CN103108921B - 具有增强的光学特征的高阶结构化染料 - Google Patents

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Abstract

在此披露了为共价键合的多聚物或高阶对称结构的有机染料，其中一个或多个染料单元可任选地含有氘取代。所披露的染料对光学涂层、新型光学纳米材料、高密度存储装置特别有用。所披露的染料的结构和光学特点通过表面增强拉曼共振光谱为增加信息量开创了途径。

Description

具有增强的光学特征的高阶结构化染料
相关申请的交叉引用
这是基于2010年3月15日提交的美国临时申请序列号61/314,038的PCT申请并且要求该美国临时申请的优先权。
背景
技术领域：
本披露涉及为共价键合的多聚物或高阶对称结构的新型有机染料，其中一个或多个染料单元可任选地含有氚取代。所披露的染料可以对光学涂层、新型光学纳米材料、高密度存储装置特别有用。所披露的染料的结构和光学特点通过表面增强拉曼共振光谱为增加信息量提供了途径。
现有技术的说明：
反应性荧光染料具有许多重大的应用，包括光子技术，确切地说作为需要可调谐激光的系统、光学和光电子装置如太阳能转换装置、微观非线性光学装置、以及生化系统中的分子探针内的活性介质。常用的荧光染料包括但当然不限于：碱性玫瑰精(R6G)、结晶紫(CV)、以及尼罗蓝。已在光电子装置中研究的其他染料和它们的合成衍生物包括：花青苷、钌基染料、异佛尔酮衍生物、二萘嵌苯染料、蒽染料、BODIPY染料、卟啉以及偶氮芳香族聚合物。
在那些荧光染料当中，R6G已经得到广泛研究并且被应用于薄膜激光。例如，R6G已被掺入了透明且多孔的SiO2薄膜之中。所得R6G/SiO2复合薄膜不散光，并且因此可以用于整合到光学和光子学装置之中。在合成粘土的支持型薄膜中嵌入的R6G激光染料的聚集过程期间，已经观察到了高阶的R6G非共价二聚物。
在各种领域中已经研究了显示独特光学特性的一些荧光和非荧光染料二聚物。例如，合成卟啉二聚物展示出在基于染料敏化的太阳能电池的能量转换中进入TiO2的有效电子注入。还已经制备了赫斯特(Hoechst)二聚物并且展示这些赫斯特二聚物结合了dsDNA或者在两个dsDNA链之间形成了桥。与这些相应的单体相比较，栓系部花青二聚物显示了新颖的溶剂化变色效果。近来，合成了一种反应性的且生物可还原性的含硫醇的四甲基碱性玫瑰精二聚物，并且证明了该二聚物作为细胞示踪系统中的二硫醇还原敏感性荧光探针以及作为基于硫醇的染料标记试剂是有用的。
另一方面，拉曼光谱因其最低程度的样品制备要求以及在水性溶液中与生物材料的相容性而正变成越来越实用的技术。拉曼光谱是对从分子散射的光的波长和强度的测量。拉曼散射光在波长通过与系统总极化相关的分子振动的能量从入射光处发生变化时出现。典型应用是结构确定、多组分定性分析以及定量分析。
最近，表面增强共振拉曼光谱(SERRS)因其信号空前增强而已在蛋白质、核酸以及相关生物标志物分析的应用中成为一项有吸引力的技术。例如，已制备了作为单体的R6G衍生物并且这些衍生物已被应用于表面增强共振拉曼光谱(SERRS)用于蛋白质浓度的准确量化。已经使用同位素编辑的表面增强共振拉曼光谱(IERS)实现了蛋白质含量和构成的准确量化。光谱特征反映了同位素分子(isotopologue)标记的期望统计分布，这些同位素分子标记在没有蛋白质特征干扰的情况下以凝胶基质形式掺入蛋白质中。然而，在技术转让到工业环境的过程中，这些R6G单体染料存在一些缺点。R6G与纳米颗粒之间的相互作用是变化的并且很难控制，从而使得它们的拉曼信号很难重复。R6G单体染料、连接体与靶蛋白之间的共轭对样品条件是敏感的。因此，开发可以克服SERRS中单体形式的缺点的新型R6G衍生物是发展IERS的紧急任务。
