CN111712468A - 聚合物荧光团、包含其的组合物及制备和使用其的方法 - Google Patents

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胡公方
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Abstract

本文描述了聚合物荧光团，其包含染料、聚合物和任选的生物缀合基团。聚合物荧光团可以具有由下式表示的结构：A‑B‑C或C‑A‑B，其中A是染料；B是包含一种或多种疏水单元和一种或多种亲水单元的聚合物；和任选地C，其中C在存在时包含生物缀合基团。本文还描述了包含所述聚合物荧光团的组合物及制备和使用其的方法。

Description

聚合物荧光团、包含其的组合物及制备和使用其的方法
相关申请信息
本申请要求2017年12月22日提交的美国临时专利申请序号62/609,494和2018年8月3日提交的美国临时专利申请序号62/714,541的权益，其各自的公开内容以其整体通过引用并入本文。
政府资助声明
本发明是在能源部门授予的授权号DE-SC0001035的政府支持下进行的。政府对本发明享有某些权利。
技术领域
本发明一般涉及包含染料、聚合物链段和任选的生物缀合基团的聚合物荧光团。本发明还涉及包含聚合物荧光团的组合物及制备和使用其的方法。
背景技术
荧光团的许多应用发生在水溶液中，然而大多数有机荧光团是疏水性的或仅具有适度的极性。大量包封荧光团的方法还没有一种满足合成简单性、不存在荧光团-荧光团猝灭和存在单个可生物缀合基团的标准。
发明内容
本发明的第一方面涉及具有由下式表示的结构的化合物：
Figure 171475DEST_PATH_IMAGE001
其中
A是染料(例如，荧光团)，任选地其中所述染料具有在约150道尔顿(Da)至约3,000 Da范围内的分子量；
B是包含一种或多种疏水单元和一种或多种亲水单元的聚合物，任选地其中所述聚合物具有在约1,000 Da、5,000 Da或10,000 Da至约175,000 Da范围内的分子量；和
任选地C，其中C包含生物缀合基团。
本发明的另一方面涉及包含本发明的化合物和任选的水的组合物。此外，本发明的方面涉及组合物，其包含：颗粒(例如，包括核和壳的颗粒)，其中所述颗粒包含具有由下式表示的结构的化合物：
Figure 88615DEST_PATH_IMAGE002
其中
A是染料(例如，荧光团)；
B是包含一种或多种疏水单元和一种或多种亲水单元的聚合物；和
任选地C，其中C包含生物缀合基团；以及水。
本发明的另一方面涉及制备化合物的方法，其包括：使疏水单体和亲水单体聚合以提供共聚物；将染料连接到所述共聚物的第一部分(例如，末端或端部分)，从而提供所述化合物；任选地将生物缀合基团连接到所述共聚物的第二部分(例如，另一末端或端部分)；和/或任选地使所述化合物交联。使疏水单体和亲水单体聚合可以包括在引发剂(例如，溴化物引发剂)、催化剂(例如，钌催化剂)和任选的助催化剂的存在下通过活性自由基聚合进行聚合以提供共聚物。
本发明的另一方面涉及根据本发明的方法制备的化合物。
根据本发明的实施方案，还提供了本发明的化合物的用途和/或本发明的组合物的用途，例如，用于流式细胞术中。
本发明的另一方面涉及使用流式细胞术检测细胞和/或颗粒的方法，所述方法包括用本发明的化合物标记细胞和/或颗粒；以及通过流式细胞术检测所述化合物，从而检测所述细胞和/或颗粒。
本发明的另一方面涉及检测受试者中的组织和/或试剂(例如，细胞、感染剂等)的方法，所述方法包括：向所述受试者给予本发明的化合物或本发明的组合物，任选地其中所述化合物与所述组织和/或试剂关联；以及检测所述受试者体内的所述化合物，从而检测所述组织和/或试剂。
本发明的另一方面涉及包含一种或多种(例如，1、2、3、4、5、6或更多种)本发明的化合物的生物分子(例如，细胞、抗体等)。
应注意，关于一个实施方案描述的本发明的方面可以并入不同的实施方案中，即使没有关于其进行具体描述。也就是说，所有实施方案和/或任何实施方案的特点都可以以任何方式和/或组合来组合。因此，申请人保留改变任何原始提交的权利要求和/或提交任何新权利要求的权利，包括能够修改任何原始提交的权利要求以从属于和/或并入任何其他的一个或多个权利要求的任何特点(尽管没有以这种方式提出原始权利要求)的权利。下面陈述的说明书中详细解释了本发明的这些和其他目的和/或方面。从阅读下列附图和优选实施方案的详述中，本领域普通技术人员会了解本发明的其他特点、优点和细节，这样的描述仅说明本发明。
附图说明
图1显示根据本发明的实施方案的示例性聚合物荧光团的示意图。
图2是共聚物7 (实线)和负载二氢卟吩的共聚物F2 (虚线)的SEC洗脱迹线。样品用THF洗脱并用折射率检测器检测。
图3显示三种不同的吸收光谱。图(A)显示在CH2Cl2中的D1的吸收光谱(实线)，以及在水中的F1的吸收光谱(虚线)和发射光谱(点)，浓度为μM。图(B)显示在CH2Cl2中的D2的吸收光谱(实线)，以及在水中的F2的吸收光谱(虚线)和发射光谱(点)，浓度为μM。图(C)显示在甲苯中的D3的吸收光谱(实线)，以及在水中的F3的吸收光谱(虚线)和发射光谱(点)，浓度为μM。所有光谱都在室温下测量。
图4显示在10 mg/mL (A)、5 mg/mL (B)和1.0 mg/mL (C)下的F-2的动态光散射(DLS)尺寸数据。
图5显示在1.0 M NaCl溶液中的F-2的吸收光谱(顶部)和在水中的F-2的吸收光谱(底部)。
图6显示在1.0 M NaCl溶液中的F-2的发射光谱(顶部)和在水中的F-2的发射光谱(底部)。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出本发明的实施方案。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施方案；相反，提供这些实施方案是为了使本公开透彻和完整，并将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。
本文中在本发明的说明书中使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而不意图限制本发明。如本发明的说明书和所附权利要求书中所用，除非上下文中另有明确指示，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式。
除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。应进一步理解，如常用字典中定义的那些，术语应当被解释为具有与它们在本申请和相关领域的背景下的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的含义进行解释，除非本文中明确如此定义。本文中在本发明的描述中使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而不意图限制本发明。本文中提到的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献都通过引用以其整体并入本文。如果术语中存在矛盾，则以本说明书为准。
同样如本文所用，“和/或”是指并涵盖相关所列项目中的一个或多个的任何和所有可能的组合，以及当以替代(“或”)解释时，则缺少组合。
除非上下文另外指示，否则特别意指本文所述的本发明的各种特点可以任意组合使用。此外，本发明还考虑，在本发明的一些实施方案中，可以排除或省略本文所述的任何特点或特点组合。举例而言，如果说明书陈述复合物包含组分A、B和C，则其明确意指可以省略和放弃A、B或C中的任一项或其组合。
如本文所用，过渡短语“基本上由……组成”(和语法上的变体)被解释为涵盖要求保护的发明所列举的材料或步骤“和不实质上影响要求保护的发明的基本和新颖的一个或多个特征的那些”。参见，关于Herz, 537 F.2d 549, 551-52, 190 U.S.P.Q.461,463(CCPA 1976)(原件中强调)；还参见MPEP § 2111.03。因此，如本文所用的术语“基本上由……组成”不应被解释为等同于“包含”。
还应理解，如本文所用，术语“实例”、“示例性”及其语法变型意欲指非限制性实例和/或本文所讨论的变体实施方案，而不意欲指示与一个或多个其他实施方案相比，对本文所讨论的一个或多个实施方案的优选。
如本文所用的术语“约”，在提及可测量的值(如量或浓度等)时，意在涵盖具体值的±10%、±5%、±1%、±0.5%或甚至±0.1%的变化以及所述具体值。例如，“约X”，在X是可测量的值的情况下，意在包括X以及X的±10%、±5%、±1%、±0.5%或甚至±0.1%的变化。本文中提供的可测量值的范围可以包括任何其他范围和/或其中的个别值。
“衍生物”，当在本文中关于化学分子使用时，是指与母体分子实体相比具有一个或多个修饰(例如，去除、取代等)的原子(例如，氢)、官能团和/或键的化学分子。例如，染料的衍生物可以指具有一个或多个修饰(例如，去除)的原子(例如，氢)和/或官能团以促进与另一基团或部分共价结合(例如，促进与聚合物共价结合)的母体染料化合物。在一些实施方案中，衍生物可以包括改变母体分子实体的吸收光谱的官能团(例如，取代基和/或助色团)。
如本文单独或作为另一基团的一部分使用的“烷基”是指含有1至20个碳原子的直链或支链烃，其可以被称为C1-C20烷基。烷基的代表性实例包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、正己基、3-甲基己基、2,2-二甲基戊基、2,3-二甲基戊基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基等。如本文所用，“低级烷基”是烷基的子集，并且在一些实施方案中，是指含有1至4个碳原子的直链或支链烃基。低级烷基的代表性实例包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基等。除非另外指示，术语“烷基”或“低级烷基”意欲包括取代的烷基或低级烷基和未取代的烷基或低级烷基两者，并且这些基团可以被选自卤基、烷基、卤代烷基、烯基、炔基、环烷基、环烷基烷基、芳基、芳烷基、杂环基、杂环烷基、羟基、烷氧基(从而产生聚烷氧基，如聚乙二醇)、烯氧基、炔氧基、卤代烷氧基、环烷氧基、环烷基烷氧基、芳氧基、芳基烷氧基、杂环氧基、杂环烷氧基、巯基、烷基-S(O)m、卤代烷基-S(O)m、烯基-S(O)m、炔基-S(O)m、环烷基-S(O)m、环烷基烷基-S(O)m、芳基-S(O)m、芳烷基-S(O)m、杂环基-S(O)m、杂环烷基-S(O)m、氨基、羧基、烷基氨基、烯基氨基、炔基氨基、卤代烷基氨基、环烷基氨基、环烷基烷基氨基、芳基氨基、芳烷基氨基、杂环氨基、杂环烷基氨基、二取代的氨基、酰基氨基、酰氧基、酯、酰胺、磺酰胺、脲、烷氧基酰氨基、氨基酰氧基、硝基或氰基，其中m＝0、1、2或3。
如本文单独或作为另一基团的一部分使用的“烯基”是指含有1至20个碳原子(或在低级烯基中，1至4个碳原子)的直链或支链烃，其可以在正链中包含1至8个双键，并且可以被称为C1-C20烯基。烯基的代表性实例包括但不限于乙烯基、2-丙烯基、3-丁烯基、2-丁烯基、4-戊烯基、3-戊烯基、2-己烯基、3-己烯基、2,4-庚二烯等。除非另外指出，否则术语“烯基”或“低级烯基”意欲包括取代的烯基或低级烯基和未取代的烯基或低级烯基两者，并且这些基团可以被如结合上述烷基和低级烷基描述的基团取代。
如本文单独或作为另一基团的一部分使用的“炔基”是指含有1至20个碳原子(或在低级炔基中，1至4个碳原子)的直链或支链烃，其在正链中包含1个三键，并且可以被称为C1-C20炔基。炔基的代表性实例包括但不限于2-丙炔基、3-丁炔基、2-丁炔基、4-戊炔基、3-戊炔基等。除非另外指出，否则术语“炔基”或“低级炔基”意欲包括取代的炔基或低级炔基和未取代的炔基或低级炔基两者，并且这些基团可以被与如结合上述烷基和低级烷基阐述相同的基团取代。
如本文所用的“卤基”是指任何合适的卤素，包括-F、-Cl、-Br和-I。
如本文所用的“巯基”是指-SH基团。
如本文所用的“叠氮基”是指-N3基团。
如本文所用的“氰基”是指-CN基团。
如本文所用的“羟基”是指-OH基团。
如本文所用的“硝基”是指-NO2基团。
如本文单独或作为另一基团的一部分使用的“烷氧基”是指通过氧基-O-附接到母体分子部分的如本文定义的烷基或低级烷基(并且因此包括取代版本，如聚烷氧基)。烷氧基的代表性实例包括但不限于甲氧基、乙氧基、丙氧基、2-丙氧基、丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、己氧基等。
如本文单独或作为另一基团的一部分使用的“酰基”是指-C(O)R基团，其中R是任何合适的取代基，如芳基、烷基、烯基、炔基、环烷基或如本文所述的其他合适的取代基。
如本文单独或作为另一基团的一部分使用的“卤代烷基”是指通过如本文定义的烷基附接到母体分子部分的至少一个如本文定义的卤素。卤代烷基的代表性实例包括但不限于氯甲基、2-氟乙基、三氟甲基、五氟乙基、2-氯-3-氟戊基等。
