兩親性的具有聚集誘導發光特性的發光物及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及熒光材料技術領域，具體涉及一種兩親性的具有聚集誘導發光特性的 發光物及其應用。
【背景技術】
[0002] 近年來，已經發現一系列螺旋狀分子在溶液中不發光，但通過聚合形成后會被 誘導發出強光，這種聚集誘導發光（aggregation-induced eimission，AIE)的現象與 傳統熒光素表現出的聚集熒光淬滅效應是完全相反的。利用這個新效應，AIE發光材料 可以在許多高科技領域進行應用，如化學傳感器、生物探頭、免疫標記、刺激反應材料和 固態發射器等[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)和六苯基娃雜環戊二烯 (hexaphenylsiole, HPS)是原型AIE分子，其具有易合成、固態情況下的高量子產率以 及高化學穩定性和光穩定性等優勢，但是其疏水性質極大地限制了在生物領域的應用， 為了降低其疏水性或提高其親水性，在其結構中引入了帶電的功能基團。例如，帶有兩 個或四個銨基的TPE在水性溶液中發光較弱，但加入帶陰電荷的生物分子就變成強發光 體，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.]。該陰離子TPE衍生物將磺酸基團帶入進BSA的主體折疊結構的疏水 腔內，由于分子內旋轉的限制（restriction of intramolecular rotation, RIR)使得發光 增強。當通過引入表面活性劑（如十二烷基硫酸鈉 SDS)使得BSA不折疊時，則不再發光 [J. Phys. Chem. B，2007, 111，11817]。Tang和他的共同工作者們報道了包含有TPE配基的聚 N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAM)的聚合物[Chem. Commun.，2009, 4974]，通過熒光技術，TPE標 記的PNIPAM鏈可以用于跟蹤溫度引起的聚合物的構象變化。另一方面，很少有研究和報道 兩親性的AIE分子。在結構上，兩親性分子為表面活性劑以及通常既含有疏水結構單元又 含有親水結構單元的有機化合物。大部分兩親性分子的疏水尾為支鏈、直鏈或芳族烴鏈，同 時親水頭不帶電荷、負電荷和正電荷，有時分別被稱為非離子表面活性劑、陰離子表面活性 劑和陽離子表面活性劑。因此，兩親性分子由水不溶性配基和水溶性配基構成。在水性溶 液中，兩親性分子形成聚合物，如膠體和膠團等，其中疏水尾聚集形成核心，親水頭集中于 表面并與周圍的水環境相接觸。聚合物的形狀和大小主要取決于兩親性分子的結構以及分 子的親水性和疏水性的平衡關系。兩親性分子廣泛存在于我們的日常生活物品，包括清潔 劑、織物柔軟劑、乳劑、繪畫顏料、墨水和化妝品等，以及存在于生物利用方面，如蛋白提取、 細胞質膜、給藥等等。兩親性和AIE特性的結合可以產生一系列新的熒光分子用于化學和 生物應用方面。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種兩親性的具有聚集誘導發光特性的發光物及其應用，解 決現有技術中的具有聚集誘導發光特性的發光物為疏水性的發光物而導致應用受限的問 題。
[0004] 本發明解決技術問題所采用的技術方案是：一種兩親性的具有聚集誘導發光特性 的發光物，包含具有聚集誘導/增強發光特性的疏水性單元，在具有聚集誘導/增強發光特 性的疏水單元上連接有親水性單元，所述發光物的結構式選自以下I、II、III、IV、V和VI 中的任一種；
[0005] 其中，