虽然已经广泛研究了溶剂中R6G二聚物的形成，但在染料被嵌入固体支持型薄膜中时还已经观察到了R6G二聚物的聚集。尚未合成共价连接的R6G分子并且也未对它们在薄膜涂层以及拉曼光谱中的光学特性进行表征。光学工业近来已经指示了R6G二聚物展现出某些光学涂层应用中所希望的特性；例如，从500nm至600nm的极高的光带吸收是需要的。因而，希望开发满足工业需要的特性。
因此，存在对具有增强光学特征的新型染料的一种需要。此外，存在对可以用作光学涂层的新型染料的一种需要。最后，存在对作为与衬底表面缔合更强的光学涂层的新型染料的需要。
披露的概述
为了满足上述需要，披露了一种有机染料化合物的多聚物。该多聚物可以包括通过一种连接体共价偶联在一起的该有机染料化合物的至少两个分子。所披露的多聚物可以是二聚物、三聚物、四聚物、或其他高阶结构。多聚物可以用于光学涂层中以便对其上沉积有该多聚物的衬底的表面进行表征。与相应的单体染料化合物相比较，所披露的多聚物可以具有更高阶的对称性。与基于相应的单体染料化合物的光学涂层相比较，该组合物还可以具有与衬底的更强缔合。
该多聚化染料化合物可以是一种R6G多聚物，其中两个或更多个R6G染料分子通过一种连接体而共价偶联在一起。R6G多聚物可以具有优于R6G单体的光学特性。可以优化该连接体的结构以便增强分子间和分子内的自缔合相互作用。此外，还可以实现使用提供更高阶对称结构如三聚物和四聚物以便提供另外的光学增强作用的连接体。
如前所论述，所披露的多聚物尚未被合成或者尚未被应用到光学涂层以及基于拉曼的生物分析领域之中。此外，所披露的多聚化染料化合物可以包括相同或不同的R6G染料单体。一个或两个单体可以包括氘取代。如果两个单体都含有氘取代，取代模式可以是相同的亦或不同的。在对称或不对称模式中的一个或两个单体单元上的氘取代将引起拉曼共振特征的改变。
这些多聚物的光谱特征在强度和敏感度上类似于但不同于组分R6G单体。在此描述的新型R6G二聚物不仅在结构上不同于它们相应的单体，而且在某些光谱特征、对阴离子和金属表面的结合亲和力(包括结合动力学)上也不同。这些材料具有满足以下需要的潜力，即：作为光学涂层来利用新颖的光吸收特性。此处描述的组合物展示出格外高的摩尔消光系数以及高荧光发射，从而提供作为薄膜涂层的效用。
新型二聚物具有与金和银的金属纳米颗粒的独特的相互作用，这些相互作用建立了呈三维基质形式的新型材料如PVDF。这些材料产生了等离子体表面，这些表面提供超出用单体染料观察到的那些信号的增强拉曼信号。将这些拉曼信号用作指示物已经观察到了这些材料的改进的化学和物理稳定性。
连接体设计提供了用于合并多种官能团的选项，这些官能团适于随后共价附接到表面(纳米材料或塑料/聚合物)、蛋白质或核酸上。这一特征使得这些格外“明亮”的染料作为荧光标记或基于拉曼的传感器是有用的。这些更高阶染料结构提供更强且更一致的表面增强拉曼特征的能力为生物分子检测提供了重大的技术进步。
根据本披露的另一个方面，还披露了一种对有机染料化合物的拉曼共振光谱特征进行增强的方法。该方法可以包括以下步骤：形成该有机染料化合物的一种多聚物并且使该多聚物经受拉曼共振光谱，其中该多聚物包含通过一种连接体共价偶联在一起的有机染料化合物的至少两个分子。该方法可以进一步包括以下步骤：使该多聚物与金属纳米颗粒发生聚集和/或将该多聚物沉积在一个衬底上。
所披露的材料的其他优点和特征以及其应用将在下文中进行更详细的描述。虽然仅在此披露了有限数量的实施方案，但本领域普通技术人员将会清楚明白不同的变更并且这些不同的变更应视为在本披露的范围之内。
附图简要说明
为了更完整地理解披露的组合物及其应用，应当参考附图中更为详细地展示的实施方案，其中：
图1是根据本披露的一个方面的基于R6G二聚物的染料的化学结构的图解说明；
图2是图1中展示的R6G二聚物以及其相应的R6G单体的吸收光谱；
图3是图1中展示的R6G二聚物以及其相应的R6G单体的荧光光谱；
图4是图1中展示的R6G二聚物以及其相应的R6G单体的表面增强拉曼光谱(SERS)和表面增强共振拉曼光谱(SERRS)；并且