如本文单独或作为另一基团的一部分使用的“烷硫基”是指通过如本文所定义的硫基部分附接到母体分子部分的如本文定义的烷基。烷硫基的代表性实例包括但不限于甲硫基、乙硫基、叔丁硫基、己硫基等。
如本文单独或作为另一基团的一部分使用的“芳基”是指具有一个或多个芳族环的单环碳环环系统或双环碳环稠环系统。芳基的代表性实例包括但不限于薁基、二氢茚基、茚基、萘基、苯基、四氢萘基等。除非另外指示，否则术语“芳基”意欲包括取代的芳基和未取代的芳基两者，并且这些基团可以被与如结合上述烷基和低级烷基阐述相同的基团取代。
如本文单独或作为另一基团的一部分使用的“芳烷基”是指通过如本文定义的烷基附接到母体分子部分的如本文定义的芳基。芳烷基的代表性实例包括但不限于苄基、2-苯基乙基、3-苯基丙基、2-萘-2-基乙基等。
如本文所用的“氨基”是指基团-NH2。
如本文单独或作为另一基团的一部分使用的“烷基氨基”是指基团-NHR，其中R是烷基。
如本文单独或作为另一基团的一部分使用的“酯”是指-C(O)OR基团，其中R是任何合适的取代基，如烷基、环烷基、烯基、炔基或芳基。
如本文所用的“甲酰基”是指-C(O)H基团。
如本文所用的“羧酸”是指-C(O)OH基团。
如本文所用的“磺氧基”是指式-S(O)R的化合物，其中R是任何合适的取代基，如烷基、环烷基、烯基、炔基或芳基。
如本文所用的“磺酰基”是指式-S(O)(O)R的化合物，其中R是任何合适的取代基，如烷基、环烷基、烯基、炔基或芳基。
如本文所用的“磺酸盐”是指磺酸的盐(例如，钠(Na)盐)和/或式-S(O)(O)OR的化合物，其中R是任何合适的取代基，如烷基、环烷基、烯基、炔基或芳基。
如本文所用的“磺酸”是指式-S(O)(O)OH的化合物。
如本文单独或作为另一基团的一部分使用的“酰胺”是指-C(O)NRaRb基团，其中Ra和Rb是任何合适的取代基，如烷基、环烷基、烯基、炔基或芳基。
如本文单独或作为另一基团的一部分使用的“磺酰胺”是指-S(O)2NRaRb基团，其中Ra和Rb是任何合适的取代基，如H、烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、杂烷基或杂芳基。
本发明的化合物包括聚合物荧光团。本发明的化合物包括与单个(即，1个)染料连接的单个(即，1个)聚合物，并且任选地包含单个(即，1个)生物缀合基团，其可以具有生物分子的单个结合位点。示例性化合物示于图1中。在一些实施方案中，一个聚合物与染料和生物缀合基团(当存在时)两者连接。在一些实施方案中，一个染料与聚合物和生物缀合基团(当存在时)两者连接。在一些实施方案中，本发明的组合物包含在溶液(如水、水溶液和/或疏水溶剂)中的本发明的化合物。
虽然本发明的化合物可以经由生物缀合基团连接到单个生物分子，但所述生物分子可以包含一个或多个(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个)本发明的化合物。因此，在一些实施方案中，生物分子和/或其部分包含一个或多个(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个)本发明的化合物。
在一些实施方案中，本发明的化合物具有由下式表示的结构：
Figure 727407DEST_PATH_IMAGE003
其中
A是染料(例如，荧光团)；
B是包含一种或多种疏水单元和一种或多种亲水单元的聚合物；和
任选地C，其中C在存在时包含生物缀合基团。
“染料”和“荧光团”在本文中可互换使用，是指发射荧光的分子实体。染料或荧光团也可以被称为具有某些光谱学特点和/或性质的发色团。在一些实施方案中，所述染料具有在约150道尔顿(Da)至约3,000 Da、约400 Da至约1100 Da或约300 Da至约1,000 Da范围内的分子量。在一些实施方案中，所述染料具有约150 Da、200 Da、300 Da、400 Da、500 Da、600 Da、700 Da、800 Da、900 Da、1000 Da、1200 Da、1300 Da、1400 Da、1500 Da、1600 Da、1700 Da、1800 Da、1900 Da、2000 Da、2200 Da、2300 Da、2400 Da、2500 Da、2600 Da、2700Da、2800 Da、2900 Da或3000 Da的分子量。示例性染料包括但不限于四吡咯；萘嵌苯类，如二萘嵌苯、三萘嵌苯和四萘嵌苯；荧光素，如TET (四甲基荧光素)、2',7'-二甲氧基-4',5'-二氯-6-羧基荧光素(JOE)、6-羧基荧光素(HEX)和5-羧基荧光素(5-FAM)；藻红蛋白；试卤灵染料；香豆素染料；罗丹明染料，如6-羧基-X-罗丹明(ROX)、德克萨斯红(Texas Red)和N,N,N',N'-四甲基-6-羧基罗丹明(TAMRA)；花青染料；酞菁；硼-二吡咯亚甲基(BODIPY)染料；喹啉；芘；吖啶；二苯乙烯；以及其衍生物。在一些实施方案中，染料是四吡咯，其包括卟啉、二氢卟吩和菌绿素及其衍生物。示例性四吡咯包括但不限于美国专利号6,272,038；6,451,942；6,420,648；6,559,374；6,765,092；6,407,330；6,642,376；6,946,552；6,603,070；6,849,730；7,005,237；6,916,982；6,944,047；7,884,280；7,332,599；7,148,361；7,022,862；6,924,375；7,501,507；7,323,561；7,153,975；7,317,108；7,501,508；7,378,520；7,534,807；7,919,770；7,799,910；7,582,751；8,097,609；8,187,824；8,207,329；7,633,007；7,745,618；7,994,312；8,278,340；9,303,165；和9,365,722；和国际申请号PCT/US17/47266和PCT/US17/63251中描述的那些。在一些实施方案中，染料为疏水性的。在一些实施方案中，染料可以连接和/或结合到与一种或多种不同单体聚合(例如，与疏水单体和/或亲水单体聚合)的单体。在一些实施方案中，染料是发光体(即，可以发光并且未指定初始状态(例如，单重态、三重态和/或另一状态)的性质的材料和/或化合物)。示例性发光体包括但不限于分别提供磷光和/或荧光的磷光体和/或荧光团。
本发明化合物的聚合物可以包含一种或多种(例如，1、5、10、50、100或更多种)疏水单元和一种或多种(例如，1、5、10、50、100或更多种)亲水单元。所述聚合物可以由一种或多种(例如，1、5、10、50、100或更多种)疏水单体和一种或多种(例如，1、5、10、50、100或更多种)亲水单体使用任何类型的聚合制备，以提供包含一种或多种疏水单元和一种或多种亲水单元的聚合物。在一些实施方案中，聚合物可以由两种或更多种(例如，2、3、4、5或更多种)彼此不同的疏水单体和/或两种或更多种(例如，2、3、4、5或更多种)彼此不同的亲水单体制备。例如，在一些实施方案中，本发明化合物的聚合物可以由至少一种疏水单体、至少一种第一亲水单体和至少一种第二亲水单体制备，其中第一亲水单体和第二亲水单体彼此不同。
如本文所用的“亲水单体”是指包含亲水(例如，离子和/或极性)官能团(例如，亲水侧基官能团)的单体，任选地其中亲水官能团在部分和/或单体的末端部分。如本领域技术人员将理解的，亲水单体的一部分可以是疏水性的，例如当与其他单体聚合时形成聚合物主链的部分和/或包括离子部分的官能团的部分(例如，烃链)，但是如果其包含亲水官能团，则仍然称为亲水单体。如本文所用的“亲水单元”是指由相应的亲水单体制备的聚合物的部分或单元。如本文所用的“疏水单体”是指包含疏水官能团(例如，疏水侧基官能团)的单体，任选地其中所述疏水官能团在部分和/或单体的末端部分。在一些实施方案中，疏水官能团是烃部分(例如，烷基)。如本文所用的“疏水单元”是指由相应的疏水单体制备的聚合物的部分或单元。
在一些实施方案中，本发明化合物的聚合物也可以被称为本发明化合物的聚合物链段。所述一种或多种疏水单元和所述一种或多种亲水单元可以无规地分布在聚合物中。在一些实施方案中，聚合物是无规共聚物。聚合物可以是两亲性无规共聚物，任选地是线性两亲性无规共聚物。所述一种或多种疏水单元和所述一种或多种亲水单元可以以约1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10 (疏水单元:亲水单元)的比率存在于所述聚合物中。聚合物的长度可以变化和/或受到控制。在一些实施方案中，聚合物具有在约1,000 Da至约175,000 Da、约5,000 Da至约175,000 Da、约10,000 Da至约175,000 Da、约100,000Da至约150,000 Da、约50,000 Da至约130,000 Da或约10,000 Da至约100,000 Da范围内的分子量。在一些实施方案中，聚合物具有约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160或170千道尔顿(kDa)的分子量。
聚合物的疏水单元和/或亲水单元可以包含侧基官能团。“侧基官能团”可以是直接连接到聚合物主链或直接连接到与聚合物主链连接的部分的官能团。侧基官能团可以是聚合时疏水单元和/或单体和/或亲水单元和/或单体的一部分，或者可以在聚合后加到疏水单元和/或亲水单元上。在一些实施方案中，侧基官能团可以在聚合之后(例如，聚合后官能化)加到疏水单元和/或亲水单元上。在一些实施方案中，侧基官能团包含带电的基团。在一些实施方案中，侧基官能团是卤基、羟基、羧基、氨基、甲酰基、乙烯基、环氧基、巯基、酯基(例如，活性酯，如五氟苯基酯、琥珀酰亚胺酯、2,4-二硝基苯基酯等)、叠氮基、五氟苯基、琥珀酰亚胺基、氟苯基、马来酰亚胺基、异氰酸基或异硫氰酸基。在一些实施方案中，侧基官能团是包含末端阳离子(例如，铵)、阴离子(例如，磺酸根、磷酸根、羧酸根)或两性离子(例如，胆碱或胆碱样基团(例如，胆碱衍生物))基团和任选的聚(乙二醇)部分和/或单元的亲水基团。在一些实施方案中，亲水基团连接到聚(乙二醇)部分和/或单元，任选地连接到聚(乙二醇)部分和/或单元的末端部分。
在一些实施方案中，疏水单元包含含有烷基(例如，十二烷基甲基)的侧基官能团和/或亲水单元包含含有二醇(例如，聚(乙二醇))、磺酸和/或磺酸酯的侧基官能团。在一些实施方案中，疏水单元由丙烯酸烷基酯(例如，丙烯酸甲酯十二烷基酯)单体制备和/或亲水单元由丙烯酸二醇酯(例如，聚乙二醇化丙烯酸甲酯)单体制备。在一些实施方案中，本发明的化合物包含至少一种由丙烯酸烷基酯(例如，丙烯酸甲酯十二烷基酯)单体制备的疏水单元和至少两种不同的亲水单元，所述亲水单元包括由丙烯酸二醇酯(例如，聚乙二醇化丙烯酸甲酯)单体制备的第一亲水单元和由磺酸丙烯酸酯单体(例如，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸)和/或磺酸酯丙烯酸酯单体制备的第二亲水单元。
在一些实施方案中，一种或多种疏水单元和/或一种或多种亲水单元可以包含电荷(例如，正电荷或负电荷)和/或带电的基团(例如，阳离子或阴离子基团)，并且所述电荷可以抑制与化合物或其部分(例如，与聚合物的一部分)的非特异性结合。
在一些实施方案中，疏水单体(其可以用于提供如本文所述的聚合物的疏水单元)可以具有由式I表示的结构：
Figure 122616DEST_PATH_IMAGE004
，
其中：
R是氢或C1-C8烷基(例如，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7或C8烷基)；
R1不存在或者是-O-、-NH-、-CH2-；
A是C1-C20烷基、C2-C20烯基或C2-C20炔基；并且
R2是氢或者是卤基、羟基、羧基、氨基、甲酰基或酯基(例如，琥珀酰亚胺酯、2,4-二硝基苯基酯、五氟苯基酯、氟苯基酯等)。在一些实施方案中，式I的化合物中的R2是羟基、羧基、氨基、甲酰基或酯基。在一些实施方案中，式I的化合物中的R2是氢。在一些实施方案中，式I的化合物中的A是C2-C4烷基、C2-C6烷基、C4-C20烷基、C6-C20烷基、C8-C16烷基、C8-C18烷基、C10-C14烷基或C10-C12烷基。在一些实施方案中，式I的化合物中的A是C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、19或C20烷基、烯基或炔基。在一些实施方案中，式I的化合物中的A是C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、19或C20烷基。
在一些实施方案中，亲水单体(其可以用于提供如本文所述的聚合物的亲水单元)可以具有由式II表示的结构：
Figure 936988DEST_PATH_IMAGE005
，
其中：
R是氢或C1-C8烷基(例如，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7或C8烷基)；
R1不存在或者是-O-、-NH-或-CH2-；
R3选自以下组成的基团：-(CH2CH2R5)n-、-C1-C6烷基、-C1-C6烷基-O-和-C1-C6烷基-SO3-或其盐，其中R5是-O-或-CH2-，且n是1或5至10、25、50、75、100、1,000、5,000或10,000的整数；并且
