个或更多个芳族烃环稠合(即，具有共同的键)在一起或至少一个芳族单环烃环与一个或多个环烷基和/或环杂烷基环稠合。芳基在其环体系中可具有6
‑
24个碳原子(例如，c6
‑
24芳基)，其可包括多个稠环。在一些实施方案中，多环芳基可具有8至24个碳原子。芳基的任何合适的环位置可以与限定的化学结构共价连接。仅具有芳族碳环的芳基的实例包括苯基、1
‑
萘基(双环)、2
‑
萘基(双环)、蒽基(三环)、菲基(三环)、稠五苯基(五环)等基团。其中至少一个芳族碳环与一个或多个环烷基环和/或环杂烷基环稠合的多环体系的实例包括环戊烷的苯并衍生物(即，茚满基，其为5,6
‑
双环环烷基/芳环体系)、环己烷的苯并衍生物(即，四氢萘基，其为6,6
‑
双环环烷基/芳环体系)、咪唑啉的苯并衍生物(即，苯并咪唑啉基，其为5,6
‑
双环环杂烷基/芳环体系)和吡喃的苯并衍生物(即，苯并吡喃基，其为6,6
‑
双环环杂烷基/芳环体系)。芳基的其他实例包括苯并二噁烷基、苯并二氧杂环戊烯基、苯并二氢吡喃基、二氢吲哚基等。在一些实施方案中，芳基可如本发明所述被取代。在一些实施方案中，芳基可具有一个或多个卤素取代基，并且可称为“卤代芳基”。全卤芳基，即所有氢原子均被卤素原子取代的芳基(例如
‑
c6f5)包括在“卤代芳基”的定义内。在某些实施方案中，芳基被另一个芳基取代并且可以称为联芳基。联芳基中的每个芳基可以如本文所公开的那样被取代。
[0094]
本发明所用的“给体”材料是指具有作为主要电流或电荷载体的空穴的有机材料，例如，有机纳米颗粒材料。
[0095]
本发明所用的“受体”材料是指具有作为主要电流或电荷载体的电子的有机材料，例如，有机纳米颗粒材料。
[0096]
本发明所用的“光热试剂”是指可以将光辐射转换成热并由此提供超声发射的有机材料，例如有机纳米颗粒材料。
[0097]
除非另有定义，否则本发明使用的所有技术和科学术语具有与当前描述的主题所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。
[0098]
在提供数值范围的情况下，例如，浓度范围、百分比范围或比率范围，应理解的是，除了上下文另有明确规定之外，否则在上限和下限之间的每个中间值、至下限单位的十分之一以及所声明范围内的任何其他所声明值或中间值均包含在所述主题内。这些较小范围
的上限和下限可以独立地包括在较小范围内，并且这些实施方案也包括在所描述的主题内，受所声明范围内的任何特别排除的限制。在所声明范围包括一个或两个界限值的情况下，排除所包括的界限值中的一个或两个界限值的范围也包括在所描述的主题中。
[0099]
在整个申请中，各种实施例的描述使用表述“包含”。然而，本领域技术人员将理解，在一些特定情况下，可替代地使用表述“基本上由......组成”或“由......组成”来描述实施方案。
[0100]
为了更好地理解本发明的教导并且决不限制本发明教导的范围，除非另有说明，否则在说明书和权利要求中使用的表示数量、百分比或比例以及其他数值的所有数字在所有情况下均应理解为术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则在以下说明书和所附权利要求书中列出的数值参数是近似值，其可以根据试图获得的所需性质而变化。至少，每个数值参数至少应根据公布的有效数字的个数并通过应用普通的舍入技术来解释。
[0101]
光热试剂
[0102]
本申请的主题主要关注光热试剂，或能将光能转换为热的试剂，从而提供超声成像。光热试剂可用于诊断和/或治疗目的。根据一些实施方案，本发明所述的光热试剂可以包括在近红外(nir)询问窗口(700
‑
900nm)中具有吸收的小分子有机化合物。这种化合物可以是有机纳米颗粒(onp)。在一些实施方案中，所述光热试剂可包括共轭聚合物。本文所述的光热试剂能够为光触发诊断/治疗技术提供理想的造影剂，如与光热治疗(ptt)相关的光声成像(pai)。
[0103]
在一个实施方案中，所述化合物被提供为纳米颗粒。在一个事实方案中，所述化合物在溶液中和固态时是非发射性的。
[0104]
本申请的化合物可以包括具有给体
‑
受体(d
‑
a
‑
d)结构和长烷基侧链的近红外吸收有机分子。本申请的化合物可以包括分子转子和接枝在中心d
‑
a
‑
d核上的大的烷基链，以限制分子间的相互作用并增强聚集体的分子内运动。增强的分子运动有利于分子内电荷转移(tict)状态的形成，这种状态的非辐射衰变增强了光热特性。
[0105]
根据一个实施方案，一个或多个聚合物可以和某些本申请的化合物共轭。在一个实施方案中，本申请的化合物包括与其共轭的聚(β
‑
氨基酯)。在某些不受限制的实施方案中，为聚(环戊二噻吩
‑
alt
‑
苯并噻唑)。
[0106]
在一个实施方案中，本申请的光热试剂可包括具有给体
‑
受体
‑
给体结构的化合物：
[0107]
d
‑
a
‑
d
[0108]
各给体单元(d)选自由下列组成的组：
[0109][0110]
受体单元(a)选自由下列组成的组：
[0111][0112]
其中r1为氢或者烷基链，该烷基链选自由直链c
n
h
2n+1
烷基链和支化c
n
h
2n+1
烷基链组成的组；
[0113]
当烷基链为直链时，n为4至12中的整数；
[0114]
当烷基链为支化时，n为6至24中的整数；和
[0115]
r2选自由h、烷基、不饱和烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、羧基、氨基、磺酸基、烷硫基、烷氧基、烷基
‑
ncs、烷基
‑
n3、烷基
‑
nh2和烷基
‑
br组成的组。
[0116]
在一个实施方案中，r 1
是在第二个碳上支化的c
n
h
2n+1
烷基链，并且n是6至24。在另一个实施方案中，r 1
是直链c
n
h
2n+1
烷基链，并且n为4至12。
[0117]
在一个实施方案中，该化合物具有下列结构式之一：
[0118][0119]
其中r是
[0120][0121]
这些化合物可以被分别称为2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta。
[0122]
在一个实施方案中，受体选自由下列组成的组：
[0123]
[0124][0125]
其中d是给体基团，并且
[0126]
其中r1选自由下列组成的组：
[0127][0128]
在一个实施方案中，化合物具有以下结构式：
[0129][0130]
其中r选自由下列组成的组：
[0131][0132]
这些化合物可以分别称为nir12和nir6。在一个实施方案中，这些化合物可进一步包括与其共轭的聚(β
‑
氨基酯)，如本文所述。
[0133]
在另一个实施方案中，本发明涉及一种光热试剂，其包括具有给体
‑
受体
‑
给体结构的化合物：
[0134]
d
‑
a
‑
d
[0135]
各给体单元(d)选自由下列组成的组：