图5是图1中展示的R6G二聚物以及其相应的R6G单体的拉曼信号的稳定性研究；
应理解的是，这些图不必是按比例的，并且所披露的这些实施方案有时是概略地且以局部视图来说明的。在某些情况下，可以省略了对理解所披露的过程来说不必要的细节或使其他细节很难认知的细节。当然，应理解的是，本披露并不限于在此展示的这些具体实施方案。
披露的详细说明
如在此所使用的，为了描述本申请的化合物、组合物、方法以及过程，除非另外指明，以下术语具有以下含义：
术语“碱性玫瑰精”是指包含母体碱性玫瑰精环或扩展的碱性玫瑰精(包括碱性玫瑰精的任何取代版)的任何化合物，其中可以在1-、2-、2’-、4-、4’-、5-、5’-、7-、7’-、8-、以及9-碳中的任何一个或全部和/或在环外氨基与亚氨基部分中的任何一个或两个处进行取代。
术语“多聚物”是指包含偶联在一起的至少两个分子(如通过共价键合至这些分子上的连接体)的一种化合物。
术语“二聚物”是指包含偶联在一起的两个分子(如通过共价键合至两个分子上的连接体)的一种化合物。
术语“三聚物”是指包含偶联在一起的三个分子(如通过共价键合至所有三个分子上的连接体)的一种化合物。
术语“四聚物”是指包含偶联在一起的四个分子(如通过共价键合至所有四个分子上的连接体)的一种化合物。
术语“衍生物”是指在一个或多个位置处进行取代的一种化合物。
术语“生物分子”是指生物系统中典型发现的一种类型的分子，无论这种分子是天然产生的还是系统的一些外扰(例如，疾病、中毒、遗传操作等)的结果，以及其合成类似物和衍生物。
术语“同位素异位体(isotopomer(s))”(同位素的同分异构体)是指具有相同数目的每种同位素原子但它们的位置不同的同分异构体。
术语“同位素分子(isotopologue(s))”是指具有相同分子结构的而含有不同数目的同位素原子的版本。例如，乙醇可以存在三种碳的同位素分子：两个碳位置上的C12，一个位置上的C13和另一个位置上的C12，或者两个位置上的C13。相比之下，如上文所定义含有在第一或第二碳位置上的C13的两个版本是“同位素异位体”。
术语“烷基”意指可以是具有指定碳原子数目的直链的、环状的或支链的或其组合的烃基(即，C1-8意指一个至八个碳原子)。烷基的实例包括：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、异丁基、仲丁基、环己基、环戊基、(环己基)甲基、环丙基甲基、双环[2.2.1]庚烷、双环[2.2.2]辛烷等。除非确切指明，烷基可以是取代的或未取代的。取代的烷基的实例包括：卤烷基、硫代烷基、氨基烷基、以及类似物。
术语“烯基”意指含有至少一个碳碳双键的烃基。术语“炔基”意指含有至少一个碳碳三键的烃基。除非确切指明，烯基和炔基可以是取代的或未取代的。
术语“取代基”意指替代分子中的另一个原子或基团的一个原子或基团。
术语“环”意指其原子被安排成环状形式的一种化合物。环化合物可以是碳环的亦或杂环的。
在此同义使用的术语“杂环基”或“杂环的”意指含有5至10个原子(优选5或6个)的饱和的或不饱和的非芳族环，其中在这些原子中至少一个是选自：氮、氧、或硫的杂原子(典型是1至5个杂原子)。杂环可以是单环的(优选具有5或6个原子)或二环的(优选具有9或10个原子)。杂环基团的实例包括：吡咯烷、哌啶、咪唑烷、吡唑烷、丁内酰胺、戊内酰胺、咪唑啉酮、乙内酰脲、二氧戊环、邻苯二甲酰亚胺、哌啶、1-4-二噁烷、吗啉、硫代吗啉、硫代吗啉-5-氧化物、硫代吗啉-S-S-二氧化物、哌嗪、吡喃、吡啶、3-吡咯啉、噻喃、吡喃酮、四氢呋喃、四氢噻吩、奎宁环定。
以上所有术语在一些实施方案中，包括所指明的基团的取代和未取代形式。这些基团可以如化学上允许的进行多次取代。