R4不存在或者是氢、烷基、膦酰基(例如，二羟基磷酰基)、磺酰基(例如，羟基磺酰基)、磷脂酰胆碱(即，2-(三甲基铵基)乙氧基(羟基)磷酰基)、磷酰基、卤基、羟基、羧基、氨基、铵基、甲酰基或酯基(例如，五氟苯基酯、琥珀酰亚胺酯、氟苯基酯或2,4-二硝基苯基酯)。
在一些实施方案中，式II的化合物中的R4是羟基、羧基、氨基、甲酰基或酯基，任选地当R3是-(CH2CH2R5)n-、-C1-C6烷基或-C1-C6烷基-O-时。在一些实施方案中，当式II的化合物中的R3是-C1-C6烷基-O-或-(CH2CH2R5)n-时，其中R5是-O-，R4可以是氢、烷基(例如，甲基或乙基)、膦酰基(例如，二羟基磷酰基)、磺酰基(例如，羟基磺酰基)、磷脂酰胆碱或磷酰基。在一些实施方案中，当式II的化合物中的R3是-C1-C6烷基时，R4可以是羟基、羧基、氨基、铵基、甲酰基、酯基、膦酰基或磺酰基。在一些实施方案中，当式II的化合物中的R3是-C1-C6烷基-SO3-或其盐时，R4是氢或不存在。在一些实施方案中，式II的化合物中的R3是-C1-C6烷基-SO3-的盐(例如，钠盐)，且R4不存在。在一些实施方案中，式II的化合物中的R3是-(CH2CH2R5)n-。
在一些实施方案中，疏水单元可以具有由式III表示的结构：
Figure 759451DEST_PATH_IMAGE006
，
其中：
R是氢或C1-C8烷基(例如，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7或C8烷基)；
R1不存在或者是-O-、-NH-、-CH2-；
A是C1-C20烷基、C2-C20烯基或C2-C20炔基；
R2是氢或卤基、羟基、羧基、氨基、甲酰基、乙烯基、环氧基、巯基、酯基(例如，五氟苯基酯、琥珀酰亚胺酯、氟苯基酯或2,4-二硝基苯基酯)、叠氮基、马来酰亚胺基、异氰酸基或异硫氰酸基；并且
p是1至10、100、1,000、5,000、10,000、50,000或100,000的整数。
在一些实施方案中，式III的化合物中的R2是羟基、羧基、氨基、甲酰基或酯基。在一些实施方案中，式III的化合物中的R2是乙烯基、环氧基、巯基、叠氮基、异氰酸基、异硫氰酸基或马来酰亚胺基，其可以任选地在聚合之后和/或通过后聚合官能化加入和/或提供。在一些实施方案中，式III的化合物中的R2是氢。在一些实施方案中，式III的化合物中的A是C2-C4烷基、C2-C6烷基、C4-C20烷基、C6-C20烷基、C8-C16烷基、C8-C18烷基、C10-C14烷基或C10-C12烷基。在一些实施方案中，式III的化合物中的A是C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、19或C20烷基、烯基或炔基。在一些实施方案中，式III的化合物中的A是C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、19或C20烷基。
在一些实施方案中，亲水单元可以具有由式IV表示的结构：
Figure 26484DEST_PATH_IMAGE007
，
其中：
R是氢或C1-C8烷基(例如，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7或C8烷基)；
R1不存在或者是-O-、-NH-或-CH2-；
R3选自以下组成的基团：-(CH2CH2R5)n-、-C1-C6烷基、-C1-C6烷基-O-和-C1-C6烷基-SO3-或其盐，其中R5是-O-或-CH2-，且n是1或5至10、25、50、75、100、1,000、5,000或10,000的整数；
R4不存在或者是氢、烷基、膦酰基(例如，二羟基磷酰基)、磺酰基(例如，羟基磺酰基)、磷脂酰胆碱(即，2-(三甲基铵基)乙氧基(羟基)磷酰基)、磷酰基、卤基、羟基、羧基、氨基、铵基、甲酰基或酯基(例如，五氟苯基酯、琥珀酰亚胺酯、氟苯基酯或2,4-二硝基苯基酯)；并且
p是1至10、100、1,000、5,000、10,000、50,000或100,000的整数。
在一些实施方案中，式IV的化合物中的R4是羟基、羧基、氨基、甲酰基或酯基，任选地当R3是-(CH2CH2R5)n-、-C1-C6烷基或-C1-C6烷基-O-时。在一些实施方案中，当式IV的化合物中的R3是-C1-C6烷基-O-或-(CH2CH2R5)n-时，其中R5是-O-，R4可以是氢、烷基(例如，甲基或乙基)、膦酰基(例如，二羟基磷酰基)、磺酰基(例如，羟基磺酰基)、磷脂酰胆碱(即，2-(三甲基铵基)乙氧基(羟基)磷酰基)或磷酰基。在一些实施方案中，当式IV的化合物中的R3是-C1-C6烷基或-(CH2CH2R5)n-时，其中R5是-CH2-，R4可以是羟基、羧基、氨基、铵基、甲酰基、酯基、膦酰基或磺酰基。在一些实施方案中，式IV的化合物中的R4是氢、烷基、膦酰基、磺酰基、磷脂酰胆碱、磷酰基、卤基、羟基、羧基、氨基、铵基、甲酰基或酯基。在一些实施方案中，式IV的化合物中的R4是乙烯基、环氧基、巯基、叠氮基、异氰酸基、异硫氰酸基或马来酰亚胺基，其可以任选地在聚合之后和/或通过后聚合官能化加入和/或提供。在一些实施方案中，当式IV的化合物中的R3是-C1-C6烷基-SO3-或其盐时，R4是氢或不存在。在一些实施方案中，式IV的化合物中的R3是-C1-C6烷基-SO3-的盐(例如，钠盐)，且R4不存在。在一些实施方案中，式II的化合物中的R3是-(CH2CH2R5)n-。
在一些实施方案中，本发明的化合物可以包含和/或是遥爪聚合物，其是能够通过其反应性端基中的一个或多个参与进一步的聚合或其他反应的聚合物或预聚物。在一些实施方案中，本发明的化合物可以包含和/或是杂遥爪聚合物，其是能够通过在聚合物或预聚物的每端的反应性端基参与进一步的聚合或其他反应的聚合物或预聚物，并且两个反应性端基彼此不同。在一些实施方案中，本发明的化合物可以包含和/或是同遥爪聚合物，其是能够通过在聚合物或预聚物的每端的反应性端基参与进一步的聚合或其他反应的聚合物或预聚物，并且两个反应性端基彼此不同。在一些实施方案中，本发明的化合物可以包含和/或是半遥爪聚合物，其是能够通过在聚合物或预聚物的一端的反应性端基参与进一步的聚合或其他反应的聚合物或预聚物。
生物缀合基团可以任选地存在于本发明的化合物中。“可生物缀合基团”、“可生物缀合位点”或“生物缀合基团”及其语法变体是指可以结合或用于结合生物分子(例如，蛋白质、肽、DNA、RNA等)的部分和/或官能团。因此，“可生物缀合基团”、“可生物缀合位点”或“生物缀合基团”及其语法变体不包含生物分子。然而，在一些实施方案中，生物缀合基团用于结合生物分子或者生物缀合基团或其衍生物结合生物分子(例如，蛋白质、肽、DNA、RNA等)。示例性的可生物缀合基团包括但不限于胺(包括胺衍生物)，如异氰酸酯、异硫氰酸酯、碘乙酰胺、叠氮化物、重氮盐等；酸或酸衍生物，如N-羟基琥珀酰亚胺酯(更一般地，衍生自羧酸的活性酯，例如对硝基苯基酯)、酰肼等；和其他连接基团，如醛、磺酰氯、磺酰肼、环氧化物、羟基、硫醇基、马来酰亚胺、氮丙啶、丙烯酰基、卤基、生物素、2-亚氨基生物素等；连接基团(如上述连接基团)是已知的并且描述在美国专利号6,728,129；6,657,884；6,212,093；和6,208,553中。例如，本发明的化合物可以包含生物缀合基团，所述生物缀合基团包含羧酸，并且所述羧酸可以用于生物缀合到生物分子(例如，通过碳化二亚胺活化和与氨基取代的生物分子偶联)。
在一些实施方案中，生物分子可以包含和/或是蛋白质(例如，抗体和/或载体蛋白)、肽、DNA、RNA等。在一些实施方案中，生物分子可以包含任选地可以包括一个或多个(例如，1、2、3、4、5、6、7、8或更多个)本发明化合物的结合位点的部分(例如，聚合物)。在一些实施方案中，生物分子可以是特异性结合对的成员。“特异性结合对”和“配体-受体结合对”在本文中可互换使用，并且指两种不同的分子，其中一种分子在表面上或在分子的空腔中具有特异性吸引或结合另一分子的特定空间或极性组织的区域，导致两种分子彼此具有亲和力。特异性结合对的成员可以被称为配体和受体(抗配体)。术语配体和受体意欲涵盖足以在配体和受体之间发生结合的整个配体或受体或其部分。配体-受体结合对的实例包括但不限于激素和激素受体，例如表皮生长因子和表皮生长因子受体、肿瘤坏死因子-α和肿瘤坏死因子-受体以及干扰素和干扰素受体；抗生物素蛋白和生物素或抗生物素；抗体和抗原对；酶和底物；药物和药物受体；细胞表面抗原和凝集素；两条互补核酸链；核酸链和互补寡核苷酸；白细胞介素和白细胞介素受体；以及刺激因子及其受体，如粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GMCSF)和GMCSF受体以及巨噬细胞集落刺激因子(MCSF)和MCSF受体。
本发明的化合物可以包含染料(例如，四吡咯)，其共价连接到如本文所述的聚合物的一部分上。在一些实施方案中，染料可以共价连接到聚合物的末端部分。当存在时，生物缀合基团也可以共价连接到聚合物的一部分，例如聚合物的末端部分。在一些实施方案中，生物缀合基团共价连接到聚合物的第一末端部分(例如，第一端)，并且染料共价连接到聚合物的相对末端部分(例如，相对端)。
本发明的化合物可以包含共价连接到聚合物的一部分的染料(例如，四吡咯)，并且生物缀合基团可以共价连接到染料的一部分。在一些实施方案中，生物缀合基团共价连接到染料的第一部分(例如，第一端)，并且聚合物共价连接到染料的第二部分(例如，相对端)。
在一些实施方案中，本发明的化合物或其部分具有非刚性主链(例如，非刚性聚合物主链)和/或具有构象柔性。分子链的构象柔性可以通过化合物或其部分(例如，聚合物部分)的“相关长度”来描述和定量。在一些实施方案中，本发明化合物的相关长度可以大约是给定碳碳键的长度。
本发明的化合物可以是自折叠的，例如在水和/或水溶液中自折叠。如本文所用的“自折叠”是指化合物从部分或完全伸展或未折叠的结构转变为其中至少一部分伸展或未折叠的结构在与溶液(例如，水溶液)或化合物接触时变得折叠的结构，并且折叠是固有的，因为它在与溶液接触时自发地发生(即，无外部控制或力)。在一些实施方案中，本发明的化合物在与水和/或水溶液接触时自折叠。本发明的化合物可以任选地在与水和/或水溶液接触时自折叠成单聚体胶束结构。
在一些实施方案中，本发明的化合物可以是颗粒形式。本发明的化合物可以例如在与溶液(例如，水溶液)接触时形成颗粒。在一些实施方案中，单个(即，1个)化合物可以形成颗粒。因此，化合物和颗粒以约1:1的比率存在(即，每个颗粒有一个化合物)。
本发明的化合物可以在颗粒的核或内部区域包含一种或多种疏水单元的一部分和/或在颗粒的外围或外部区域(例如，壳)包含一种或多种亲水单元的一部分。在一些实施方案中，颗粒具有胶束结构(例如，单聚体胶束结构)。本发明的化合物可以包含染料，其可以连接到本发明的聚合物上，并且当化合物为折叠结构和/或颗粒形式(例如，单聚体胶束结构)时，染料可以被化合物的一部分(例如，聚合物的一部分)包封。在一些实施方案中，染料或其部分和一种或多种疏水单元可以存在于颗粒的核或内部区域中，并且一种或多种亲水单元可以围绕染料和/或一种或多种疏水单元。
在一些实施方案中，存在于本发明聚合物中的疏水单元可以是式III的疏水单元中的一种或多种。在一些实施方案中，疏水单元中的一种或多种包含烷基(例如，十二烷基甲基)侧基官能团和/或由式I的化合物和/或丙烯酸烷基酯(例如，丙烯酸甲酯十二烷基酯)单体形成。在一些实施方案中，本发明聚合物中存在的亲水单元可以是式IV的亲水单元中的一种或多种和/或可以由式II的化合物形成。在一些实施方案中，亲水单元中的一种或多种包含非离子(即，中性/不带电荷的)侧基官能团(例如，PEG)和/或由非离子单体(例如，聚乙二醇化丙烯酸甲酯(PEGA))形成。在一些实施方案中，亲水单元中的一种或多种包含离子(例如，阴离子、带电荷的)侧基官能团(例如，磺酸和/或磺酸盐)和/或由离子单体(例如，磺酸丙烯酸酯(例如，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸))形成。在一些实施方案中，亲水单元由至少两种不同的单体形成，所述单体例如为非离子(即，中性/不带电荷的)亲水单体(例如，聚乙二醇化丙烯酸甲酯(PEGA))和离子(例如，阴离子、带电荷的)亲水单体(例如，磺酸丙烯酸酯(例如，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸))。如本领域技术人员所理解的，包含酸(如磺酸)的单体可以以酸的形式和/或以其离子形式存在。在一些实施方案中，包含酸的单体主要(即，大于50%)以其离子形式。在一些实施方案中，离子性亲水单体是去质子化形式(例如，去质子化磺酸丙烯酸酯)和/或盐形式(例如，磺酸钠丙烯酸酯，例如作为钠盐的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸)的酸。