[0136][0137]
受体单元(a)选自由下列组成的组：
[0138][0139]
其中r1为氢或者烷基链，该烷基链选自由直链c
n
h
2n+1
烷基链和支化c
n
h
2n+1
烷基链组成的组；
[0140]
当烷基链为直链时，n为4至12中的整数；
[0141]
当烷基链为支化时，n为6至24中的整数；和
[0142]
r2为未取代或取代的并且选自由h、烷基、不饱和烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、羧基、氨基、磺酸基、烷硫基、烷氧基、烷基
‑
ncs、烷基
‑
n3、烷基
‑
nh2和烷基
‑
br组成的组。
[0143]
在另一个实施方案中，本申请的主题涉及一种光热试剂，其包括具有给体
‑
受体
‑
给体结构的化合物，各给体单元(d)选自由下列组成的组：
[0144]
并且
[0145]
受体单元(a)选自由下列组成的组：
[0146][0147]
其中r1为氢或者烷基链，该烷基链选自由直链c
n
h
2n+1
烷基链和支化c
n
h
2n+1
烷基链组成的组；
[0148]
当烷基链为直链时，n为4至12中的整数；
[0149]
当烷基链为支化时，n为6至24中的整数；并且
[0150]
r2为h。
[0151]
根据本实施方案，所述光热试剂可进一步包括所述其上共轭的聚(β
‑
氨基酯)。
[0152]
本申请的化合物可以包括具有典型aie单元(表现聚集诱导发射的化合物)作为给体单元以及具有大的π
‑
共轭和强的吸电子能力的化合物作为受体单元的d
‑
a
‑
d结构。示例性的化合物包括三苯基乙烯和四苯基乙烯衍生物作为给体单元，以及ndi和/或pdi衍生物作为受体单元。例如，本化合物的某些非限制性实施方案包括2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta。2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta化合物包括四苯乙烯(tpe)。tpe是一种具有主动激发态分子运动的原型分子。tpe含有具有d
‑
a或d
‑
a
‑
d结构的化合物，可导致扭曲的分子内电荷转移(tict)，这有助于在分子内运动的帮助下进行非辐射衰变。根据这些实施方案，受体包括一个或多个萘二酰亚胺融合的2
‑
(1,3
‑
二硫醇
‑2‑
基亚基)乙腈部分(ndta和2ndta)，其具有大的π
‑
共轭和强的吸电子能力。该受体具有长波长吸收、高摩尔吸收率和强的tict效应。分子主链中的长烷基链在聚集时能使分子间产生空间隔离，从而产生必要的空间促进分子内的
自由运动。基于这种合理的分子设计，2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta可以在np内以固态和聚集态进行高效的分子内运动，通过增强非辐射衰变过程提高产热的能量吸收。
[0153]
与一些已经确立的、高性能的pa成像剂(包括半导体聚合物np和mb)相比，2tpe
‑
2ndta掺杂的np在产生光声(pa)信号上表现出卓越的能力。如本文所述，体内研究证实，2tpe
‑
2ndta
‑
掺杂的np以高对比度的方式通过pa成像在可视化肿瘤中实现了优良的性能。
[0154]
根据一些实施方案，本化合物包括引入到平面d
‑
a基小分子中的分子转子，它既促进分子运动，又稳定暗tict状态。在一些实施方案中，所述化合物包括长烷基链，其可提供屏蔽单元以抑制分子间相互作用，最重要的是维持聚集体中的分子内旋转。在一些实施方案中，化合物包括基于低带隙苯并[1,2
‑
c：4,5
‑
c']双([1,2,5]噻二唑)(bbtd)作为受体、噻吩为π共轭单元和给体、三苯胺(tpa)为分子转子和第二给体以及长烷基链为屏蔽单元的d
‑
a或d
‑
a
‑
d共轭小分子。我们认为通过激活聚集体中的分子运动减弱了aie单元的发射，同时由于暗态tict的稳定和荧光衰减的限制实现了光热转换。
[0155]
分子转子和长烷基链的存在对于聚集体中的tict状态的产生很重要。如本文中详细描述的，当与具有短直链烷基链的化合物nir6和市售染料吲哚菁绿相比时，具有在第二碳处分支的长烷基链的示例性化合物nir12表现出增强的光热性能。体外和体内实验均表明，nir12纳米颗粒可用作光声成像引导的光热疗法的纳米试剂。此外，聚(β
‑
氨基酯)的电荷逆转使nir12特异性地积聚在肿瘤部位。
[0156]
识别肿瘤并阻止或抑制肿瘤生长
[0157]
可以使用体内成像技术，例如光声成像，将本申请的化合物作为造影剂施用于患者，以在患者体内定位肿瘤部位。例如，所述化合物可以通过静脉内注射施用。如本文中详细阐述的，体内成像研究表明该化合物可以以高对比度的方式用作pai的有效探针。一旦确定了肿瘤部位，就可以用近红外光照射肿瘤部位，当与本申请的化合物联合使用时，可以抑制肿瘤的生长。
[0158]
特别地，在某些实施方案中，本方法涉及定位患者体内的肿瘤的方法，该方法包括向患者施用如本文所述的光热试剂；以及使用光声成像定位肿瘤部位。
[0159]
在某些实施方案中，本方法涉及阻止或抑制患者体内的肿瘤生长的方法，其包括向患者施用如本文所述的光热试剂；使用光声成像定位肿瘤部位；当光热试剂存在于肿瘤部位时，对该肿瘤部位进行光照射以抑制肿瘤的生长。在一些非限制性实施方案中，光照射可以是近红外光。
[0160]
在某些实施方案中，当实施本方法时，将光热试剂以纳米颗粒(np)形式施用于患者。
[0161]
根据一些实施方案，本发明化合物可与聚(β
‑
氨基酯)(pae)共沉淀以延长血液中的循环时间并增强与肿瘤细胞的相互作用。例如，与聚(β
‑
氨基酯)(pae)共沉淀的nir12可以快速和可逆地改变表面性质，并提供有效的成像探针和肿瘤治疗。总体而言，使用分子转子和烷基链对tict特性的操纵可能为设计新的光热试剂提供有用的平台。
[0162]
本申请的化合物可以在近红外光照射下显示出肿瘤部位的快速温度升高，这获得了热引起的肿瘤抑制。例如，与几种公认的、高性能光声成像剂(包括半导体聚合物np和mb)相比，2tpe
‑
2ndta掺杂的纳米颗粒在产生光声信号方面表现出更好的能力。如本文所述，体内研究证实了2tpe
‑
2ndta掺杂的纳米颗粒在通过光声成像以高对比度方式可视化肿瘤方
面具有优异的性能。
[0163]
这些化合物具有良好的光热/光声性能，使其有望用于体内诊断和治疗应用。
[0164]
通过以下实施例来阐述本教导。
[0165]
实施例
[0166]
材料和仪器
[0167]
所有的化学品都是市售可得的，无需进一步纯化而直接使用。氘代溶剂购自j&k。tep
‑
b(oh)2购自aiegen biotech有限公司。至少在一些情况下，用于化学反应的溶剂在使用前被蒸馏。以钠为干燥剂，二苯甲酮为指示剂，采用蒸馏法干燥四氢呋喃(thf)。苯并[1,2
‑