总体而言，本披露与包含染料化合物的至少一个共价二聚物的一种组合物相关。所披露的组合物可以用作一种光学涂层以便对其上涂布有该组合物的衬底表面进行表征。与基于相应的单体染料化合物的光学涂层相比较，该组合物可以具有更高阶的对称性和/或与衬底更强的缔合。该共价二聚物可以具有染料-连接体-染料的通式。
适于用在本披露中的示例性染料化合物包括但不限于具有用于可任选的同位素取代的不同位点的有机染料，该同位素取代是用氘取代一个或多个氢原子。有机染料包括：呫吨染料如碱性玫瑰精和荧光黄、三芳基甲烷染料如结晶紫、偶氮染料如苯并三唑偶氮、巯基吡啶。二聚物可以通过在偶联剂(即，O-(苯并三唑-1-基)-N，N，N′，N′-四甲基脲鎓六氟磷酸酯)的存在下两个染料单体的偶联反应来获得。在那些染料中采用的同位素取代可以通过使用染料形成反应的同位素取代的前体来获得。也可以通过在并入二聚物中之前在氘化的酸性介质中加热染料使生色团的不稳定芳香核(aromatic proton)发生同位素交换来获得同位素变体。
在本披露的一个非限制性实施方案中，该共价二聚物可以是通过一种连接体偶联在一起的两个碱性玫瑰精6G单体。二聚物可以用作用于靶生物分子的共价改性的试剂。在这个实施方案中的共价二聚物的通式可以是：
其中R是一种卤素亦或-C(O)NR，后者允许连接到其他分子如蛋白质、核酸等上，并且其中m和p是指示其中可以包括杂原子如S、O以及N的碳链的从2至20的数字，并且其中B、C、X、Y、E、G、J、L以及B’、C’、X’、Y’、E’、G’、J’、L’是各自独立的氢、氘、或卤素取代基，并且其中Z是CH、N或B。
在这个实施方案的优化中，连接体可以是如图1中所展示的每个单体的羧酸部分之间的一个六碳桥。该桥可以是脂肪族的，或者只要不干扰到二聚物的对称性，它可以合并另外的杂原子如S、O或N。桥的长度可以变化。例如，该桥在一些实施方案中可以是含有具有4至15个亚甲基(-CH2-)的主链的脂肪族链。在其他的实施方案中，该桥可以包括通过一个多个杂原子(包括但不限于N、O以及S)在一个或多个间隔处散布的多个亚甲基。每个氮杂原子可以进一步由一个或两个氢、苯基、烷基或具有1至6个碳的其他官能团所取代，其中这些取代并不干扰二聚物的总体对称性。
在本披露的另一个非限制性实施方案中，本披露的二聚物是基于具有以下化学式的结晶紫。二聚物可以用作用于靶生物分子的共价改性的试剂：
其中R是卤素亦或-C(O)NR，后者允许连接到其他分子如蛋白质、核酸等上，并且其中m和p是指示其中可以包括杂原子如S、O以及N的碳链的从2至20的数字，并且其中A、B、C、X、Y、E、K、Q、S、T、U、V、W以及B’、C’、X’、Y’、E’、K’、Q’、S’、T’U’V’W’是各自独立的氢、氘、或卤素取代基并且其中Z是CH、N或B。BRIDGE典型地具有化学式：A-NH-(CH2)m-C(<CH2>xOR)-(CH2)n-NH-B，其中m、n以及x是1至10(优选1至4)并且R是COOH或其衍生物。该桥可以含有其他杂原子(即，N、O、S)或杂环。A和B是烷基或烯基。
在本披露的这个实施方案的优化中，该共价二聚物可以具有以下示例性结构。
在这个优化中该桥可以是脂肪族的，或者只要不干扰到二聚物的对称性，它可以合并另外的杂原子如S、O或N。桥的长度可以变化。例如，该桥在一些实施方案中可以是含有具有4至15个亚甲基(-CH2-)的主链的脂肪族链。在其他的实施方案中，该桥可以包括通过一个或多个杂原子(包括但不限于N、O以及S)在一个或多个间隔处散布的多个亚甲基。每个氮杂原子可以进一步由一个或两个氢、苯基、烷基、或具有1至6个碳的其他官能团所取代，其中这些取代并不干扰二聚物的总体对称性。
在本披露中使用的有机染料化合物还能够以氘化形式来取代以便从同位素异位体和同位素分子的特征如拉曼活性标记中受益，同时最小化对二聚物对称性的干扰。碱性玫瑰精6G或结晶紫能够根据已知的方法(如在PCT申请号PCT/US2005/034795中所披露的那些方法)以氘化形式来取代。此外，二聚物在一些实施方案中还可以经受同位素取代以便改变整个分子的对称性。