在一些实施方案中，当两种或更多种不同的亲水单元存在于本发明的聚合物中时，两种或更多种不同的亲水单元的比率可以变化，例如从约10:1变为约1:10。例如，在一些实施方案中，聚合物包含非离子(即，中性/不带电荷的)亲水单元(例如，由聚乙二醇化丙烯酸甲酯(PEGA)形成)和离子(例如，阴离子、带电荷的)亲水单元(例如，由磺酸丙烯酸酯(例如，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸)形成)，比率为约10:1、9:1、8:1、7:1、6:1、5:1、4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10（非离子单元：离子单元）。在一些实施方案中，本发明聚合物主链中存在的一种或多种亲水单元与一种或多种疏水单元的比率可以变化。在一些实施方案中，聚合物主链中存在的一种或多种亲水单元与一种或多种疏水单元的比率为约1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10 (疏水单元:亲水单元)。
在一些实施方案中，本发明的聚合物包含基于用于制备聚合物的单体的总摩尔量计约1%至约40%的疏水单元和基于用于制备聚合物的单体的总摩尔量计约60%至约99%的亲水单元。在一些实施方案中，本发明的聚合物包含基于用于制备聚合物的单体的总摩尔量计约1%、5%、10%、15%或20%至约25%、30%、35%或40%的疏水单元和基于用于制备聚合物的单体的总摩尔量计约60%、65%、70%、75%或80%至约85%、90%、95%或99%的亲水单元。在一些实施方案中，聚合物包含基于用于制备聚合物的单体的总摩尔量计约1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%、20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%、29%、30%、31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%或40%的疏水单元。在一些实施方案中，聚合物包含基于用于制备聚合物的单体的总摩尔量计小于约30% (例如，小于约25%、20%、15%、10%或5%)的疏水单元。在一些实施方案中，聚合物包含基于用于制备聚合物的单体的总摩尔量计约60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%的亲水单元。在一些实施方案中，聚合物包含基于用于制备聚合物的单体的总摩尔量计大于约70% (例如，大于约75%、80%、85%、90%或95%)的亲水单元。
本发明的聚合物可以具有基于聚合物总重量计约1%、5%、10%、15%或20%至约25%、30%、35%或40%的疏水单元的重量分数。在一些实施方案中，聚合物可以具有基于聚合物的总重量计约1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%、20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%、29%、30%、31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%或40%的疏水单元的重量分数。在一些实施方案中，聚合物可以具有基于聚合物的总重量计小于约30% (例如，小于约25%、20%、15%、10%或5%)的疏水单元的重量分数。
本发明的聚合物可以具有基于聚合物的总重量计约60%、65%、70%、75%或80%至约85%、90%、95%或99%的亲水单元的重量分数。在一些实施方案中，本发明的聚合物可以具有基于聚合物的总重量计约60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%的亲水单元的重量分数。在一些实施方案中，聚合物可以具有基于聚合物的总重量计大于约70% (例如，大于约75%、80%、85%、90%或95%)的亲水单元的重量分数。
在一些实施方案中，在与溶液接触时形成的单聚体胶束结构的量为约50%至约100%、约75%至约100%、约85%至约100%、或约95%至约100%，任选地如使用测尺寸的方法(例如，动态光散射(DLS))所测量。在一些实施方案中，在与溶液接触时形成的单聚体胶束结构的量为约50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或100%，任选地如使用测尺寸的方法(例如，动态光散射(DLS))所测量。
在一些实施方案中，与稀释前溶液中存在的单聚体胶束结构的量相比，稀释含有以单聚体胶束结构形式的本发明化合物的溶液不会导致溶液中存在的单聚体胶束结构的损失或损失小于约20%。在一些实施方案中，与稀释前溶液中存在的单聚体胶束结构的量相比，溶液中存在的单聚体胶束结构的量在稀释时不改变，或者改变小于约20%、19%、18%、17%、16%、15%、14%、13%、12%、11%、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%或0.1%。
在一些实施方案中，包含以单聚体胶束结构形式的本发明化合物的溶液包含小于约50%(例如，小于约49%、48%、47%、46%、45%、44%、43%、42%、41%、40%、39%、38%、37%、36%、35%、34%、33%、32%、31%、30%、29%、28%、27%、26%、25%、24%、23%、22%、21%、20%、19%、18%、17%、16%、15%、14%、13%、12%、11%、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%或0.1%)的聚集体。因此，至少50%或更多的化合物不聚集，并且可以是以单聚体胶束结构的形式。在一些实施方案中，与稀释前溶液中存在的聚集体的量相比，稀释包含以单聚体胶束结构形式的本发明化合物的溶液不导致或导致最少的另外的聚集体形成。在一些实施方案中，与稀释前溶液中存在的聚集体的量相比，包含本发明化合物的溶液中存在的聚集体的量在稀释时不改变，或者改变小于约20%、19%、18%、17%、16%、15%、14%、13%、12%、11%、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%或0.1%。在一些实施方案中，稀释的溶液包含小于约50%(例如，小于约49%、48%、47%、46%、45%、44%、43%、42%、41%、40%、39%、38%、37%、36%、35%、34%、33%、32%、31%、30%、29%、28%、27%、26%、25%、24%、23%、22%、21%、20%、19%、18%、17%、16%、15%、14%、13%、12%、11%、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%或0.1%)的聚集体。
本发明的化合物在水和/或水溶液中可以具有在约1 nm至约50 nm或约3 nm至约30 nm范围内的直径(例如，当折叠时，如以单聚体胶束结构)。在一些实施方案中，化合物在水和/或水溶液中可以具有约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50 nm的直径(例如，当折叠时，如以单聚体胶束结构)。在一些实施方案中，本发明的化合物可以是以颗粒形式(即，至少部分折叠的结构)。
在一些实施方案中，本发明的化合物是交联的，任选地其中当化合物为折叠结构时，化合物是交联的。在一些实施方案中，本发明的化合物可以在溶液(例如，水溶液)中和/或可以用交联剂交联。使本发明的化合物交联可以包括将一种或多种疏水单元和/或一种或多种亲水单元的两个或更多个部分和/或官能团(例如，侧基官能团)连接在一起。交联可以提供以折叠结构的化合物，所述折叠结构在不破坏通过交联形成的一个或多个键的情况下无法展开。交联的程度或量可以例如通过与化合物反应的交联剂的量来控制、修改和/或调谐。在一些实施方案中，使化合物交联的步骤可以包括如表1中所列的反应和/或反应实体(例如，官能团)。
表1：示例性交联反应和官能团。
反应 官能团
聚合 烯烃
聚合 丙烯酸酯
硫醇-烯反应 硫醇基+烯烃
叠氮化物-炔反应 叠氮基+炔
硫醇-马来酰亚胺反应 硫醇基+马来酰亚胺
羟基+戊二醛 羟基+醛
胺+戊二醛 氨基+醛
二硫化物形成 硫醇+硫醇
酰胺形成 胺+羧酸
酯形成 羟基+羧酸
乙酰基脲形成 碳化二亚胺+羧酸
腙形成 酰肼+醛
在本发明的化合物中，与化合物存在于疏水溶剂(例如，甲苯)中时染料的荧光量子产率相比，当化合物存在于水和/或水溶液中时染料的荧光量子产率可以降低约10%或更少(例如，10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%或更少)。在本发明的化合物生物缀合到生物分子(例如，蛋白质)时，染料的荧光量子产率可以与水和/或疏水溶剂中的染料的荧光量子产率相同或基本上相同(例如，±20%内)。在一些实施方案中，如果染料的荧光量子产率为1.00 (理论最大值)，则可以接受10倍或更少(例如，约10、9、8、7、6、5、4、3、2倍或更少)的降低。
在一些实施方案中，本发明的化合物是水溶性的。所述化合物在室温下在水中的溶解度可以在约1 mg/mL至约10 mg/mL的范围内。在一些实施方案中，所述化合物在室温下在水中的溶解度为约1、2、3、4、5、6、7、8、9或10 mg/mL。
在一些实施方案中，本发明的化合物和/或颗粒耐稀释。如本文所用的“耐稀释”是指化合物和/或颗粒保持其结构和/或性质。在一些实施方案中，耐稀释是指化合物和/或颗粒保持折叠结构(例如，单聚体胶束结构)，其可以通过测量稀释前和稀释后颗粒的直径来确定，并且稀释后的直径可以保持在稀释前的直径的±50%、40%、30%、20%、10%或更小内。在一些实施方案中，耐稀释是指化合物和/或颗粒保持稀释后染料的荧光量子产率在稀释前染料的荧光量子产率的±50%、40%、30%、20%、10%或更小内。在一些实施方案中，当稀释至高达25x、50x、75x或100x时或当稀释至亚微摩尔浓度时，本发明的化合物和/或颗粒保持折叠结构。
根据本发明的一些实施方案提供了制备本发明的化合物和/或组合物的方法。在一些实施方案中，制备本发明化合物的方法包括使疏水单体和亲水单体聚合以提供共聚物；将染料连接到所述共聚物的第一部分(例如，末端或端部分)；以及任选地将生物缀合基团(例如，可生物缀合基团)连接到所述共聚物的第二部分(例如，另一末端或端部分)，由此提供所述化合物。疏水单体和亲水单体可以使用本领域技术人员已知的任何方法聚合，例如但不限于通过缩合反应(例如，用二醇和二酸的反应)和/或活性自由基聚合(例如，原子转移自由基聚合(ATRP)或可逆加成-断裂链转移(RAFT))。在一些实施方案中，用提供共聚物的方法进行疏水单体和亲水单体聚合，所述共聚物的一个端基或两个端基具有反应性(即，共聚物的端基中的一个或两个能够参与进一步的聚合或反应)，并且这两个端基可以相同或不同。在一些实施方案中，在引发剂(例如，溴化物引发剂)、催化剂(例如，钌催化剂)和任选的助催化剂的存在下通过活性自由基聚合(例如，ATRP)进行疏水单体和亲水单体聚合，以提供共聚物。在一些实施方案中，在引发剂(例如，AIBN)和RAFT试剂(例如，硫代羰基硫化合物)的存在下通过活性自由基聚合(例如，RAFT)进行疏水单体和亲水单体聚合。
在一些实施方案中，将染料连接到共聚物的第一部分可以包括使包含染料的单体与疏水单体和/或单元和/或亲水单体和/或单元反应。因此，在一些实施方案中，将染料连接到共聚物上的步骤可以在聚合步骤期间或之后发生。在一些实施方案中，所述方法包括在使疏水单体和亲水单体聚合的步骤期间，使包含染料的单体与一种或多种(例如，两种或三种)疏水单体和/或单元和/或一种或多种(例如，两种或三种)亲水单体和/或单元反应。在一些实施方案中，一种或多种疏水单体和一种或多种亲水单体的聚合在引发剂的存在下通过活性自由基聚合(例如，ATRP)发生，并且所述引发剂包含染料。在一些实施方案中，一种或多种疏水单体和/或一种或多种亲水单体的聚合在自由基引发剂和RAFT试剂的存在下通过活性自由基聚合(例如，RAFT)发生，任选地其中所述RAFT试剂包含染料。
当共聚物可用于直接染料连接或生物缀合时，共聚物可以包含的示例性末端官能团包括但不限于表2中所述的那些。这些末端官能团不是侧基官能团，而是可以存在于共聚物的任一端。
表2：共聚物上和染料或生物分子上的示例性末端官能团(FG)以及示例性键和化学。
Figure 117062DEST_PATH_IMAGE008
一些官能团在某些聚合条件下可能是不稳定的。因此，在一些实施方案中，官能团可以以受保护的形式引入。结果，这些官能团可以在脱保护时用于染料连接或生物缀合。某些官能团的示例性保护形式包括但不限于表3中所列的那些。
表3：某些官能团的示例性保护形式。
Figure 785941DEST_PATH_IMAGE009
在一些实施方案中，共聚物的一部分(例如，末端或端部分)可以包含卤基(例如，Cl、Br、I)。共聚物的卤化物部分可以用亲核试剂或封端试剂衍生，以产生用于染料连接或生物缀合的官能团。在一些实施方案中，共聚物的一部分(例如，末端部分)可以包含硫醇基，其可以用包含硫醇反应性基团的试剂衍生以产生用于染料连接或生物缀合的官能团。硫醇反应性基团的实例包括但不限于卤化物(例如，溴、氯、碘)、炔、醛、乙烯基酮和/或马来酰亚胺基官能团。表2和3中列出的所有官能团都与这些策略相容，并且另外的示例性官能团包括但不限于表4中列出的那些。