c:4,5
‑
c']双([1,2,5]噻二唑)购自德隆光电材料科技(derthon optoelectronic materials science technology)有限公司。根据先前的报道(chem.commun.,2015,51,14985)合成了聚(β
‑
氨基酯)(pae)。所有对空气和水分敏感的反应在氮气气氛下在火焰干燥的玻璃器皿中进行。
[0168]
为了表征2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta衍生物，使用氘代溶剂作为特异性标记(lock)并且使用四甲基硅烷(tms；δ＝0)作为内标在bruker arx 400nmr谱仪上记录1h和
13
c nmr谱。高分辨率质谱(hrms)在finnigan mat tsq 7000质谱仪系统上获得，该系统在maldi
‑
tof模式下运行。吸收光谱在jasco v
‑
570紫外
‑
可见
‑
近红外分光光度计上测定。稳态光致发光(pl)光谱记录在爱丁堡fls980荧光分光光度计上。量子产率是由积分球测定。使用zetaplus电位分析仪(brookhaven，zetaplus)进行粒度分析。在jeol
‑
6390仪器上进行了透射电子显微镜(tem)研究。
[0169]
飞秒时间分辨荧光(fs
‑
trf)实验。在与fs
‑
ta相同的设置上进行飞秒时间分辨荧光(fs
‑
trf)测定。用输出的800nm激光脉冲(200mw)作为门脉，400nm激光脉冲(10mw)(二次谐波)作为泵激光。样品荧光经泵浦激光器激发后聚焦到与门脉脉冲混合的非线性晶体(bbo)中，产生和频信号。通过改变晶体角度获得宽带荧光光谱，并用风冷ccd检测光谱。在本实验中，thf溶液中的化合物nd由400nm的泵浦光(再生放大器800纳米基础的二次谐波)激发。在整个数据采集过程中，1ml溶液在2mm光程长度的比色皿中进行研究，在400nm处的吸光度为0.5。
[0170]
为了表征nir
‑
12、nir
‑
6和中间体结构，室温下在unity
‑
400 nmr光谱仪上记录1h和
13
c nmr谱，使用cdc
l3
作为溶剂，并以四甲基硅烷(tms)作为参考。使用perkinelmer lambda 365分光光度计执行uv
‑
vis
‑
nir吸收光谱。质谱(ms)用gct专业cab048质谱仪在maldi
‑
tof模式下测定。在horiba fluorolog
‑
3分光荧光计上进行光致发光(pl)光谱。动态光散射(dls)在90+粒度分析仪上测量。透射电子显微镜(tem)图像是从jem
‑
2010f透射电子显微镜以200kv的加速电压获得的。在zeiss激光扫描共聚焦显微镜(lsm7 duo)上收集激光共聚焦扫描显微镜图像，并使用zen 2009软件(carl zeiss)进行分析。
[0171]
对于nir
‑
12、nir
‑
6测试，所有动物研究均按照天津市实验动物使用和护理委员会制定的指导原则进行，所有程序均经南开大学动物伦理委员会批准。六周龄的雌性balb/c小鼠购自北京生命河实验动物技术有限公司(中国北京)。为了建立具有异种移植物4t1荷瘤的小鼠模型，将悬浮在50μl的rpmi
‑
1640培养基中的鼠4t1乳腺癌细胞(1
×
106)经皮下注射到小鼠的右腋窝空间。大约10天后，随后使用肿瘤体积为约80
‑
120mm3的小鼠。
[0172]
实施例1
[0173]
飞秒瞬态吸收(fs
‑
ta)实验
[0174]
使用先前详述的实验装置和方法完成了fs
‑
ta实验，此处仅提供简要说明。采用1000赫兹飞秒再生放大钛蓝宝石激光系统(maitai)进行了fs
‑
ta测定，该系统的放大器从振荡激光系统中发射120fs激光脉冲。激光探针脉冲是利用约5％的放大800nm激光脉冲在蓝宝石晶体中产生白光连续能谱(430
‑
750nm)而获得的，然后将探针光束分成两部分，然后穿过样品。一束探针激光束穿过样品，另一束探针激光束进入参考光谱仪，以监测探针激光束强度的波动。在本申请的实验中，thf溶液中的化合物被400nm的泵浦光(来自再生放大器的800nm基波的二次谐波)激发。在整个数据采集过程中，1ml溶液在2mm光程长度的比色皿中进行研究，在400nm处的吸光度为0.5。
[0175]
实施例2
[0176]
固态nmr实验
[0177]
在varian infinitplus
‑
400wide
‑
bore(89mm)nmr光谱仪上进行nmr实验，在室温(25℃)、频率为399.72、100.52mhz的条件下，分别进行了1h和
13
c的核磁共振实验。使用转子直径为4mm的t3探头，将体积为52μl的样品置于氧化锆pencile转子中。90
°
脉冲长度大约是3μs，对应于83khz的无线电频率(rf)磁场强度。采用速度控制器自动控制5khz下的魔角旋转，并在信号采集前采用侧带全抑制(toss)序列抑制旋转侧带。
13
c化学位移与外部hmb(六甲基苯，17.3ppm的ch3)有关。1h
‑
13
c极化传输采用斜截面交叉极化(cp)，cp接触时间分别为0.1ms和1ms。
[0178]
实施例3
[0179]
纳米颗粒制备
[0180]
将ndta、2tpe
‑
ndta或2tpe
‑
2ndta(1mg)溶解到thf溶液(1ml)中。然后加入dspe
‑
peg
2000
(2mg)，溶解于thf溶液中。在此之后，将获得的thf溶液添加到水中(9ml)，并用微探针声波仪(xl2000,misonix incorporated,ny)进行声波处理，然后对混合物继续声波处理60s。混合物中的thf在通风柜中通过搅拌蒸发12小时。所得的np悬浮液在3000
×
g的条件下通过超滤(截留分子量100kda)纯化0.5小时，然后用0.2μm的注射器驱动过滤器过滤。
[0181]
实施例4
[0182]
细胞培养
[0183]
小鼠4t1乳腺癌细胞购自美国菌种保藏中心(atcc)。4t1癌细胞分别在37℃，含5％co2的加湿环境，在含10％胎牛血清(fbs)和1％青霉素
‑
链霉素的dulbecco改良的eagle培养基(dmem)中培养。实验前，先进行细胞预培养，直到细胞达到融合。
[0184]
实施例5
[0185]
动物和荷瘤小鼠模型
[0186]
所有动物研究均按照天津市实验动物使用和护理委员会制定的指导原则进行，所有项目方案均经南开大学动物伦理委员会批准。雌性balb/c小鼠(6周龄)购自军事医学科学院(中国北京)实验动物中心。在该研究中使用了异种移植4t1荷瘤小鼠模型。为了建立动物模型，将含有1
×
106鼠4t1乳腺癌细胞的30μl细胞培养基经皮下注射到balb/c小鼠的右腋窝空间中。约10天后，随后使用肿瘤体积约为80
‑
120mm3的小鼠。
[0187]
实施例6
[0188]
光声成像
[0189]