应理解的是，本披露可以被扩展到二聚化合物以外。有机染料化合物的三聚物或四聚物也可以按照本披露来制备和使用。对于三聚物结构，桥接单元可以含有一个中心原子，这个中心原子可以由用于染料附接的三个相同的连接体取代并且限定一个中央对称要素。对于四聚物结构，桥接单元含有对称性的一个中央对称元件，这个中心元件可以由用于染料附接的四个相同的连接体取代并且限定一个中央对称要素。
合成和应用
在可见光至近红外区中吸收光的具有高拉曼横截面的分子是材料的核心要素。对于本披露的实例包括具有用于同位素取代的不同位点的有机染料，该同位素取代是用氘取代一个或多个氢原子。这些有机染料包括：呫吨染料如碱性玫瑰精和荧光黄、三芳基甲烷染料如结晶紫、偶氮染料如苯并三唑偶氮、巯基吡啶。二聚物可以通过在偶联剂(即，O-(苯并三唑-1-基)-N，N，N′，N′-四甲基脲鎓六氟磷酸酯)的存在下两个染料单体的偶联反应来获得。在那些染料中采用的同位素取代可以通过使用染料形成反应的同位素取代的前体来获得。还可以通过在并入二聚物中之前在氘化的酸性介质中加热染料使生色团的不稳定芳香核发生同位素交换来获得同位素变体。
所有的溶剂和试剂都购买自奥德里奇(Aldrich)。通过使用预涂胶板(60F254)的薄层色谱法(TLC)来监视反应。使用230-400目的硅胶来进行柱色谱法。商业上获得的染料通过在同位素交换之前和之后都使用二氯甲烷/甲醇混合物的快速柱色谱法来进一步纯化。在300、400或500MHz的光谱仪上取得1H NMR光谱。相对于作为内标物的四甲基硅烷，以百万分率(ppm)形式给出质子的化学位移。使用电喷射离子化获得高分辨质谱。
N，N′-二(6-羧基-碱性玫瑰精6G)-N，N′-二甲基-1，6-己基二酰胺的合成：向R6G(43mg，0.1mmole)的DMF溶液中添加O-(苯并三唑-1-基)-N，N，N′，N′-四甲基脲鎓六氟磷酸酯(45mg，0.11mmole)和Et3N(20mg，0.2mmole)。在20分钟之后，添加N，N′-二甲基-1，6-己二胺(7mg，0.048mmole)，并且在室温下搅拌该混合物过夜。用稀HCl来淬灭该反应并且用2∶1的异丙醇和二氯甲烷的混合物进行萃取。用稀HCl、盐水以及水洗涤该混合物，并且然后经Na2SO4进行干燥。利用二氯甲烷和甲醇对粗产物进行液相色谱法，产生所希望的呈深红色固体的产物(52mg，0.055mmole，55％产率)。H1NMR(CD3OD)：δ1.05(m，4H)，1.44(m，4H)，2.11(t，J＝14Hz，2H)，2.15(t，J＝14Hz，2H)，2.17(br，s 12H)，3.01(br，s，6H)，3.12(t，J＝13Hz，2H)，3.15(t，J＝13Hz，2H)，3.52(q，J＝13Hz，3H)，3.56(q，J＝13Hz，3H)，6.91(m，4H)，7.05(m，4H)，7.51(m，2H)，7.65(m，2H)，7.75(m，4H)。M+计算值938.5459，实测值938.5456。
D4-碱性玫瑰精6G-(6-羧甲基)-N-甲基-N′-甲基-己基酰胺的合成：向D4-碱性玫瑰精6G-6-[羧基-(N-羟基丁二酰亚胺基)]-N-甲基)-己基酰胺(28mg，0.05mmole)在无水THF(5ml)中的溶液中添加甲胺(在THF中的1.0mmole)。将该反应搅拌2小时。利用二氯甲烷和甲醇(1％至5％的甲醇)对混合物进行液相色谱法，产生了所希望的呈红色固体的产物(22mg，80％产率)。1H NMR(CD3OD)：δ1.05(m，4H)，1.44(m，8H)，2.11(t，J＝14Hz，2H)，2.17(br，s 12H)，2.98(s，3H)，3.16(t，J＝13Hz，2H)，3.53(q，J＝13Hz，3H)，3.67(s，3H)，6.91(s，2H)，7.05(s，2H)。M+计算值559.3586，实测值559.3588。
染料样品的制备和施用到膜上