表4：衍生后的共聚物上和染料或生物分子上的示例性末端官能团(FG)以及示例性键和化学。
Figure 779305DEST_PATH_IMAGE010
使疏水单体和亲水单体聚合(任选地通过ATRP或RAFT)可以包括使疏水单体和亲水单体以约1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10的比率(一种或多种疏水单体:一种或多种亲水单体)聚合。在一些实施方案中，所述比率可以是约1:1至约1:3或约1:6。在一些实施方案中，疏水单体是丙烯酸烷基酯(例如，丙烯酸甲酯十二烷基酯)和/或亲水单体是丙烯酸二醇酯(例如，聚乙二醇化丙烯酸甲酯)。在一些实施方案中，一种或多种疏水单体与两种或更多种不同的亲水单体(任选地通过RAFT或ATRP)以约1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10 (一种或多种疏水单体:一种或多种亲水单体)的比率聚合。例如，在一些实施方案中，第一亲水单体可以是离子性的(例如，磺酸丙烯酸酯单体(例如，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸)和/或磺酸酯单体)，并且第二亲水单体可以是非离子性的(例如，丙烯酸二醇酯(例如，聚乙二醇化丙烯酸甲酯))。第一亲水单体与第二亲水单体的比率可以变化(例如，第一亲水单体:第二亲水单体的比率可以为约6:1、5:1、4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5或1:6。
可以用于本发明方法的示例性催化剂包括但不限于钌复合物、铁复合物、铜复合物、镍复合物、钯复合物、铑复合物和铼复合物。示例性钌复合物包括但不限于二氯三(三苯基膦)钌(II) [RuCl2(PPh3)3]、氯化五甲基环戊二烯基双(三苯基膦)钌(II) [RuCp*Cl(PPh3)2]、氯(环戊二烯基)二(三苯基膦)钌[RuCpCl(PPh3)2]、二氢四(三苯基膦)钌(II)[RuH2(PPh3)4]和二氯(对伞花烃)钌(II)二聚体。示例性铁复合物包括但不限于二氯双(三苯基膦)铁(II) [FeCl2(PPh3)2]、溴(环戊二烯基)二羰基铁(II) [FeCpBr(CO)2]和环戊二烯基二羰基铁二聚体。在一些实施方案中，可以使用用铜盐和配体原位产生的铜复合物，并且示例性铜盐包括但不限于氯化亚铜、溴化亚铜、三氟甲磺酸亚铜、六氟磷酸亚铜和乙酸亚铜等。示例性氮基配体包括但不限于2,2’-联吡啶及其衍生物、1,10-菲咯啉及其衍生物、鹰爪豆碱和其他二胺、以及三联吡啶及其衍生物。示例性镍复合物包括但不限于二溴双(三苯基膦)镍(II) [NiBr2(PPh3)2]和四(三苯基膦)镍[Ni(PPh3)4]。示例性钯复合物是四(三苯基膦)钯[Pd(PPh3)4]。示例性铑复合物是溴化三(三苯基膦)铑。示例性铼复合物是碘化二氧代双(三苯基膦)铼。在一些实施方案中，催化剂是氯化五甲基环戊二烯基双(三苯基膦)钌(II)。
助催化剂可以任选地存在于本发明的方法中，例如在使疏水单体和亲水单体聚合的步骤中。在一些实施方案中，可以存在助催化剂，并且其可以是4-(二甲基氨基)-1-丁醇。
在一些实施方案中，本发明的方法包括任选地在三氟乙酸和水的存在下水解共聚物，以在共聚物的第一部分(例如，第一末端)提供甲酰基。所述方法可以包括使染料与共聚物的甲酰基反应，以任选地通过醛-酰肼化学在染料和共聚物之间形成腙键，从而将染料连接到共聚物的第一部分。在一些实施方案中，生物分子可以通过经由还原胺化使甲酰基与生物缀合基团上的胺基反应来连接。
在一些实施方案中，本发明的方法包括使共聚物与巯基乙酸和三乙胺反应，以在共聚物的第二部分(例如，第二末端)提供羧甲基硫醚基团。可以将羧甲基硫醚基团衍生以在共聚物的第二部分提供N-羟基琥珀酰亚胺酯。生物分子(例如，抗生物素蛋白)可以连接到共聚物的第二部分上的N-羟基琥珀酰亚胺酯上。
在一些实施方案中，本发明的方法包括使共聚物与叠氮化钠反应以提供叠氮基，以及任选地通过铜催化的叠氮化物-炔化学将染料连接到叠氮基。
在一些实施方案中，本发明的方法包括RAFT聚合。在一些实施方案中，RAFT聚合在自由基引发剂(例如，AIBN)和RAFT试剂(如硫代羰基硫化合物)的存在下进行。RAFT试剂的另外实例但不限于二硫代酯、二硫代氨基甲酸酯、三硫代碳酸酯、二硫代苯甲酸酯和/或黄原酸酯。
在一些实施方案中，本发明的方法包括裂解使用RAFT聚合获得的共聚物的末端上存在的硫代羰基硫官能度。这样的裂解可以使用本领域已知的任何一般方法进行。例如，在一些实施方案中，硫代羰基硫官能度通过氨解，例如在乙醇胺的存在下裂解，以提供游离硫醇。在一些实施方案中，游离硫醇可以与包含马来酰亚胺官能度的染料偶联，从而将染料连接到共聚物的第一部分(例如，末端)。在一些实施方案中，生物分子可以与第一部分(例如，末端)的游离硫醇基连接。在一些实施方案中，生物分子可以连接到聚合物的相对末端。
根据一些实施方案，本发明的化合物和/或组合物可以用于流式细胞术。流式细胞术是已知的，并且描述于例如美国专利号5,167；5,915,925；6,248,590；6,589,792；和6,890,487中。在一些实施方案中，被检测的颗粒(如细胞)用发光化合物(如本发明的化合物)标记，用于检测。标记可以通过任何合适的技术进行，例如，将发光化合物(例如，本发明的化合物)结合到颗粒或细胞，例如通过特异性结合颗粒或细胞的抗体，通过将发光化合物摄取或内化到细胞或颗粒中，通过将发光化合物非特异性吸附到细胞或颗粒等实现。本文所述的化合物可以作为这样的发光化合物用于流式细胞术，所述流式细胞术技术(包括荧光活化细胞分选或FACS)可以根据已知技术或其变体进行，基于本公开内容，所述已知技术或其变体对本领域技术人员是显而易见的。
在一些实施方案中，提供了使用流式细胞术检测细胞和/或颗粒的方法，所述方法包括用本发明的化合物标记细胞和/或颗粒，以及通过流式细胞术检测所述化合物，从而检测所述细胞和/或颗粒。
在一些实施方案中，提供了检测受试者中的组织和/或试剂(例如，细胞、感染剂等)的方法，所述方法包括：向所述受试者给予本发明的化合物和/或组合物，任选地其中所述化合物与所述组织和/或试剂关联；以及检测所述受试者体内的所述化合物，从而检测所述组织和/或试剂。
在一些实施方案中，提供了在光动力治疗(PDT)和/或光动力灭活(PDI)中使用本发明化合物的方法。光动力治疗(PDT)是一种涉及光和光敏化学物质(例如，本发明的化合物)的光疗形式，所述光敏化学物质与分子氧结合使用以引发细胞死亡(光毒性)。PDT可以用于杀死微生物细胞，包括细菌、真菌和病毒。PDT也可以用于治疗癌症。当在光动力治疗(PDT)中给予光能以破坏肿瘤时，各种形式的能量都在本发明的范围内，如本领域普通技术人员所理解的。这样的形式的能量包括但不限于热、声波、超声波、化学、光、微波、电离(如x-射线和伽马射线)、机械和/或电能。例如，声动学诱导或活化剂包括但不限于镓-卟啉复合物(参见Yumita等人，Cancer Letters 112:79-86 (1997))，其他卟啉复合物，如原卟啉和血卟啉(参见Umemura等人，Ultrasonics Sonochemistry 3:S187-S191 (1996))；在超声治疗方法的存在下使用的其他癌症药物，如柔红霉素和阿霉素(参见Yumita等人，Japan J.Hyperthermic Oncology 3(2):175-182 (1987))。
处理领域的实例包括但不限于以下：
(i)机会性感染的处理。本发明的化合物、组合物和/或方法可以用于机会性感染的PDT，特别是软组织的PDT。对于感染(特别是伤口感染)的抗微生物处理(通过PDT)，感染生物体可以包括(作为非限制性实例)金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和/或大肠杆菌。在医院感染中，铜绿假单胞菌引起8%的外科伤口感染和10%的血流感染。在一些实施方案中，受试者是免疫受损的受试者，例如患有AIDS和/或经历免疫抑制剂处理的那些受试者。
(ii)烧伤的处理。金黄色葡萄球菌和革兰氏阳性菌的感染通常在烧伤中特别明显(Lambrechts，2005)。金黄色葡萄球菌的多药物抗性提出了重大的医学挑战。在这方面，本发明的化合物、组合物和/或方法可以用于处理烧伤的机会性感染。
(iii)败血症。本发明的化合物、组合物和/或方法可以用于PDT处理患有创伤弧菌机会性感染的受试者。革兰氏阴性细菌创伤弧菌在人中引起原发性败血症、伤口感染和/或胃肠道疾病。
(iv)溃疡。本发明的化合物、组合物和/或方法可以用于PDT处理引起溃疡的细菌(幽门螺杆菌)。在临床中，处理可以以任何合适的方式实现，例如通过将光缆(类似于内窥镜，但提供用于递送红光或近红外光)插入胃和/或患病区域。
(v)牙周病。本发明的化合物、组合物和/或方法可以用于PDT以处理牙周病(包括牙龈炎)。牙周病是由细菌(如革兰氏阴性厌氧菌牙龈卟啉单胞菌)的过度生长引起的。与许多PDT处理一样，靶向或增溶实体与光活性物质结合对于将光活性物质适当递送到所需细胞是必要的。用于靶向的所关注的口腔病原体包括但不限于牙龈卟啉单胞菌、伴放线杆菌(Actinobacillus actinomycetemcomitans)、福氏拟杆菌(Bacteroides forsythus)、直肠弯曲杆菌(Campylobacter rectus)、啮蚀艾肯菌(Eikenella corrodens)、多形具核梭杆菌亚种(Fusobacterium nucleatum subsp. Polymorphum)、粘性放线菌和链球菌。对于这样的应用，本发明的化合物和/或组合物可以局部给予(例如，作为漱口水或漱口液)，然后用外部装置、口中器具或其组合进行光给予。
(vi)动脉粥样硬化。本发明的化合物、组合物和/或方法可以用于PDT以处理易损动脉粥样硬化斑块。不希望受任何特定理论的束缚，据信侵入的炎性巨噬细胞分泌降解冠状动脉中的胶原薄层的金属蛋白酶，导致血栓形成，血栓形成通常是致命的(Demidova和Hamblin，2004)。靶向这样的炎性巨噬细胞的菌绿素可以用于易损斑块的PDT。
(vii)美容和皮肤病学应用。本发明的化合物、组合物和/或方法可以用于PDT以处理各种美容皮肤病学问题(如脱毛)、牛皮癣处理和/或皮肤变色的去除。目前使用红宝石激光用于脱毛；在许多激光处理中，黑色素是光敏发色团。这样的处理对于深色头发的白皙皮肤的人相当有效。本发明的化合物、组合物和/或方法可以用作用于脱毛的近红外光敏剂，其能够靶向具有更特异和/或尖锐吸收带的发色团。
(viii)痤疮。本发明的化合物、组合物和/或方法可以用于PDT以处理痤疮。寻常痤疮是由痤疮丙酸杆菌引起的，其感染皮脂腺；约80%的年轻人受到影响。这里，细菌对抗生素处理的不断增长的抗性再次导致难以处理的痤疮的暴涨。痤疮的目前PDT处理通常依赖于加入氨基乙酰丙酸，其在毛囊或皮脂腺中转化为游离碱卟啉。本发明的化合物和/或组合物可以局部或胃肠外(例如，通过皮下注射)给予到受试者，这取决于特定的病况。
(ix)感染性疾病。本发明的化合物、组合物和/或方法可以用于PDT以处理感染性疾病。例如，广泛发生在地中海和中东地区的皮肤利什曼病和皮下利什曼病目前用含砷化合物处理。最近至少在一种情况下，已经使用PDT来合理地作用于人类受试者。本发明的化合物和/或组合物的使用同样是有用的，并且潜在地提供了诸如易于合成和更好的光谱吸收性质的优点。
(x)组织封闭剂。本发明的化合物、组合物和/或方法可以用于PDT，作为需要其的受试者中的组织封闭剂。光活化组织封闭剂对于封闭伤口、粘合组织和/或闭合组织中的缺陷是有吸引力的。存在许多不期望使用缝合线和/或钉的应用，并且使用这样的机械封闭方法经常导致感染和/或疤痕。
(xi)赘生性疾病。本发明的化合物、组合物和/或方法可以用于PDT以处理赘生性疾病和/或癌症，包括皮肤癌、肺癌、结肠癌、乳腺癌、前列腺癌、宫颈癌、卵巢癌、基底细胞癌、白血病、淋巴瘤、鳞状细胞癌、黑素瘤、斑期皮肤T细胞淋巴瘤和/或卡波西肉瘤。
在光动力治疗期间，将本发明的化合物给予到需要其的受试者(例如，患有任何上述疾病的受试者)。所给予的化合物可以与受试者内部存在的患病组织关联，并且受试者暴露于发射具有适当波长和强度的合适光的光源可以将化合物活化(例如，释放活性氧物质(ROS))到患病组织中，从而处理患病组织，任选地不影响健康组织。例如，在一些实施方案中，患病组织是过度增殖组织(例如，肿瘤)。
在以下非限制性实施例中更详细地解释本发明。
实施例
实施例1-单个疏水荧光团的单个聚合物包封
对具有侧基聚乙二醇化荧光团的无规共聚物和含有疏水荧光团的聚合胶束进行了研究。最终，确定了需要杂遥爪两亲性无规共聚物的设计，所述共聚物通过由两种丙烯酸酯单体-亲水(侧基PEG-6)单体和疏水(十二烷基)单体以3:1的比率活性自由基聚合(通过在40℃下在乙醇中RuCp*Cl(PPh3)2、4-(二甲基氨基)-1-丁醇和缩醛取代的引发剂)而衍生。缩醛水解，随后与疏水的二氢卟吩-酰肼反应，提供带有单个二氢卟吩-腙的聚合物(即，折叠体或单链纳米颗粒，缩写为scNp)。与甲苯中的二氢卟吩相比，检查水溶液中的二氢卟吩聚合物展示出尖锐的吸收/荧光带和未降低的荧光量子产率。所述方法将荧光团选择和水溶解策略分到不同的领域，后者的实施现在相当简单。