首先用含2％异氟烷的氧气麻醉4t1荷瘤小鼠，然后用微注射器经尾静脉静脉注射2tpe
‑
2ndta掺杂的np(300μm，基于2tpe
‑
2ndta)(n＝3只小鼠)。体内肿瘤pa成像由商业小动物选择声学断层扫描系统(most，itheramedical，德国)进行。在施用前及注射后4、8、16、24h在730nm处采集pa图像。
[0190]
研究了概念mept实现高级实际应用的可行性。在体内对mept np进行了pa成像，因为pa效应取决于光热性。活体动物实验前，分别测定并比较了包含2tpe
‑
2ndta
‑
掺杂的np、2tpe
‑
ndta
‑
掺杂的np、spn和mb的试剂的pa性能。如图21a所示，它们在680
‑
980nm区域的pa光谱表明，2tpe
‑
ndta
‑
掺杂的np、spn和mb的最大pa振幅在680nm处，而2tpe
‑
2ndta掺杂的np在735nm处有pa峰。然后在680nm的脉冲激光下比较不同的pa试剂的pa信号(图21b)。在相同条件下，2tpe
‑
ndta
‑
掺杂的np的pa强度远远高于spn和mb，而2tpe
‑
2ndta
‑
掺杂的np的信号甚至高于2tpe
‑
ndta
‑
掺杂的np。有趣的是，2tpe
‑
2ndta
‑
掺杂的np在680nm处pa强度最高，尽管680nm不是优化的激发波长。2tpe
‑
2ndta
‑
掺杂的np的pa强度分别比spn和mb高1.6倍和2.1倍。据报道，已知spn是一种优异的pa造影剂，其pa信号甚至优于单壁碳纳米管。此外，mb是pa成像的星形分子。对比数据显示，mept是开发高级pa成像探针的理想平台，而np中的活跃分子内运动决定了生物医学功能和有效性。
[0191]
随后通过尾静脉将2tpe
‑
2ndta
‑
掺杂的np施用到异种移植4t1荷瘤小鼠前后进行体内pa成像。图21c示出了注射了2tpe
‑
2ndta
‑
掺杂的np的小鼠体内pa肿瘤成像的时间依赖性。与注射np前(0h)的pa图像相比，注射2tpe
‑
2ndta
‑
掺杂的np后4h在肿瘤部位可清楚地观察到强的pa信号。4h时的pa强度比0h时高2.7倍(图26d)。这种高对比度的pa肿瘤成像不仅得益于np出色的epr效果，也得益于2tpe
‑
2ndta的显著pa效果(图21a至图21b)。在epr效果中极好的被动肿瘤靶向突出了我们设计的优势和重要性，使mept能够在np中发生。活体动物实验结果表明，mept np能够作为有效的pa成像探针用于活体内肿瘤诊断。
[0192]
实施例7
[0193]
2tpe
‑
ndta、2tpe
‑
2ndta、2tpe
‑
pdi
‑
c6和 2tpe
‑
pdi
‑
c
16
的合成和表征
[0194]
以下提供了用于制备2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta的典型的反应方案：
[0195][0196]
化合物2、3和4的合成。在大气条件下，将化合物ndta(117mg,0.1mmol)和br2(160mg,0.11mmol)溶解在氯仿(8ml)中并在室温下反应0.5h。通过添加水终止反应，并用二氯甲烷提取，然后通过硅胶柱层析法纯化,分别得到73mg的化合物2和46mg的化合物3。化合物2的产率：55％，化合物3的产率：37％。
[0197]
化合物2.1h nmr(400mhz,cdcl3,25℃),δ(ppm):4.17(s,4h),2.04(br,2h),1.38
‑
1.22(br,80h),0.87
‑
0.84(m,12h).
13
c nmr(100mhz,cdcl3,25℃),δ(ppm):162.0,161.9,161.6,147.5,147.4,145.4,145.2,125.0,124.7,124.5,116.5,116.1,114.1,71.2,46.2,36.4,32.0,31.530.1,29.7,29.4,26.3,22.7,14.1。
[0198]
化合物3.1h nmr(400mhz,cdcl3,25℃),δ(ppm):5.67(s,1h),4.15(s,4h)1.99(br,2h),1.36
‑
1.21(br,80h),0.88
‑
0.84(m,12h).
13
c nmr(100mhz,cdcl3,25℃),δ(ppm):164.5,162.3,162.1,161.8,147.5,147.4,147.3,147.2,146.9,146.8,144.7,125.02,124.8,124.7,116.6,116.2,115.6,114.3,85.8,71.2,46.2,46.1,36.6,36.5,32.0,31.6,31.5,30.2,30.1,29.8,29.7,29.5,26.5,26.4,22.8,14.2。
[0199]
化合物4的合成。在n2气氛下，向化合物3(200mg,0.16mmol)溶于无水dmf(15ml)和
dmso(3ml)所得的溶液中添加pd(phcn)2cl2(3.1mg,0.008mmol)、agno3(81.6mg,0.48mmol)和kf(27.8mg,0.48mmol)。在120℃在n2气氛下将反应混合物搅拌8h。冷却至室温，向混合物中添加饱和nh4cl(aq)，过滤并收集沉淀的产物。粗产物经柱层析法纯化(hex/dcm＝2/3)得到纯的化合物4(159mg)，产率80％。ms(maldi
‑
tof):m/z:[m]+c
136
h
196
br2n8o8s8的计算值：2487.4；实测值：2487.3.元素分析，计算值：c:65.67％,h:7.94％,n:4.50％；实测值：c:65.39％,h:7.82％,n:4.31％.
[0200]
2tpe
‑
ndta的合成。在n2保护下，向化合物2(150mg,0.11mmol)、tpe
‑
b(oh)2(213mg,0.57mmol)和k2co3(125mg,0.91mmol)溶于thf(10ml)和h2o(4ml)的溶液中添加pd(pph3)4(13.1mg,0.011mmol)。在n2气氛下将混合物在100℃搅拌过夜，之后用ch2cl2萃取混合物并在减压下去除有机溶剂。经柱层析法对粗产物进行纯化，以得到纯的2tpe
‑
ndta(140mg)，产率70％。熔点：269
‑
270℃。图1示出了2tpe
‑
ndta的1h nmr谱。图2示出了2tpe
‑
ndta的
13
c nmr谱。图3示出了2tpe
‑
ndta的高分辨率质谱(maldi
‑
tof)。
[0201]1h nmr(400mhz,cdcl3,25℃),δ(ppm):7.43
‑
7.41(d,4h),7.18
‑
7.17(m,36h),7.14
‑
7.07(m,20h),4.18(s,2h),4.16(s,2h),2.03(br,2h),1.37
‑
1.21(br,80h),0.88
‑
0.83(m,12h).