表示具有聚集誘導/增強發光特性的疏水性單元；
[0006]
>表示親水性單元；
[0007]
[0008] 在本發明的兩親性的具有聚集誘導發光特性的發光物中，所述發光物可溶于水， 且所述發光物形成的水溶液的濃度>臨界膠束濃度時可形成膠束。
[0009] 在本發明的兩親性的具有聚集誘導發光特性的發光物中，所述具有聚集誘導/增 強發光特性的疏水性單元包括至少一第一主體結構，所述主體結構選自包含有下述任一結 構的基團：
[0010]
[0011] 其中，R和R(X)分別表示與所述具有聚集誘導/增強發光特性的疏水性單元相連 接的親水性單元。
[0012] 在本發明的兩親性的具有聚集誘導發光特性的發光物中，所述親水性單元分別選 自含有0H、銨鹽、氨基、硫醇、乙基乙二醇、磺酸鹽、磷酸鹽和羧酸鹽中至少一種的基團。
[0013] 在本發明的兩親性的具有聚集誘導發光特性的發光物中，所述具有聚集誘導/增 強發光特性的疏水性單元包含有結構戈
的基團，所述親水性單元包含有乙基 乙二醇基團；具體地，所述發光物包含有下述結構式Pl/6、P2/6和P3/6中任一結構式的基 團：其中n、m、o和p分別表示2~3000的自然數，
[0014]
[0015] 在本發明的兩親性的具有聚集誘導發光特性的發光物中，所述發光物在追蹤細胞 中的應用、在制備細胞追蹤器中的應用、在制備用于追蹤細胞的探針中的應用或在監測細 胞內藥物釋放過程中的應用。
[0016] 在本發明的兩親性的具有聚集誘導發光特性的發光物中，所述親水性單元包含至 少一第二主體結構，所述第二主體結構選自包含有下述任一結構的基團：
[0017]
[0018] 其中R2、R3、RJPR 5分別選自包含有Η、烷基、不飽合烷基、異烷基、環烷基、異 環烷基、芳烴基、異芳烴基、以及 CnH2n+1、C1QH7、C12H 9、0C6H5、0C1QH7、0C 12H9、CnH2nC00H、CnH 2nNCS、 CnH2nN3、CnH2nNH 2、CnH2nSH、CnH2nCU CnH2nBr、CnH2nI 中的至少一種的基團，n 為自然數；
[0019] X-為反荷離子，X-選自于 I'ci'fo·'PF6'ClO4'BF4'BPh4'CH 3PhSO3'
[0020] 在本發明的兩親性的具有聚集誘導發光特性的發光物中，所述具有聚集誘導/增 強發光特性的疏水性單元包含有結構為
的基團，所述親水性單元包含有結構 為
的基團，其中R1為丙烷基，X_為Br ]具體地，所述發光物包含有下述結 構式TPE-MEM的基團：
[0021]
[0022] 在本發明的兩親性的具有聚集誘導發光特性的發光物中，所述發光物在特異性選 擇細胞膜染色中的應用、在制備特異性選擇細胞膜染色劑中的應用、在制備特異性選擇細 胞膜染色的探針中的應用、在制備光敏劑中的應用以及在制備光線療法藥物中的應用或在 制備用于治療癌癥的光線療法藥物中的應用。
[0023] 在本發明的兩親性的具有聚集誘導發光特性的發光物中，所述發光物可以與金屬 離子復合，所述金屬離子選自 La3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm 3+、Eu3+、Gd3+、Tb3+、Ce3+、Dy 3+、Ho3+、Er3+、 Tm3+、Yb3+和Lu 3+中的至少一種。
[0024] 在本發明的兩親性的具有聚集誘導發光特性的發光物中，所述金屬離子為Gd3+，所 述具有聚集誘導/增強發光特性的疏水性單元包含有結構戈
的基團，所述親 水性單元包含有乙基乙二醇基團；具體地，所述發光物包含有下述結構式TPE_2Gd的基團：
[0025]