合成并光谱学表征了三种具有自折叠性质的疏水染料标记的两亲性共聚物F1-F3。疏水染料和聚合物主链的结构特点如方案1中所示。两亲性共聚物由亲水链段(PEG链段)和疏水链段(十二烷基链段)以3:1的比率组成，分子量约为120 kDa。作为无规嵌段共聚物，所述共聚物在水中可以自折叠以产生疏水中心，包封疏水染料并由此保护染料不聚集。将三种疏水染料，即分子尺寸和吸收波长(分别为540 nm、640 nm和700 nm)不同的BODIPY、二氢卟吩和酞菁负载在相同的聚合物主链上，并依靠光谱学测量。尽管不希望受任何特定理论的束缚，但负载染料的共聚物在水中的所得独特荧光性质表明染料包封的有效性可以取决于染料的分子尺寸和共聚物主链的长度。
Figure 533634DEST_PATH_IMAGE011
方案1. 目标两亲性负载染料的共聚物F1-F3。
疏水荧光团的合成。通常，此处用于染料连接的染料酰肼由相应的羧酸酯通过酰胺形成制备。用水合肼处理作为活化羧基物质的BODIPY-NHS酯1以40%的产率提供所需的BODIPY-酰肼D1 (方案2)。
Figure 270646DEST_PATH_IMAGE012
方案2. BODIPY-酰肼D1的合成。
在Pd(PPh3)4、甲醇和一氧化碳的存在下通过羰基插入将碘二氢卟吩2定量地转化为甲酯3 (方案3)。然后在回流条件下用水合肼处理甲酯3，以83%的产率产生所需的二氢卟吩-酰肼D2。注意到反应需要在低于50 mM的浓度下进行，因为更浓的溶液导致D2还原为相应的菌绿素。
Figure 794031DEST_PATH_IMAGE013
方案3. 二氢卟吩-酰肼D2的合成。
由于大环的溶解度限制，酞菁-酰肼D3的制备需要更多的努力。在Pd(OAc)2/P(o-tol)3的存在下，乙炔基酞菁4与3-(4-溴苯基)丙酸甲酯偶联，以13%的产率提供甲酯5 (方案4)。此外，大环在反应体系中的低溶解度是Sonogashira偶联反应的低收率的原因。然后用在甲苯和甲醇的混合物中的肼处理甲酯5，以产生所需的酰肼D3。
Figure 82930DEST_PATH_IMAGE014
方案4. 酞菁-酰肼D3的合成。
共聚物的合成。单体PEGA和LA的活性自由基聚合在RuCp*Cl(PPh3)2和4-二甲基氨基丁醇的存在下用报道的引发剂6以3:1的比率进行(方案5)。所得共聚物7是杂遥爪的，一端为缩醛，而另一端为溴化物。这两个官能团被衍生以分别用于进一步连接染料和安装可生物缀合手柄。7中的溴化物被巯基乙酸取代，在共聚物的末端提供羧基以开放进行生物缀合。在酸性条件下缩醛末端的水解产生甲酰共聚物8。这种共聚物8用作染料缀合的平台，通过分别用酰肼D1-D3处理，产生目标负载染料的共聚物F1-F3。
Figure 324555DEST_PATH_IMAGE015
方案5. 负载染料的两亲性共聚物F1-F3的制备。
SEC分析。以F2为例，使用分析SEC监测染料-连接反应的过程。示于图2中的SEC迹线指示在二氢卟吩键联到共聚物上时的尺寸增加。同样，基于SEC分析估计共聚物7的分子量为1.2×105 g/mol。
吸收光谱和发射光谱的测量。然后对目标负载染料的共聚物F1-F3在有机溶剂和水溶液两者中进行其光谱学性质的研究。光谱示于图3中。对于F1 (负载BODIPY，图3，图A)和F2 (负载二氢卟吩，图3，图B)两者，样品以μM浓度在水溶液中的吸收光谱与其在有机溶液中的吸收光谱相当。与120-kDa的两亲性共聚物的连接强烈增强了BODIPY D1和二氢卟吩D2的水溶性，而对光谱学性质没有强烈的干扰。F1和F2在水中的发射带保持与在有机溶液中测量的发射带相同，显示在F1和F2以μM浓度的水溶液中涉及的染料-染料相互作用最小。然而，作为染料分子尺寸的最大值，负载酞菁的共聚物F3在水中提供与其在甲苯中完全不同的吸收光谱(图3，图C)，具有完全猝灭的荧光。这种负面结果可能是由于共聚物主链的尺寸不合适。可能需要尺寸更大的聚合物来包封大的疏水荧光团，如酞菁D3。
荧光量子产率。还在室温下测量了水中的F1-F3的荧光量子产率。数据与其他光谱学数据一起汇总在表5中。以连接二氢卟吩的共聚物F2为例，染料-共聚物缀合物以μM浓度在水中表现出0.18的荧光量子产率(条目6)，其与仅染料D2的CH2Cl2溶液的值(0.19，条目4)相似。对于BODIPY标记的共聚物F1 (
Figure 599679DEST_PATH_IMAGE016
＝0.058，条目3)和BODIPY染料D1 (0.065，条目1)观察到类似的结果。这些比较指示不存在由F1和F2在μM水溶液中聚集导致的染料-染料猝灭。结果证明，当聚合物链的长度适当时，两亲性共聚物作为将疏水荧光团包封在水中的成功平台。然而，如上所述，酞菁标记的共聚物具有完全猝灭的荧光。聚合物链越长，对包封较大荧光团(如D3)可能越有效。此外，较小的酞菁骨架(例如，用甲基代替庚基作为外围基团)可以成功地用当前长度的共聚物包封。
表5. 共聚物F1-F3和荧光团D1-D3的光谱学性质。
Figure 243150DEST_PATH_IMAGE017
实验部分
一般方法。除非另外指出，否则所有商业上获得的化学品都按原样使用。试剂级溶剂(CH2Cl2、THF、甲醇)和HPLC级水按原样使用。除非另外指出，否则NMR数据在CDCl3溶液中测量。非商业化合物1、2和4按照文献程序制备。分析SEC实验用PLgel 10000 Å SEC柱进行，用ACS级THF (用400 ppm BHT稳定)在35℃下以1 mL/min的流速洗脱。用Agilent 1260无限折射率检测器检测样品。在室温下，在Agilent 8453和Shimadzu UV1800仪器上使用化合物在UV透明(例如，石英)比色皿中的稀(μmol)溶液与溶剂空白对照测量吸收光谱。
2-[6-(N-氨基氨基甲酰基)己-1-炔-1-基]-8-均三甲苯基-4,4-二氟-4-硼杂-3a,4a-二氮杂-s-二环戊二烯并苯(indacene) (D1)。在室温下，将1 (9.0 mg)在THF (500 μL)中的溶液用水合肼(5.3 μL)处理30分钟。然后将溶液浓缩并进行色谱分离(硅胶，CH3OH/乙酸＝9:1)，提供红色固体(3.0 mg，39%)：1H NMR (DMSO-d 6, 300 MHz) δ 8.85 (br, 1H),7.99 (s, 1H), 7.94 (s, 1H), 6.95 (s, 2H), 6.76 (d, J = 4.2 Hz, 1H), 6.72 (s,1H), 6.53 (d, J = 4.2 Hz, 1H), 2.45-2.47 (m, 2H), 2.36 (s, 3H), 2.17-2.20 (m,2H), 2.09 (s, 6H), 1.58-1.42 (m, 4H)；MALDI-MS，观察值：449.1 [(M+H)+], 429.2[(M-F)+]，计算值：448.2 (M = C25H27BF2N4O)。
10-均三甲苯基-5-(4-甲氧基羰基)苯基-18,18-二甲基二氢卟吩(3)。通过用氩气鼓泡使甲苯和甲醇脱气1小时。在具有橡胶隔片的锥形瓶中装入碘二氢卟吩2 (20 mg，0.030 mmol，1.0当量)和Pd(PPh3)4 (3.5 mg，3.0 μmol，0.10当量)，然后在高真空下抽空。然后用氩气重新填充小瓶。重复这种抽空-吹扫过程三次。在氩气下向小瓶中添加脱气的甲苯(0.50 mL)和甲醇(0.50 mL)以及三乙胺(21 μL，0.15 mmol，5.0当量)。用三次冷冻-抽吸-解冻循环再次对溶液脱气。在77 K下在高真空下将小瓶抽空，然后用一氧化碳重新填充。还将充满CO的气球连接到小瓶以提供额外的压力。将溶液在65℃下搅拌23小时，浓缩并色谱分离(硅胶，己烷/CH2Cl2＝1:1)，以提供绿色固体(18 mg，100%)：TLC (二氧化硅，己烷/CH2Cl2＝1:1) Rf = 0.28; 1H NMR (300 MHz) δ 8.92 (s, 1H), 8.87 (s, 1H), 8.82(d, J = 4.8 Hz, 1H), 8.73 (d, J = 4.7 Hz, 1H), 8.69 (d, J = 4.7 Hz, 1H), 8.61(d, J = 4.7 Hz, 1H), 8.38 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 8.37 (s, 1H), 8.36 (s, 1H),8.22 (d, J = 8.3 Hz, 2H), 7.22 (s, 2H), 4.57 (s, 2H), 4.08 (s, 3H), 2.58 (s,3H), 2.03 (s, 6H), 1.84 (s, 6H), -1.87 (br, s, 2H); 13C NMR (100 MHz) δ 175.2,167.6, 163.6, 152.4, 151.5, 147.2, 140.9, 140.4, 139.2, 138.3, 137.7, 134.7,134.4, 134.1, 132.1, 131.1, 129.5, 128.1, 128.0, 127.8, 123.7, 123.6, 120.59,120.57, 96.81, 94.99, 52.49, 51.86, 46.63, 31.31, 21.57, 21.45; ESI-MS，观察值：592.2851 [(M+H]+]，计算值：592.2838 (M = C39H36N4O2)；实验室(CH2Cl2) 415, 509,533, 590, 641 nm。
5-[4-(N-氨基氨基甲酰基)苯基]-10-均三甲苯基-18,18-二甲基二氢卟吩(D2)。将二氢卟吩3 (44 mg，75 μmol，1.0当量)在THF (1.0 mL)中的溶液用甲醇(1.0 mL)和水合肼(0.21 mL，3.8 mmol，50当量)在50℃下处理24小时。[注意：如果浓度大于50 mM，则将发生二氢卟吩-肼还原为相应的菌绿素-肼。通过在室温下在CH2Cl2中处理DDQ (1.0当量) 30分钟，菌绿素可以被氧化回所需的二氢卟吩。]然后将溶液用乙酸乙酯稀释，用水洗涤，用硫酸钠干燥，浓缩并色谱分离(硅胶，己烷/EtOAc＝1:2至CH2Cl2/CH3OH＝9:1)，提供绿色固体(37 mg，84%)：1H NMR (400 MHz) δ 8.96 (s, 1H), 8.88 (s, 1H), 8.76 (d, J = 4.5Hz, 1H), 8.75 (d, J = 4.5 Hz, 1H), 8.62 (d, J = 4.7 Hz, 1H), 8.56 (d, J = 4.7Hz, 1H), 8.44 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 8.39 (s, 1H), 8.38 (s, 1H), 8.30 (d, J =8.0 Hz, 2H), 7.68-7.64 (m, 2H), 5.02 (br, 2H), 4.62 (s, 2H), 2.60 (s, 3H),2.06 (s, 6H), 1.85 (s, 6H), -1.85 (br, s, 2H); 13C NMR (100 MHz) δ 165.7,164.8, 163.5, 153.44, 153.38, 144.3, 140.8, 139.0, 138.0, 134.3, 132.1,132.0, 128.9, 128.6, 128.5, 127.7, 126.8, 123.7, 88.75, 82.21, 53.77, 42.04,31.14, 30.29, 29.65, 21.27, 18.40, 17.37, 12.06; MALDI-MS，观察值：593.1 [(M+H)+]，计算值：592.3 (M = C38H36N6O)。
2-[4-(2-甲氧基-2-氧代乙基)苯基]乙炔基-9,10,16,17,23,24-六庚基酞菁(5)。按照标准Sonogashira偶联反应程序，通过三次冷冻-抽吸-解冻循环对4 (20 mg，18 μmol)、3-(4-溴苯基)丙酸甲酯(4.8 mg，20 μmol)、Pd(OAc)2 (1.1 mg，13 μmol)和P(o-tol)3(5.5 mg，18 μmol)在脱气的甲苯(6.0 mL)中的溶液进行脱气。将混合物在60℃下搅拌18小时。将所得反应混合物浓缩，且通过三柱策略[(1)二氧化硅，CH2Cl2，(2) SEC，甲苯，(3)二氧化硅，CH2Cl2]进行柱色谱分离，提供绿色固体(3.0 mg，13%)。MALDI-MS：观察值：1289.4 [(M+H)+]，计算值：1288.9 (M = C86H112N8O2)。
2-[4-(N-氨基氨基甲酰基)甲基苯基乙炔基]-9,10,16,17,23,24-六庚基酞菁(D3)。用6.5 μL水合肼(55重量%)和甲醇(10 μL)处理5 (3.0 mg，2.3 μmol)在甲苯(140 μL)中的溶液。将所得混合物在50℃下搅拌16小时，接着将乙酸乙酯和水添加到混合物中。将有机提取物用盐水洗涤，干燥(Na2SO4)并浓缩，提供绿色固体，将其直接用于下一合成步骤。
实施例2
根据本发明的一些实施方案，聚合物制备和衍生的一般方法示于下面的方案6中。
Figure 578316DEST_PATH_IMAGE018
方案6.
