[发明专利]一种用于生物成像的超亮NIR-II AIE发光体

说明书

本主题考虑了具有聚集诱导发光(AIE)特性的小分子荧光化合物。这些化合物可以在第二近红外窗口(NIR‑II)(1000nm至1700nm)表现出发光。这些化合物能够以超高的信号背景比为深部病变提供成像。例如，携带本发明化合物的中性粒细胞可以穿透脑，并穿过完整的头皮和颅骨使位于脑组织深处的炎症可视化。

技术领域

本主题涉及用于在第二近红外窗口(1000nm至1700nm)中成像的荧光团，并且特别是用于以超高信号背景比对深部病变成像的荧光团。

背景技术

具有高时空分辨率和灵敏度的荧光成像为动态生物过程的直接可视化提供了强有力的工具。在第二近红外窗口(NIR-II，1000nm 至1700nm)内发光的荧光团清楚地示出了更深的组织穿透、更高的空间分辨率和更好的信噪比(SNR)的显著优势，这是由于在更长波长处的组织中光散射和自发荧光的减少。因此，NIR-II荧光成像为深部病变的准确诊断提供了广阔前景。

虽然可以使用在第二近红外窗口内发光的荧光团(在本文中称为“NIR-II荧光团”)使诸如脑肿瘤之类的深部病变可视化，但是实现具有高SNR的优异成像品质可能具有挑战性。这需要开发具有高量子产率(QY)的NIR-II荧光团。迄今为止，大部分衍生自有机分子的NIR-II荧光团在水分散体或溶液中表现出低QY(约2％)，这是由于非辐射衰变途径占据主导地位，这降低了对比度并提高了体内成像期间对光学检测器的灵敏度和成像的需求。

目前，设计NIR-II荧光团主要有两种方法：增加共轭长度和供体-受体(D-A)工程。在增加共轭长度的情况下，增加共轭长度可以将多甲川花菁(例如IR-26)的吸收和发光这两者红移至NIR-II区域，而由于溶剂化变色引起的猝灭，荧光有效衰减。将小分子聚合成相应的共轭聚合物提供了另一种策略；然而，强烈的分子间相互作用和纠缠对荧光造成损害。或者，D-A工程提供了一种减少吸收和发光最大值的带隙和红移的有效方法。为了在NIR-II窗口发射荧光，基于D-A的荧光团通常采用广泛共轭的骨架。由于形成激态原子，因此所得的强分子间相互作用通常造成聚集引起猝灭(ACQ)问题。除此之外，通常在诸如水之类的极性环境中观察到的在暗扭曲分子内电荷转移(TICT)状态中的非辐射衰变可以使荧光QY受损。

为了解决这些问题，通常将具有空间位阻的电子供体基团枝接到强受体(例如苯并双噻二唑，BBTD)上，以使共轭骨架歪曲，这可以减少分子间相互作用，从而减少激态原子的形成。此外，将二烷基取代的芴用作屏蔽单元引入到中心DAD核中，以防止与水的相互作用。这些策略为开发一系列高亮度NIR-II荧光团开辟了新途径。尽管长侧链能够减少分子间相互作用，但发现长链也会引发聚集体中的分子运动，聚集体的非辐射衰变破坏了荧光QY。因此，有效增加辐射衰减是高亮度NIR-II荧光团的重要瓶颈。

具有聚集诱导发光(AIE)特性的分子具有解决该问题的巨大潜力。AIE发光体(AIEgen)通常充满了类似螺旋桨的分子转子，使得深度扭曲的结构可以有效减少分子间相互作用。正是因为这个原因， AIE发光体作为纳米颗粒(NP)比其他分子具有显著更强的发光。根据AIE分子设计原理，已经开发出许多NIR-II发射AIE发光体。经优化的AIE发光体在荧光发射受损(975nm1000nm)的同时，具有6.2％的略微增强的QY。到目前为止，使用AIE分子设计原理获得NIR-II荧光团的高QY仍然具有挑战。

发明内容

在一个实施方案中，本主题考虑了具有聚集诱导发光(AIE)特性的小分子荧光化合物。这些化合物可以在第二近红外窗口(NIR-II) (1000nm至1700nm)表现出发光。这些化合物能够以超高的信号背景比为深部病变提供成像。例如，携带本发明化合物的中性粒细胞可以穿透脑，并能够穿过完整的头皮和颅骨使位于脑组织深处的炎症可视化。

可以通过表现出聚集引起猝灭(ACQ)的NIR-II荧光团的结构异构化来合成本发明的AIE化合物。例如，将示例性ACQ NIR-II荧光团的烷基链从间位移动到邻位，从而驱使NIR-II荧光团从聚集引起猝灭变为聚集诱导发光。