13
c nmr(100mhz,cdcl3,25℃),δ(ppm):162.3,162.2,157.2,147.4,147.3,146.0,145.9,145.1,143.5,143.3,143.2,142.6,139.9,132.4,131.6,131.5,131.4,131.0,128.1,128.0,127.8,127.1,126.9,126.8,126.7,115.8,115.5,101.7,46.1,36.4,32.0,31.5,30.2,29.8,29.7,29.5,26.5,26.4,22.8,14.2.hrms(maldi
‑
tof):m/z:[m]+c
120
h
136
n4o4s4的计算值：1824.9444；实测值：1824.9493。
[0202]
2tpe
‑
2ndta的合成。在n2气氛下将化合物4(150mg,0.06mmol)、tpe
‑
b(oh)2(113mg,0.3mmol)、k2co3(66mg,0.48mmol)和pd(pph3)4(7mg,0.006mmol)溶于thf(10ml)和脱氧h2o(3ml)中。在n2气氛下于100℃将混合物搅拌过夜。冷却至室温后，用ch2cl2萃取混合物，并在减压下去除有机溶剂。经柱层析法对粗产物进行纯化，以得到纯的2tpe
‑
2ndta(79mg)，产率：44％.熔点：299.2
‑
301.2℃。图4示出了2tpe
‑
2ndta的1h nmr谱。图5示出了2tpe
‑
2ndta的
13
c nmr谱。图6示出了2tpe
‑
2ndta的质谱。
[0203]1h nmr(400mhz,cdcl3,25℃),δ(ppm):7.46
‑
7.43(m,4h),7.18
‑
7.16(m,14h),7.14
‑
7.07(m,20h),4.24(s,4h),4.15(s,4h),2.02(br,4h),1.24
‑
1.18(br,h),0.88
‑
0.83(m,24h).
13
c nmr(100mhz,cdcl3,25℃),δ(ppm):162.3,162.2,157.2,147.4,147.3,146.0,145.9,145.1,143.5,143.3,143.2,142.6,139.9,132.4,131.6,131.5,131.4,131.0,128.1,128.0,127.8,127.1,126.9,126.8,126.7,115.8,115.5,101.7,46.1,36.4,32.0,31.5,30.2,29.8,29.7,29.5,26.5,26.4,22.8,14.2.ms(maldi
‑
tof):m/z:[m]+c
188
h
234
n8o8s8的计算值：2990.4；实测值：2990.2。
[0204]
2tpe
‑
pdi
‑
c6的合成。在n2气氛下，将2tpe
‑
pdi
‑
c6(143mg,0.2mmol)、tpe
‑
b(oh)2(188mg,0.5mmol)、k2co3(221mg,1.6mmol)和pd(pph3)4(23mg,0.006mmol)的混合物在thf(10ml)和脱氧h2o(3ml)中混合。在100℃在n2气氛下将混合物搅拌过夜。冷却至室温后，用ch2cl2萃取混合物，并在减压下去除有机溶剂。经柱层析法对粗产物进行纯化，以得到纯的2tpe
‑
pdi
‑
c6(160mg)，产率：66％。图7示出了化合物2tpe
‑
pdi
‑
c6的1h nmr谱。图8示出了2tpe
‑
pdi
‑
c6的
13
c nmr谱。图9示出了2tpe
‑
pdi
‑
c6高分辨率质谱(maldi
‑
tof)。
[0205]1h nmr(400mhz,cdcl3,25℃),δ(ppm):8.52(s,2h),8.17
‑
8.15(d,j＝8hz,2h),
7.80
‑
7.78(d,j＝8hz,2h),7.19
‑
7.07(m,h),5.06
‑
5.00(br,2h),2.61
‑
2.53(m,4h),1.93
‑
1.90(m,4h),1.77
‑
1.74(m,6h),1.50
‑
1.46(m,4h),1.39
‑
1.33(m,2h).
13
c nmr(100mhz,cdcl3,25℃),δ(ppm):144.5,143.6,143.4,143.3,142.0,140.7,140.1,135.0,134.4,133.1,132.1,131.4,131.3,129.9,129.0,128.4,128.0,127.9,127.7,127.5,127.0,126.8,126.7,122.6,122.2,54.0,29.1,26.6,25.5.hrms(maldi
‑
tof):m/z:[m]+c
88
h
66
n2o4的计算值：1214.5023；实测值：1214.5033。
[0206]
2tpe
‑
pdi
‑
c
16
的合成。在n2气氛下，将2tpe
‑
pdi
‑
c6(143mg,0.2mmol)、tpe
‑
b(oh)2(188mg,0.5mmol)、k2co3(221mg,1.6mmol)和pd(pph3)4(23mg,0.006mmol)的混合物在thf(10ml)和脱氧h2o(3ml)中混合。在100℃在n2气氛下将混合物搅拌过夜。冷却至室温后，用ch2cl2萃取混合物，并在减压下去除有机溶剂。经柱层析法对粗产物进行纯化，以得到纯的2tpe
‑
pdi
‑
c
16
(160mg)，产率：66％。图10示出了化合物2tpe
‑
pdi
‑
c
16
在cdcl3中的1h nmr谱。图11示出了2tpe
‑
pdi
‑
c
16
在cdcl3中的
13
c nmr谱。图12示出化合物2tpe
‑
pdi
‑
c
16
在cdcl3中的高分辨率质谱。
[0207]1h nmr(400mhz,cdcl3,25℃),δ(ppm):8.47(s,1h),8.46(s,1h),8.03
‑
8.01(d,j＝8hz,2h),7.61
‑
7.59(d,j＝8hz,2h),7.30
‑
7.29(br,6h),7.20
‑
7.10(m,32h),4.16
‑
4.15(br,4h),1.99(br,2h),1.26(m,50h),0.85
‑
0.82(m,12h).