在方案6中所示的方法中，引发剂是Q-X，其中X可以是卤基(例如，Cl、Br、I)或磺酸酯(例如，三氟甲磺酸酯)，并且Q可以携带染料或者可以载有官能团并在聚合过程中保持完整。
在进一步衍生的情况下，染料连接所需的官能团可以在聚合之前并入(Q单元中)并直接使用。或者，在聚合之后，合成聚合物I中Q的衍生可以在聚合物II中提供用于染料连接的修饰的Q (表示为Q’)。
在一种情况下，通过直接使用聚合物I中的X-取代基，存在提供与生物分子(聚合物的ω-端)的连接。或者，X-基团可以被取代，以在聚合物II中给出用于连接生物分子的官能团W。W的实例包括叠氮基、异氰酸基、异硫氰酸基、活性酯(例如，五氟苯基酯、琥珀酰亚胺酯、2,4-二硝基苯酯)、马来酰亚胺基、乙烯基、巯基、氨基和羧酸。聚合物I的ω-端的衍生可以通过一步或多步(例如，亲核取代和/或脱保护)实现，以给出聚合物II中所需的官能团W。对于预聚合方法，官能团首先被安装到引发剂(Q-X的Q单元，方案6)中，并在聚合过程中保持完整。
Q和Q-X的一些实例示于方案7中。如方案7中所示，Q可以包括羟基、1,2 羧基、3 氨基、4 甲酰基、4 乙烯基、5,6 环氧基、7 酸酐、8 卤代芳基、7 酯基3 或噁唑啉基8。乙烯基或烯丙基可以通过引发剂安装，并且在聚合期间可以保持完整，而不会在交联时引起另外的麻烦。1,5,6这可以通过选择适当的配体，主要是在铜(I)催化剂的存在下实现。然而，通常用于染料连接的一些官能团(例如，叠氮基)或用于生物缀合的一些官能团不能通过预聚合方法安装(示于表6中)。
Figure 307238DEST_PATH_IMAGE019
方案7. 与预聚合安装相容的官能团。
表6. 需要在聚合之后安装的通常使用的官能团。
Figure 277730DEST_PATH_IMAGE020
注意，这里讨论的实施例描述了染料与聚合物的α-端的连接和生物分子与聚合物的ω-端的连接。然而，这两端的利用可以根据需要而颠倒，于是生物分子连接到聚合物的α-端，而染料连接到聚合物的ω-端。
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实施例3. 实例反应
包括交联的制备本发明的化合物的示例性反应提供在方案8中。
Figure 775708DEST_PATH_IMAGE021
Figure 547355DEST_PATH_IMAGE022
方案8：具有交联步骤的示例性反应。
包括磺化和交联的制备本发明的化合物的示例性反应提供在方案9中。
Figure 497993DEST_PATH_IMAGE023
Figure 380498DEST_PATH_IMAGE024
Figure 857616DEST_PATH_IMAGE025
Figure 800164DEST_PATH_IMAGE026
Figure 238099DEST_PATH_IMAGE027
方案9：具有磺化和交联步骤的示例性反应。
实施例4
根据本发明的一些实施方案的聚合物制备和衍生的实例方法示于下面的方案10中。
Figure 658716DEST_PATH_IMAGE028
方案10. 通过RAFT的杂遥爪无规共聚物的实例合成。
在流程10中所示的方法中，RAFT试剂中的Z是芳基、烷基或硫代烷基，并且Q可以载有在聚合过程中保持完整的官能团。
在进一步衍生的情况下，连接到染料或生物分子所需的官能团可以在聚合之前并入(Q单元中)并直接使用。这样的官能团可以首先被安装到RAFT试剂的Q单元中，并且在聚合过程中保持完整。或者，在聚合之后，合成聚合物中Q的衍生可以提供用于染料或生物分子连接的修饰的Q。
RAFT试剂中的Z和Q的一些实例示于图表1中。RAFT试剂中的Z的实例包括但不限于苯基(任选取代的)和/或硫代烷基(包括支链和/或非支链C1-C25硫代烷基)。
RAFT试剂中的Q的实例包括但不限于羧酸酯、叠氮基、羟基、N-琥珀酰亚胺基、乙烯基、苯二甲酰亚胺基和/或生物素基。
Figure 131286DEST_PATH_IMAGE029
图表1. 可以提供末端官能团的RAFT试剂的实例。
在包含硫代羰基硫基的聚合物的末端连接染料或生物分子之前，可以使用本领域已知的方法通过裂解硫代羰基硫基释放硫醇基。游离硫醇基可以直接与染料或生物分子偶联，或者可以用试剂L-W进一步修饰，以提供具有用于与染料或生物分子偶联的合适官能团W的封端的硫醇(例如，硫醚)。试剂L-W包括硫醇反应性基团L，其与游离的硫醇基反应，并且还充当硫醇与封端产物中的官能团W之间的接头L'。
L-W中L和W的一些实例示于图表2中。试剂L-W中的L基团的实例包括但不限于取代的卤化物(例如，取代的苄基溴化物和/或α-酸)、取代的炔烃(例如，取代的苄基炔)、取代的乙烯基酯(例如，α-乙烯基酯)和/或取代的琥珀酰亚胺(例如，乙胺琥珀酰亚胺、乙醇琥珀酰亚胺)。
官能团W的实例包括但不限于羧酸(例如，-COOH、-CH2CH2COOH)、氨基(例如，-NH2、-CH2CH2NH2，任选地具有保护基：NHBoc、-CH2CH2NHBoc)、醛、醇(例如，-CH2CH2OH)和/或烷基化醇(例如，-OCH2CH2OH、-OCH2CH2NHBoc、-OCH2CH2N3、-OC = CH、-OCH2CH=CH2)。
游离硫醇基的衍生可以通过一步或多步(例如，亲核取代和/或脱保护)实现，以给出所需的官能团W。
Figure 244735DEST_PATH_IMAGE030
图表2. 具有另外的官能团的硫醇反应性基团的实例。
RAFT聚合的另一个实例示于方案11中。疏水单体丙烯酸甲酯十二烷基酯(LA)与亲水单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸作为钠盐(AMPS)和聚乙二醇化丙烯酸甲酯(PEGA)在RAFT试剂和自由基引发剂的存在下聚合以产生聚合物。在一些实施方案中，在聚合之前，在RAFT试剂上存在(例如，预安装)一个或多个官能团。这样的一个或多个官能团的实例示于方案11中。聚合之后，预安装的一个或多个官能团将位于聚合物的一个末端，并且可以用于偶联到生物分子或染料上。
Figure 530485DEST_PATH_IMAGE032
方案11. 预安装在RAFT试剂上的官能团。
参考文献
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Figure 754793DEST_PATH_IMAGE033
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实施例5. 通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合合成两亲性无规共聚物。
合成磺化两亲性无规共聚物的模型研究示于方案12中。使用三种单体，其中一种是疏水性的(丙烯酸甲酯十二烷基酯(LA))，并且两种是亲水性的(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸作为钠盐(AMPS)和聚乙二醇化丙烯酸甲酯(PEGA))。AMPS可以通过用氢氧化钠碱化市售2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸和/或碱化市售2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸的钠盐来制备，所述钠盐具有少量作为市售AMPS材料中的少量污染物存在的游离酸。RAFT链转移剂1按实验室中得到的原样使用。在含有AIBN作为自由基引发剂和均三甲苯作为内标的DMF(80℃)中进行在不同单体比率下的聚合。聚合之后，将粗产物倒入大大过量的乙醚中以使聚合物沉淀。然后将沉淀物对水透析，给出纯化的聚合物。
Figure 816290DEST_PATH_IMAGE034
方案12. 通过RAFT聚合合成磺化两亲性无规共聚物。
两亲性聚合物的动态光散射(DLS)尺寸分析。将各聚合物溶解在1.0 M NaCl水溶液中，并使其穿过200 nm的膜过滤器。滤液通过DLS检查以确定纳米颗粒的尺寸。不同聚合物的DLS尺寸数据汇总在表7中。根据数据，对于那些没有PEG基团的聚合物，比率为6:1的磺酸盐和月桂基获得最佳结果，其在水溶液中给出65%单聚体。在引入PEG基团时，当PEG基团和磺酸盐基团的比率从1:1降低到1:5时，单聚体的百分比变高。在AMPS:PEGA:LA＝5:1:1下，单聚体似乎是水溶液中的主要物质。
表7. 聚合物的DLS尺寸数据。
Figure 100641DEST_PATH_IMAGE035
通过RAFT聚合合成聚合物-荧光团缀合物。单体PEGA、LA和AMPS的活性自由基聚合以1:1:5的比率(即，亲水/疏水比＝6:1)用RAFT试剂4-氰基-4-(苯基硫代甲酰基硫基)戊酸2在自由基引发剂2,2’-偶氮双(2-甲基丙腈)(AIBN)的存在下进行(方案13)。所得聚合物3是杂遥爪的，其在一端含有羧基，而在另一端含有硫代羰基硫基。用乙醇胺氨解聚合物3裂解硫代羰基，并且展示出游离的硫醇基。后者与疏水马来酰亚胺基取代的菌绿素D1的原位偶联给出目标聚合物-荧光团缀合物F-2。
Figure 513168DEST_PATH_IMAGE036
方案13. 通过RAFT聚合合成聚合物-荧光团。
聚合物-荧光团缀合物的动态光散射(DLS)尺寸分析。将聚合物-荧光团样品溶解在1.0 M NaCl水溶液中，并使其穿过200 nm的膜过滤器。通过DLS检查过滤的溶液以确定纳米颗粒的尺寸。不同聚合物的DLS尺寸数据汇总在表8中。聚合物-荧光团样品F-2在一定的浓度范围内显示出单聚形式(图4)。
表8. 水溶液中F-2的DLS尺寸数据。
Figure 541167DEST_PATH_IMAGE037
F-2的吸收光谱和发射光谱以及荧光量子产率的测量。在室温下测量目标聚合物-荧光团缀合物F-2在水和缓冲水溶液两者中的吸收光谱和发射光谱(图5和图6)。光谱学数据和荧光量子产率数据汇总在表9中。
水溶液中的F-2的吸收光谱和发射光谱与甲苯中的D1相当，其中Qy吸光度最低限度地增宽和降低。相对于甲苯中的D1的荧光产率，水性介质中的F-2的荧光产率为93% (在缓冲液中)和80% (在水中)。这些数据与水性介质中不明显的荧光团聚集一致。单个荧光团包封在两亲性聚合物中，并且在浸入水性环境中时保持固有荧光。
表9. 水溶液中的F-BC的光谱学数据和荧光量子产率。
Figure 112962DEST_PATH_IMAGE038
以上是本发明的说明，并不应解释为对本发明的限制。本发明由所附权利要求限定，权利要求的等同物包括在其中。本文引用的所有出版物、专利申请、专利、专利出版物和其他参考文献都通过引用以其整体并入本文，以用于与其中呈现参考文献的句子和/或段落相关的教导。

Claims (71)

1.化合物，其具有由下式表示的结构：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中
A是染料(例如，荧光团)，任选地其中所述染料具有在约150道尔顿(Da)至约3,000 Da范围内的分子量；
B是包含一种或多种疏水单元和一种或多种亲水单元的聚合物，任选地其中所述聚合物具有在约1,000 Da、5,000 Da或10,000 Da至约175,000 Da范围内的分子量；和
任选地C，其中C包含生物缀合基团。
2.权利要求1所述的化合物，其中所述染料(例如，四吡咯大环)共价连接到所述聚合物的一部分(例如，末端)。
3.任何前述权利要求所述的化合物，其中所述一种或多种疏水单元和所述一种或多种亲水单元无规地分布在所述聚合物中。
4.任何前述权利要求所述的化合物，其中所述一种或多种疏水单元和所述一种或多种亲水单元以约1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10的比率存在于所述聚合物中，任选地其中所述一种或多种疏水单元和所述一种或多种亲水单元以约1:6 (疏水单元:亲水单元)的比率存在于所述聚合物中。
5.任何前述权利要求所述的化合物，其中所述化合物具有构象柔性。
6.任何前述权利要求所述的化合物，其中所述化合物在水溶液中自折叠，任选地自折叠成单聚体胶束结构。