[0026] 在本發明的兩親性的具有聚集誘導發光特性的發光物中，在本發明的兩親性的具 有聚集誘導發光特性的發光物中，所述發光物在特異性選擇細胞質區染色中的應用，在制 備特異性選擇細胞質區染色的染色劑中的應用、在細胞成像中的應用、在追蹤腫瘤細胞中 的應用、在制備追蹤腫瘤細胞的腫瘤細胞追蹤器中的應用或在制備核磁共振成像造影劑中 的應用。
[0027] 本發明還詳細說明了上述兩親性的具有聚集誘導發光特性的發光物在追蹤細胞 中的應用、在制備細胞追蹤器中的應用、在制備用于追蹤細胞的探針中的應用、在監測細胞 內藥物釋放過程中的應用、在特異性選擇細胞膜染色中的應用、在制備特異性選擇細胞膜 染色劑中的應用、在制備特異性選擇細胞膜染色的探針中的應用、在制備光敏劑中的應用、 在制備光線療法藥物中的應用或在制備用于治療癌癥的光線療法藥物中的應用、在特異性 選擇細胞質區染色中的應用，在制備特異性選擇細胞質區染色的染色劑中的應用、在細胞 成像中的應用、在追蹤腫瘤細胞中的應用、在制備追蹤腫瘤細胞的腫瘤細胞追蹤器中的應 用或在制備核磁共振成像造影劑中的應用。
[0028] 實施本發明的兩親性的具有聚集誘導發光特性的發光物及其應用，具有以下有益 效果：本發明的發光物通過在典型的聚集誘導發光特性（AIE)的疏水性單元上連接親水性 單元制備而成，該發光物可用于熒光化學傳感器以及用于制備為活細胞和動物成像熒光染 色的熒光染色劑，這些兩親性的染色劑特別適合用于生物聚合物的熒光標記，可以作為AIE 激活的生物相容性探針，使得其在臨床癌癥成像、診斷以及治療方面均可應用。具體地，（1) 本發明制備了非離子的水溶性聚乙二醇（PEG)修飾的四苯乙烯（TPEs)發光物，通過疊氮 化炔烴環加成反應制備而成，對其聚集誘導發光、膠束化、熱敏特性以及可用于作為細胞內 成像的熒光可視劑均進行了研究；(2)本發明還制備了陽離子的四苯乙烯基的吡啶鹽發光 物，其具有AIE特性，可選擇性對細胞膜染色，該發光物在房間燈光照射下還可以產生活性 氧（ROS)，這使得在溫和的條件下就可以觀察到細胞壞死和光療的效果；（3)本發明還成功 合成了新型的雙模式核磁共振成像（MRI)造影劑（TPE-2Gd)，包含有疏水性四苯乙烯單元 和親水性的二乙烯三胺五乙酸-釓復合物，具有磁性且可以熒光成像，實驗結果顯示其是 一種理想的MRI造影劑，具有用于診斷的長循環壽命以及用于機體清除的足夠短的短循環 壽命。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發明實施例1中Pl/6、P2/6和P3/6發光物的合成路線圖；
[0030] 圖2為本發明實施例2中TPE-MEM發光物的合成路線圖；
[0031] 圖3為本發明實施例3中TPE_2Gd發光物的合成路線圖；
[0032] 圖4A為P1/6發光物（0· 25mg/mL)在不同含水量的THF/H20混合液中由365nm波 長的紫外光照射的照片；
[0033] 圖4B為P1/6發光物（0· 25mg/mL)在不同己烷含量的THF/己烷混合液中由365nm 波長的紫外光照射的照片；
[0034] 圖4C為Ρ1/6、Ρ2/6和P3/6發光物分別在不同組成的THF/H20混合液中的相對強 度與不同組成的THF/H20混合液中含水量之間的相關曲線圖；其中，發光物濃度為0. 25mg/ mL，激發波長（nm):320(Pl/6)、335(P2/6)以及 350(P3/6);
[0035] 圖4D為Pl/6、P2/6和P3/6發光物分別在不同組成的THF/己烷混合液中的相對 強度與不同組成的THF/己烷混合液中己烷含量之間的相關曲線圖；其中，發光物濃度為 0· 25mg/mL，激發波長（nm) :320(Ρ1/6)、335(P2/6)以及 350(P3/6);
[0036] 圖5A為不同濃度的P1/6發光物的水溶液（0· 002-