通过吸收预先浸泡在MeOH中的在Millipore PVDF膜上的不同浓度(即，1pM、1μM、10μM)的R6G染料衍生物的等分部分(每个样品1μl)来记录拉曼光谱。应用斑点印迹设备来将染料材料装载于已经预先浸泡在甲醇中的在PVDF膜上。用BBI金和银溶液来涂布该膜。
金纳米颗粒的应用
将金纳米颗粒(即，BBI公司的PROTOGOLD)施加到具有可以完全培养该膜的一定体积(约5至10ml)的分析物中，将金溶液中的膜进行覆盖以避开光，并且放在慢速振动器(20至50rpm)上直至染色明显可见。这些金颗粒可以是商用PROTOGOLD溶液，其中纳米颗粒的大小是在20至40nm内。
银纳米颗粒的应用
施加银增强溶液直至染色由暗红色变成深棕色；在缓慢振动(20至50rpm)下干燥过夜。这些银颗粒是通过组合两种银溶液(A∶B＝1∶1，BBI公司)来自制，组合两种银溶液包括对商用银增强试剂盒溶液的后处理。银粒径的大小通常是大于40nm，并且银的染色时间是小于5分钟。
增强的光学特征的评估
D0-R6G单体和D0-R6G二聚物的紫外吸收光谱
图2中展示了D4-R6G单体(D4＝4个H被氘化)和D0-R6G二聚物(D0＝未氘化)的可见吸收光谱。将两种染料都溶解在甲醇中，并且在Cary 4UV-Vis分光光度计上记录光谱。如图2中所示，R6G二聚物的紫外吸收光谱不同于R6G单体的紫外吸收光谱。虽然D4-R6G单体显示了具有在527nm处的最大吸收的紫外光谱，但D0-R6G二聚物的紫外光谱除了在533nm处的最大吸收之外还具有明显的肩角。肩角在染料浓度增大时传至较短的波长。D4-R6G单体的紫外吸收在任何浓度情况下都未展示肩角。在溶解于MeOH中时，R6G二聚物倾向于形成各种聚集体，而R6G单体则不会。D0-R6G二聚物的肩角可以指示染料的不同聚集状态。计算出的D0-R6G二聚物的摩尔消光系数是1.206×106M-1cm-1，而D4-R6G单体的摩尔消光系数是1.16×105M-1cm-1。因此，二聚作用将吸光度增大了一个数量级。
D4-R6G二聚物和D0-R6G单体的荧光光谱
图3中示出了针对D0-R6G二聚物和D4-R6G单体的标准化的荧光发射光谱。将两种染料都溶解在甲醇中，并且在Cary Varian荧光分光光度计上记录光谱。出于在荧光发射峰波长处的类似强度值处选择了D0-R6G二聚物(10μM)和D4-R6G单体(50μM)的浓度并且将其重叠来用于比较。在D0-R6G二聚物拉曼信号内明显的较低的荧光噪声使得检查其荧光强度并且将它与D4-R6G单体的荧光强度相比较成为必需。如在图3中所示，与50μM处的D4-R6G单体发射(550nm处是350)相比较，10μM处的D0-R6G二聚物具有更高的发射吸收(在559nm处是450)。添加了D0-R6G单体的参考荧光光谱；其发射更接近于D4-R6G单体的发射。
D0-R6G二聚物和D4-R6G单体的SERS和SERRS
开发了一种简单的方法来评估PVDF膜上的拉曼染料。首先，将一种染料在特定浓度(即，1μM)下溶解在MeOH中；其次，将溶剂斑点印迹在PVDF膜上并且进行干燥；第三，对这些印记进行金银染色，然后记录拉曼信号。这种纯染料评估方法可与我们开发来用于PVDF膜上的蛋白质量化的方案相媲美。用相同的仪器设置(即，1共相加(coaddition)，10s积分)，利用532nm和630nm的激光，来记录D0-R6G二聚物和D4-R6G单体的拉曼光谱。
通过对预先浸泡在MeOH中的在Millipore PVDF膜上的1.0μM的R6G染料衍生物的等分部分进行吸收来制备用于拉曼光谱分析的样品。然后用金和银的纳米颗粒溶液(英国生物细胞国际公司(British BioCellInternational))对该膜进行涂布。使用具有532nm氩离子激发激光(在样品处传递0.2mW)的Senterra拉曼系统来获得SERRS光谱。使用一个连接至光谱仪的20倍奥林巴斯物镜来收集拉曼信号，该光谱仪具有纤维束用于利用液氮冷却CCD来检测。用于所有测量的积分时间是10s，共相加因数是1。