13
c nmr(100mhz,cdcl3,25℃),δ(ppm):163.7,163.5,144.6,143.7,143.4,143.2,142.0,140.7,140.0,135.0,134.3,133.2,132.0,131.3,129.9,128.9,128.8,128.3,128.1,127.9,127.8,127.3,127.1,126.8,126.7,122.0,121.6,44.7,36.7,31.9,31.8,30.1,29.8,29.6,29.3,26.6,22.7,14.1.hrms(maldi
‑
tof):m/z:[m]+c
108
h
110
n2o4的计算值：1498.8466；实测值：1498.8438。
[0208]
实施例8
[0209]
光物理性质
[0210]
利用光致发光(pl)和紫外
‑
可见
‑
近红外光谱对2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta的光学性质进行了表征，并与ndta进行了比较(图13a
‑
13c和14a
‑
14c)。为了评价其聚集态的光学特性，采用纳米沉淀法，以1,2
‑
双硬脂酰
‑
sn
‑
甘油
‑3‑
磷酸乙醇胺
‑
n
‑
[甲氧基
‑
(聚乙二醇)
‑
2000](dspe
‑
peg
2000
)作为封装基质，将这些分子配制成水溶性nps(图15a
‑
15b)。得到的ndta
‑
掺杂的、2tpe
‑
ndta
‑
掺杂的和2tpe
‑
2ndta
‑
掺杂的nps的平均直径分别约为125nm、152nm和156nm(图16a
‑
16c)。如图13a所示，ndta在稀释的四氢呋喃溶液中在630nm左右明亮发光，然而其np和薄膜示出pl强度大幅下降但是很大程度上发射峰红移(约810nm)(图13b和13c)，表明聚集态的ndta的聚集导致淬灭(acq)和j
‑
聚集特征。这是合理的，因为ndta的大的π
‑
共轭结构和平面结构有利于强的π
‑
π堆积。然而，在与tpe偶联后，稀的thf溶液以及2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta的聚集体(nps和薄膜)都没有发射，说明即使在固态情况下，2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta的激子弛豫也主导了非辐射弛豫过程。这与典型的aie分子设计有很大的不同，在典型的aie分子设计中，通常引入tpe将acq分子转化为aie分子。
[0211]
此外，2tpe
‑
ndta(50600)和2tpe
‑
2ndta(67800)的摩尔吸收率与ndta(67822)相当，显示出其极佳的捕光能力(图17a
‑
17b)。从溶液到聚集体，ndta的吸收剖面和最大峰呈现较大的红移，支持其j
‑
聚集堆积模式。与ndta相比，2tpe
‑
ndta的吸收剖面变宽，在聚集后吸收最大值略有变化，说明tpe的引入阻碍了2tpe
‑
ndta的强π
‑
π堆积。2tpe
‑
2ndta在溶液态的吸收特征与2tpe
‑
ndta的吸收特征基本一致，说明2tpe
‑
2ndta与2tpe
‑
ndta在溶液态具有
相似的共轭。这可能是由于2ndta的扭曲结构，阻碍了整个分子的共轭。但在聚集后，2tpe
‑
2ndta的分子平面性明显提高，导致吸收光谱出现较大的红移。值得注意的是，2tpe
‑
2ndta
‑
掺杂的nps的吸收范围可以扩展到750
‑
880nm，在808nm波长处有较强的吸收强度，与市售近红外激光光源的激发波长匹配良好。这些结果进一步证实了本申请的化合物可以在pa成像和光热应用中发挥作用。
[0212]
实施例9
[0213]
理论计算
[0214]
研究了处于b3lyp/6
‑
31g(d，p)水平的基态(s0)的电子结构，以解密所研究分子的光学性质变化(图18a
‑
18b)。ndta呈现平面结构，在沿整个π骨架分布且相互重叠良好的最高占据分子轨道(homo)和最低未占据分子轨道(lumo)中具有最大的系数，这有助于其在溶液中的发射。然而，2tpe
‑
ndta由于tpe的扭曲结构而呈现出哑铃状的分子构象，不利于强烈的分子间π
‑
π堆积。另外，根据ict效应，2tpe
‑
ndta的homo主要分布在tpe部分上，而其lumo则分布在ndta部分上。2tpe
‑
2ndta显示甚至更扭曲的构象。除了扭曲的tpe部分之外，2ndta的中央受体单元还以120
°
的二面角高度扭曲。2tpe
‑
2ndta的homo电子密度分布位于tpe部分之一上，而其lumo则分布在2ndta部分上，表明ict效应。2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta的扭曲结构和ict效应有利于分子内的主动运动，因为它们不仅阻碍分子间π
‑
π相互作用，从而促进了分子的空间隔离，而且还增强了tict效应，最终做出了贡献激子的非辐射松弛。
[0215]
实施例10
[0216]
固态核磁共振(ssnmr)
[0217]
采用固态核磁共振(ssnmr)研究了2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta在固态下的分子运动行为(图19a
‑
19c)。由于2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta除了tpe外没有其他芳香族氢原子，因此通过
13
ccpmas nmr谱很容易识别tpe部分的
13
c信号并探测其分子内运动行为
33
。如图19a所示，使用
13
c cpmas nmr波谱在5khz随着摇动和接触时间的变化(ct)来指定2tpe
‑
ndta的tpe峰。然后，记录和绘制tpe部分中的
13
c信号随时间的弛豫，从而提供tpe部分的弛豫时间，以评估分子内运动的活性。由于抑制了分子内运动，单tpe是一种典型的具有强固态发射的aiegen。事实上，通过
13
c cpmas nmr测量，单个tpe分子在固态中显示了大约5577秒的长弛豫时间，证明其分子内运动受到阻碍。相反，2tpe
‑
ndta中tpe部分的弛豫时间短至10.5s，表明其分子内运动增强。同样，2tpe
‑
2ndta的弛豫时间甚至更短，表明其tpe部分的分子运动更活跃。值得注意的是，烷基链部分的弛豫时间比tpe部分更短，表明其流动特性有利于tpe部分的分子运动。这些数据证实，即使在固态下，2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta中仍然存在有效的分子内运动。
[0218]
在证明分子内运动是聚集态2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta不发光的主要原因之后，这些分子骨架中的长烷基链可能在分子间空间隔离中起决定性作用，因此，创造了一些空间，允许np和固态下的分子内自由运动。为了阐明长烷基侧链的作用，尝试合成具有较短烷基侧链的2tpe
‑
ndta和2tpe
‑