如在图4中所示，R6G二聚物的SERS和SERRS都显示出比R6G单体的那些强得多的峰(基于600nm峰的积分是5至10倍)。在另一方面，R6G二聚物的原始拉曼光谱展示出与R6G单体的那些相比较而言被淬灭的荧光噪声。
D0-R6G二聚物和D4-R6G单体的SERRS的稳定性研究
在图4中获得的R6G二聚物和单体的SERRS针对它们的稳定性来进一步测试。将含有两种斑点的膜在暗处放置另外的10和30天。在所说明的相同的仪器设置下记录各个天数的SERRS。如在图5中所示，R6G单体的SERRS信号逐渐减弱，并且在10天之后完全消失；然而，R6G二聚物的SERRS信号在10或30天后仍持续，虽然在其信号中存在一些强度变化并且出现一些另外的峰，这可以表明R6G二聚物与PVDF膜上的纳米颗粒的特别的交互影响。
工业实用性
在此披露的有机染料包括共价键合的多聚物或高阶对称结构，其中一个或多个染料单元可任选地含有氘取代。所披露的染料可以对光学涂层、新型光学纳米材料、高密度存储装置特别有用。所披露的染料的结构和光学特点通过表面增强拉曼共振光谱为增加信息量开创了途径。
虽然仅已经阐述了某些实施方案，但本领域普通技术人员从以上说明中将清楚明白多个替代方案和修改方案。这些和其他替代方案被视为等效的并且在本披露和所附权利要求的精神和范围之内。

Claims (15)

1. 一种有机染料化合物的多聚物，该多聚物包含通过连接体共价偶联在一起的该有机染料化合物的至少两个分子，其中所述多聚物具有以下通式结构：
其中R是卤素，并且其中m和p是从2至20的数字，并且其中B、C、X、Y、E、G、J、L以及B’、C’、X’、Y’、E’、G’、J’、L’是各自独立的氢、氘、或卤素取代基，并且其中Z是CH或N。
2.如权利要求1所述的多聚物，其中，该有机染料化合物经受一个或多个同位素取代。
3.如权利要求2所述的多聚物，其中，该同位素取代是氘化作用。
4.一种聚集体，由金属纳米颗粒和权利要求1至3中的任一项所述的多聚物构成。
5.如权利要求4所述的聚集体，其中，所述金属纳米颗粒是金纳米颗粒或银纳米颗粒。
6.一种复合材料，包含衬底以及沉积在该衬底上的权利要求1至3中的任一项所述的多聚物。
7.如权利要求6所述的复合材料，进一步包含与该衬底上的多聚物聚集的金属纳米颗粒。
8.如权利要求6至7中的任一项所述的复合材料，其中，该衬底是一种聚偏二氟乙烯膜。
9.一种用于光学表面的涂层，该涂层包含权利要求1至3中的任一项所述的多聚物。
10.一种增强有机染料化合物的拉曼共振光谱特征的方法，该方法包括：形成该有机染料化合物的一种多聚物并且使该多聚物经受拉曼共振光谱，其中，该多聚物包含通过一种连接体共价偶联在一起的该有机染料化合物的至少两个分子，
其中所述多聚物具有以下通式结构：
其中R是卤素，并且其中m和p是从2至20的数字，并且其中B、C、X、Y、E、G、J、L以及B’、C’、X’、Y’、E’、G’、J’、L’是各自独立的氢、氘、或卤素取代基，并且其中Z是CH或N。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括使该多聚物与金属纳米颗粒聚集的步骤。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述金属纳米颗粒是金纳米颗粒或银纳米颗粒。
13.如权利要求10至12中的任一项所述的方法，进一步包括将该多聚物沉积在一个衬底上。
14.如权利要求13所述的方法，其中，该衬底是一种聚偏二氟乙烯膜。
15.如权利要求10至12中的任一项所述的方法，其中，该有机染料化合物经受一个或多个同位素取代。
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