2ndta，然而未能成功。该尝试未成功是由于溶解度问题。因此，合成了类似物以证实这一推测。合成并表征了具有不同烷基侧链长度的两个tpe取代的苝二酰亚胺(pdis)2tpe
‑
pdi
‑
c6和2tpe
‑
pdi
‑
c
16
。2tpe
‑
pdi
‑
c6和2tpe
‑
pdi
‑
c
16
衍生物的合成如下所示。
[0219][0220]
正如预期的那样，随着烷链长度由环己基增加到2
‑
己基辛基，由于固态的2tpe
‑
pdi
‑
c
16
的分子内运动更加活跃，薄膜中的2tpe
‑
pdi
‑
c
16
(6％)的量子产率比2tpe
‑
pdi
‑
c6(17％)显著降低。为了确认该假设是否可以扩展到其他体系，合成了tripe
‑
3pdi，所报道的具有不同侧链和强红色发射的半导体，并将它们的光学性质进行了比较。结果表明，具有2
‑
己基辛基的较长烷基链的tripe
‑
3pdi在薄膜中的量子产率(6％)远低于具有2
‑
乙基己基的较短烷基链的tripe
‑
3pdi(30％)。因此，在分子转子主链中引入长烷基链是促进聚集体中激子的分子内运动和非辐射弛豫的一种普遍而有效的策略。由于已经确定荧光和光热的光物理机制示出相反的特性，因此吸收的光能可以合理地倾向于产生热，并伴随着荧光的减少。
[0221]
实施例11
[0222]
光热转化性质
[0223]
研究了2tpe
‑
ndta
‑
掺杂的和2tpe
‑
2ndta
‑
掺杂的np在水中的光热转换性能，因为实际的生物医学应用需要在水性介质中工作。以dspe
‑
peg
2000
为基质并配制聚(环戊二噻吩
‑
alt
‑
苯并噻唑)制备的半导体聚合物np(spn)作为阳性对照(图15a
‑
15b)，半导体聚合物np(spn)据报道为高性能光热试剂。当以808nm的激光照射(0.8w cm
‑2)时，三种np的水溶液温度随时间升高，在300s时达到最大值(图25a
‑
25b)。如图20a
‑
20b所示，2tpe
‑
2ndta
‑
掺杂的np和2tpe
‑
ndta
‑
掺杂的np和spn的光热温度高原分别为81.4℃、69.6℃和57.5℃。根据文献资料，spn的光热转换效率高达27.5％。采用同样的计算方法，2tpe
‑
2ndta
‑
掺杂的np、2tpe
‑
ndta
‑
掺杂的np的光热转换效率分别高达54.9％和43.0％，被认为是目前可用的光热试剂中超高的光热转换效率。这种优良的光热行为可以归因于分子内的主动运动，它吸收吸收的光能，以产生热量。该结果表明，在np中主动的分子内运动是一种提高光热的高效方法。
[0224]
实施例12
[0225]
nir12
‑
peg、nir12
‑
pae纳米颗粒的制备
[0226]
将包含1mg nir12化合物和2mg 1,2
‑
二硬脂酰基
‑
sn
‑
甘油
‑3‑
磷酸乙醇胺
‑
n
‑
[甲氧基
‑
(聚乙二醇)
‑
2000(dspe
‑
peg
2000
)的1ml thf溶液倒入10ml去离子水。该步骤之后，用微尖端探针超声仪(xl2000，misonix incorporated，ny)超声处理2分钟。通过在通风橱中剧烈搅拌悬浮液过夜而蒸发残留的thf溶剂，得到胶体溶液并直接使用。
[0227]
将包含1mg nir12化合物、1mg dspe
‑
peg
2000
和1mg聚(β
‑
氨基酯)(pae)的1ml thf溶液倒入10ml去离子水中。该步骤之后，用微尖端探针超声仪(xl2000，misonix incorporated，ny)超声处理2分钟。通过在通风橱中剧烈搅拌悬浮液过夜而蒸发残留的thf溶剂，得到胶体溶液并直接使用(图26)。
[0228]
实施例13
[0229]
光热稳定性研究和光稳定性能(nir12
‑
peg np和icg np)
[0230]
为了进行光热稳定性研究，在808nm激光(0.8w/cm2)下照射nir12
‑
peg np和icg np的pbs溶液(ph 7.4)，并在不同时间点测定吸收光谱(图23a
‑
23h)。为了进行抗光漂白研究，在加热和冷却过程的五个循环中记录样品溶液的温度。在一个加热
‑
冷却循环中，nir激光首先照射样品5分钟以达到稳定状态，然后将激光移开，然后在6分钟内将样品自然冷却至环境温度(图24a
‑
24e)。
[0231]
将nir12
‑
peg np和icg np的pbs溶液(ph 7.4)连续暴露于808nm nir激光(0.8w/cm2)5分钟。每20秒测量一次温度，并且直到温度几乎达到平稳状态时停止测量。还记录了样品管的相应红外热图像(图25a
‑
25b)。
[0232]
实施例14
[0233]
体内光声成像和体内光热治疗
[0234]
光声(pa)信号或图像是在市售小动物光声层析成像系统(most，itheramedical，德国)上获取的。使用含2％异氟烷的氧气麻醉异种移植4t1荷瘤小鼠，然后使用微注射器通过尾静脉将nir12
‑
pae和nir12
‑
peg np(150μl，基于nir12的600μm)注入到荷瘤小鼠中(n＝3)。随后在施用前和nps注射后的指定时间间隔在700nm处获取pa图像。图27a示出了细胞中的光声成像。图27b是示出了光声强度的图。图27c示出了活小鼠中的光声成像。图27d是描述肿瘤内温度的图。图27e是示出了肿瘤体积的图。图27f是示出了用pae纳米颗粒、peg纳米颗粒或盐水处理的小鼠的体重的图。
[0235]
将异种移植4t1荷瘤小鼠随机分为6组(每组n＝6)，分别命名为“仅盐水”、“盐水+激光”、“nir12
‑
peg np”、“nir12
‑
peg np+激光”、“nir12
‑
pae np”和“nir12
‑
pae np+激光”。在第0天，对于“仅盐水”、“nir12
‑
peg np”和“nir12
‑
pae np”组，将盐水、150μlnir12
‑
peg np和nir12
‑
pae np(基于nir12的600μm)分别通过尾静脉注射入4t1荷瘤小鼠，无需随后的激光照射。对于“盐水+激光”、“nir12
‑
peg np+激光”和“nir12
‑
pae np+激光”组，在静脉注射盐水、nir12
‑
peg np和nir12
‑
pae np(150μl，600μm，基于nir12)分别持续7h后，然后用808nm激光(0.5mw/cm2)连续照射每组小鼠的肿瘤5分钟。同时，通过红外热像仪(fluke shanghai inc.)每10秒记录一次肿瘤的温度变化。经过各种治疗后，每隔一天测量一次肿瘤体积和小鼠体重，持续16天。通过卡尺测量肿瘤体积，并如下计算：体积＝(肿瘤长度)
×
(肿瘤宽度)2/2。相对肿瘤体积计算为v/v
o
(v
o
是初始肿瘤体积)。
[0236]
实施例15
[0237]
组织学研究
[0238]
光热处理十六天后，处死上述六组小鼠。切除肝脏、脾脏和肿瘤，固定在4％福尔马林溶液中，并切成5μm的厚度。在常规h&e染色后，用数字显微镜(leica qwin)检查切片。按照常见的免疫组织化学步骤进行荧光增殖细胞核抗原(pcna)染色。荧光末端脱氧核苷酸转移酶dutp缺口末端标记(tunel)染色是按照deadend荧光tunel系统试剂盒(美国promega)的手册进行的。用含有“4',6
‑
二脒基
‑2‑
苯基吲哚(dapi)的固定溶液(dapi
‑
fluoromount
‑
g，southern biotech，英国)对细胞核进行染色(图28a
‑
28b)。
[0239]
实施例16
[0240]
细胞培养与细胞摄取
[0241]
在分别含有10％胎牛血清(fbs)和1％青霉素
‑
链霉素的dulbecco改良的eagle培养基(dmem)中，在37％的潮湿环境中(含5％co2)培养鼠4t1乳腺癌细胞。实验之前，将细胞预培养直至达到汇合。
[0242]
为了直观地研究nir12
‑
peg np和nir12
‑
pae np的细胞摄取，将聚集诱导发光物(aiegen)与nir12分子以1:1的比例掺入np的内芯中，由此使np具有荧光。将鼠4t1乳腺癌细胞以1
×
105细胞的密度接种在共聚焦成像室中。孵育24小时后，将每个孔的培养基替换为1ml具有不同ph值(ph 7.4和6.5)的新鲜培养基，然后将peg
‑
nir12
‑
aiegen np和pae
‑
nir12
‑
aiegen添加到每个室中。进一步孵育12小时后，将细胞用1x pbs缓冲液洗涤3次，并使用4％多聚甲醛在0℃固定20分钟。用共聚焦激光扫描显微镜(zeiss lsm710)在405nm激发和580nm以上荧光信号收集后观察到np的细胞吸收。
[0243]
实施例17
[0244]
密度泛函理论计算
[0245]
所有计算均使用高斯09程序在气相中进行。利用b3lyp方法和6
‑
311g(d，p)基集优化了基态结构。然后，以相同的方法基于最优化的结构进行垂直激发，由此获得基态分子轨道能。
[0246]
实施例18
[0247]
nir
‑
6和nir
‑
12合成
[0248]
以下提供了用于制备nir12和nir6的示例性反应方案：
[0249][0250]
化合物3a：将二溴
‑
bbt 1(0.1g，0.28mmol)和2a(0.7mmol)，pd(pph3)4(20mg，0.017mmol)和20ml甲苯添加到双颈烧瓶中。将混合物回流24小时后，将另外的2a(0.7mmol)和pd(pph3)4(20mg，0.017mmol)添加到反应体系中。使溶液再回流24小时。冷却至室温后，通过旋转蒸发除去溶剂。粗产物通过硅胶柱(己烷)纯化，得到产物(产率：55％)。1h nmr(400mhz,cdcl3),δ(ppm):8.83(2h,s),7.28(2h,s),2.73(4h,d,j＝8hz),1.77(2h,m),1.32(80h,m),0.9(12h,m).
[0251]
化合物3b：以与化合物3a类似的方式合成化合物3b。1h nmr(400mhz,cdcl3),δ(ppm):8.85(2h,s),7.32(2h,s),2.79(4h,t,j＝8hz),1.77(4h,m),1.32(12h,m),0.91(6h,m)。
[0252]
化合物4a：在氩气气氛下，将化合物3a(0.3g，0.33mmol)溶于10ml chcl3和10ml乙酸的混合物中，在室温下，在避光条件下，于30分钟内将nbs(117mg，6.6mmol)缓慢添加到5ml chcl3和5ml乙酸的混合物中。将混合物搅拌过夜，然后通过冷凝空气干燥。粗产物通过硅胶柱纯化，得到产物(产率：80％)。1h nmr(400mhz,cdcl3),δ(ppm):8.73(2h,s),2.67(4h,d,j＝8hz),1.84(2h,m),1.3(80h,m),0.89(12h,m)。
[0253]
化合物4b：在氩气氛下，将化合物3b(0.3g，0.57mmol)溶解在10ml chcl3和10ml乙酸的混合物中。在室温下，在避光条件下，于30分钟内将0.22g nbs(1.25mmol)缓慢添加到5ml chcl3和5ml乙酸的混合物中。将混合物搅拌过夜，然后通过冷凝空气干燥。将粗产物通过硅胶柱(己烷)纯化，得到产物(产率＝80％)。1h nmr(400mhz,cdcl3),δ(ppm):8.76(2h,s),2.73(4h,t,j＝8hz),1.76(4h,m),1.26(12h,m),0.9(6h,m).
[0254]
化合物5a(nir12)：向化合物4a(50mg，0.042mmol)和三丁基(4
‑
(二苯基氨基)苯基)锡烷(80mg，0.15mmol)在甲苯(10ml)的溶液中添加pd(pph3)4(4mg)。将混合物在100℃下搅拌48小时。冷却至室温后，将混合物倒入水中并用dcm萃取。有机层用饱和kf和盐水洗涤，然后经mgso4进行干燥。蒸发溶剂后，将残余物通过硅胶柱层析进行纯化，用dcm:己烷(1:5，v/v)作为洗脱剂，得到产物(产率：30％)。1h nmr(400mhz,cdcl3),δ(ppm):8.89(2h,s),7.46(4h,d,j＝8hz),7.32
‑
7.27(10h,m),7.18
‑
7.13(10h,m),7.09
‑
7.05(4h,m),2.79(4h,t),
1.81(2h,m),1.21(80h,m),0.87(12h,m).
13
c nmr(100mhz,cdcl3),δ(ppm):150.5,146.8,144.1,138.1,135.5,134.7,129.4,128.7,127.8,124.1,122.5,122.34,122.31,112.3,38.4,32.8,32.5,31.3,29.5,29.1,28.74,25.9,22.1,13.5.ms:m/z:[m]
+
计算值：c
98
h
128
n6s4:1518.3,实测值：1518.2.
[0255]
化合物5b(nir6)：化合物5b的合成类似于5a的合成(产率：10％)。1h nmr(400mhz,cdcl3),δ(ppm):8.93(2h,s),7.47(2h,d,j＝hz),7.32
‑
7.27(10h,m),7.18
‑
7.12(10h,m),7.09
‑
7.0(4h,m),2.87(4h,m),1.83(4h,m),1.26(12h,m),0.89(6h,m).
13
c nmr(100mhz,cdcl3),δ(ppm):150.6,146.8,146.7,143.4,138.9,135.0,132.4,129.1,128.7,128.0,125.5,124.1,123.9,123.5,122.6,122.0,112.3,30.4,29.0,28.7,22.1,20.6,13.5,13.1.ms:m/z:[m]
+
计算值：c
62
h
56
n6s4:1012.3,实测值：1012.3.
[0256]
图22示出了(a)pai指导的ptt的nir12和nir6的分子设计和化学结构，(b)计算的homo和lumo，(c)优化的基态(s0)几何形状，(d)tict状态的示意图，(e)聚集状态和(f)pa成像引导的nir12和nir6的ptt(r1＝2
‑
己基癸基，r2＝1
‑
己基)。
[0257]
如此示出了本主题，将显而易见的是，可以许多方式修改或改变该主题。这样的修改和变型不应被认为脱离本主题的精神和范围，并且所有这样的修改和变型旨在被包括在所附权利要求的范围内。