7.任何前述权利要求所述的化合物，其中所述聚合物是两亲性无规共聚物，任选地是线性两亲性无规共聚物。
8.任何前述权利要求所述的化合物，其中所述化合物是交联的，任选地其中当所述化合物为折叠结构时，所述化合物是交联的。
9.任何前述权利要求所述的化合物，其中所述化合物折叠以提供颗粒，任选地其中所述颗粒具有在约1 nm或3 nm至约30 nm或40 nm范围内的直径。
10.任何前述权利要求所述的化合物，其中所述一种或多种疏水单元的至少一部分存在于所述颗粒的核中和/或所述一种或多种亲水单元的至少一部分存在于所述颗粒的外围(例如，壳)中。
11.任何前述权利要求所述的化合物，其中当所述化合物为折叠结构时，所述染料被所述化合物的一部分(例如，所述聚合物的一部分)包封。
12.任何前述权利要求所述的化合物，其中所述聚合物是遥爪聚合物或杂遥爪聚合物。
13.任何前述权利要求所述的化合物，其中所述染料(例如，四吡咯大环)是疏水性的。
14.任何前述权利要求所述的化合物，其中所述化合物是水溶性的，任选地其中所述化合物在室温下在水中的溶解度在约1 mg/mL至约10 mg/mL的范围内。
15.任何前述权利要求所述的化合物，其中所述一种或多种疏水单元和/或所述一种或多种亲水单元中的至少一种包含侧基官能团，任选地其中所述侧基官能团为卤基、羟基、羧基、氨基、甲酰基、乙烯基、环氧基、巯基、酯(例如，五氟苯基酯、琥珀酰亚胺酯或氟苯基酯)、叠氮基、马来酰亚胺基、异氰酸基、异硫氰酸基、膦酰基、磺酰基、铵基或磷脂酰胆碱基团，和/或所述侧基官能团是包含末端阳离子(例如，铵)、阴离子(例如，磺酸根、磷酸根、羧酸根或膦酸根)或两性离子(例如，胆碱样)基团和任选的聚(乙二醇)部分的亲水基团。
16.任何前述权利要求所述的化合物，其中所述一种或多种疏水单元中的至少一种包含烷基侧基(例如，十二烷基甲基)和/或所述一种或多种亲水单元中的至少一种包含二醇侧基(例如，聚(乙二醇))。
17.任何前述权利要求所述的化合物，其中所述聚合物与一种染料连接并且任选地与一种生物缀合基团连接。
18.任何前述权利要求所述的化合物，其中所述疏水单元具有由式III表示的结构：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
其中：
R是氢或C1-C8烷基(例如，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7或C8烷基)；
R1不存在或者是-O-、-NH-、-CH2-；
A是C1-C20烷基、C2-C20烯基或C2-C20炔基；
R2是氢或卤基、羟基、羧基、氨基、甲酰基、乙烯基、环氧基、巯基、酯(例如，五氟苯基酯、琥珀酰亚胺酯、氟苯基酯或2,4-二硝基苯基酯)、叠氮基、马来酰亚胺基、异氰酸基或异硫氰酸基；并且
p是1至10、100、1,000、5,000、10,000、50,000或100,000的整数。
19.权利要求18所述的化合物，其中所述疏水单元中的R2是氢或者是羟基、羧基、氨基、甲酰基或酯基。
20.权利要求18所述的化合物，其中所述疏水单元中的R2是乙烯基、环氧基、巯基、叠氮基、异氰酸基、异硫氰酸基或马来酰亚胺基。
21.任何前述权利要求所述的化合物，其中所述亲水单元具有由式IV表示的结构：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，
其中：
R是氢或C1-C8烷基(例如，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7或C8烷基)；
R1不存在或者是-O-、-NH-或-CH2-；
R3选自以下组成的基团：-(CH2CH2R5)n-、-C1-C6烷基、-C1-C6烷基-O-和-C1-C6烷基-SO3-或其盐，其中R5是-O-或-CH2-，且n是1或5至10、25、50、75、100、1,000、5,000或10,000的整数；
R4不存在或者是氢、烷基、膦酰基(例如，二羟基磷酰基)、磺酰基(例如，羟基磺酰基)、磷脂酰胆碱(即，2-(三甲基铵基)乙氧基(羟基)磷酰基)、磷酰基、卤基、羟基、羧基、氨基、铵基、甲酰基或酯基(例如，五氟苯基酯、琥珀酰亚胺酯、氟苯基酯或2,4-二硝基苯基酯)；并且
p是1至10、100、1,000、5,000、10,000、50,000或100,000的整数。
22.权利要求21所述的化合物，其中所述亲水单元中的R4是氢、烷基、膦酰基、磺酰基、磷脂酰胆碱、磷酰基、卤基、羟基、羧基、氨基、铵基、甲酰基或酯基。
23.权利要求21所述的化合物，其中所述亲水单元中的R4是乙烯基、环氧基、巯基、叠氮基、异氰酸基、异硫氰酸基或马来酰亚胺基。
24.权利要求21或22所述的化合物，其中R3是-C1-C6烷基-O-或-(CH2CH2R5)n-，其中R5是-O-，并且所述亲水单元中的R4是氢、烷基(例如，甲基或乙基)、膦酰基(例如，二羟基磷酰基)、磺酰基(例如，羟基磺酰基)、磷脂酰胆碱(即，2-(三甲基铵基)乙氧基(羟基)磷酰基)或磷酰基。
25.权利要求21或22所述的化合物，其中R3是C1-C6烷基或-(CH2CH2R5)n-，其中R5是-CH2-，并且所述亲水单元中的R4是羟基、羧基、氨基、铵基、甲酰基、酯基、膦酰基或磺酰基。
26.权利要求21或22所述的化合物，其中R3是-C1-C6烷基-SO3-或其盐。
27.组合物，其包含：
颗粒，其包括核和壳，其中所述颗粒包含具有由下式表示的结构的化合物：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中
A是染料(例如，荧光团)；
B是包含一种或多种疏水单元和一种或多种亲水单元的聚合物；和
任选地C，其中C包含生物缀合基团；以及
水。
28.权利要求27所述的组合物，其中所述化合物形成所述颗粒。
29.权利要求27或28所述的组合物，其中所述化合物和所述颗粒在所述组合物中以约1:1的比率存在(例如，每个颗粒存在一个化合物)。
30.权利要求27-29中任一项所述的组合物，其中所述一种或多种疏水单元的至少一部分存在于所述颗粒的核中。
31.权利要求27-30中任一项所述的组合物，其中所述一种或多种亲水单元的至少一部分存在于所述颗粒的壳中(例如，在外围)。
32.权利要求27-31中任一项所述的组合物，其中所述颗粒耐稀释，任选地其中当所述组合物被稀释至高达100x或被稀释至亚微摩尔浓度时，所述颗粒保持折叠结构。
33.权利要求27-32中任一项所述的组合物，其中所述染料存在于所述颗粒的核中和/或被所述聚合物的至少一部分包封。
34.权利要求27-33中任一项所述的组合物，其中所述化合物是权利要求2-26中任一项所述的化合物。
35.制备化合物的方法，其包括：
使疏水单体和亲水单体聚合以提供包含疏水单元和亲水单元的共聚物；
将染料连接到所述共聚物的第一部分(例如，末端或端部分)，从而提供所述化合物；以及
任选地将生物缀合基团连接到所述共聚物的第二部分(例如，另一末端或端部分)和/或
任选地使所述化合物交联。
36.权利要求35所述的方法，其中使所述疏水单体和所述亲水单体聚合包括在引发剂(例如，溴化物引发剂)、催化剂(例如，钌催化剂)和任选的助催化剂的存在下通过活性自由基聚合(例如，ATRP)使所述疏水单体和所述亲水单体聚合以提供共聚物。
37.权利要求35或36所述的方法，其中所述催化剂是钌复合物、铁复合物、铜复合物、镍复合物或铼复合物，任选地其中所述催化剂是氯化五甲基环戊二烯基双(三苯基膦)钌(II)。
38.权利要求35-37中任一项所述的方法，其中存在所述助催化剂，任选地其中所述助催化剂是4-(二甲基氨基)-1-丁醇。
39.权利要求35所述的方法，其中使所述疏水单体和所述亲水单体聚合包括在引发剂(例如，AIBN)和RAFT试剂(例如，硫代羰基硫化合物)的存在下通过活性自由基聚合(例如，RAFT)使所述疏水单体和所述亲水单体聚合以提供共聚物。
40.权利要求39所述的方法，其中所述RAFT试剂是二硫代酯、二硫代氨基甲酸酯、三硫代碳酸酯、二硫代苯甲酸酯和/或黄原酸酯。
41.权利要求35-40中任一项所述的方法，其中所述疏水单体是丙烯酸烷基酯(例如，丙烯酸甲酯十二烷基酯)和/或所述亲水单体是丙烯酸二醇酯(例如，聚乙二醇化丙烯酸甲酯)。
42.权利要求35-41中任一项所述的方法，其中使所述疏水单体和所述亲水单体聚合以提供所述共聚物包括使至少一种疏水单体与两种或更多种不同的亲水单体聚合，任选地其中所述两种或更多种不同的亲水单体包括非离子性亲水单体(例如，丙烯酸二醇酯(例如，聚乙二醇化丙烯酸甲酯))和离子性亲水单体(例如，磺酸丙烯酸酯(例如，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸))。
43.权利要求42所述的方法，其中所述至少一种疏水单体与所述非离子性亲水单体和所述离子性亲水单体聚合，且所述非离子性亲水单体和所述离子性亲水单体以约1:1、1:2、1:3、1:4、1:5或1:6的比率聚合。
44.权利要求35-43中任一项所述的方法，其中使所述疏水单体和所述亲水单体聚合包括使所述疏水单体和所述亲水单体以约1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10的比率聚合。
45.权利要求35-44中任一项所述的方法，其中所述引发剂包括所述染料(例如，四吡咯大环)。
46.权利要求35-45中任一项所述的方法，其还包括任选地在三氟乙酸和水的存在下水解所述共聚物，以在所述共聚物的第一部分(例如，第一末端)提供甲酰基。
47.权利要求46所述的方法，其中将所述染料连接到所述共聚物的第一部分包括使所述染料与所述共聚物的甲酰基任选地通过醛-酰肼化学以在所述染料与所述共聚物之间形成腙键。
48.权利要求35-47中任一项所述的方法，其还包括使所述共聚物与巯基乙酸和三乙胺反应，以在所述共聚物的第二部分(例如，第二末端)提供羧甲基磺酰基。
49.权利要求48所述的方法，其还包括衍生所述羧甲基磺酰基以在所述共聚物的第二部分提供N-羟基琥珀酰亚胺酯。
50.权利要求49所述的方法，其中所述方法包括连接所述生物缀合物，并且其中将所述生物缀合物连接到所述共聚物的第二部分包括将生物分子(例如，抗生物素蛋白)连接到在所述共聚物的第二部分的N-羟基琥珀酰亚胺酯或通过还原胺化将所述甲酰基连接到所述生物分子上的胺基。
51.权利要求35-45中任一项所述的方法，其还包括使所述共聚物与叠氮化钠反应以提供叠氮基，并且任选地通过铜催化的叠氮化物-炔化学将所述染料连接到所述叠氮基。
52.权利要求35-51中任一项所述的方法，其中所述方法包括使所述化合物交联，并且使所述化合物交联包括使所述化合物与交联基团反应。
53.权利要求35-52中任一项所述的方法，其还包括使所述化合物与试剂反应以提供具有侧基官能团的亲水单元和/或疏水单元，所述侧基官能团是卤基、羟基、羧基、氨基、甲酰基、乙烯基、环氧基、巯基、酯(例如，五氟苯基酯、琥珀酰亚胺酯或氟苯基酯)、叠氮基、马来酰亚胺基、异氰酸基、异硫氰酸基、铵、膦酰基、磺酰基或磷脂酰胆碱基团。
54.权利要求39或40所述的方法，其还包括使所述共聚物与胺反应，以在所述共聚物的第一部分(例如，第一末端)提供硫醇基。
55.权利要求54所述的方法，其中将所述染料连接到所述第一部分包括将所述染料连接到在所述共聚物的第一部分的所述硫醇基。
56.权利要求35-55中任一项所述的方法，其中所述疏水单体具有由式I表示的结构：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，
其中：
R是氢或C1-C8烷基(例如，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7或C8烷基)；
R1不存在或者是-O-、-NH-、-CH2-；
A是C1-C20烷基、C2-C20烯基或C2-C20炔基；并且
R2是氢或者是卤基、羟基、羧基、氨基、甲酰基或酯基(例如，琥珀酰亚胺酯、2,4-二硝基苯基酯、五氟苯基酯、氟苯基酯等)。
57.权利要求56所述的方法，其中所述疏水单体中的R2是氢或者是羟基、羧基、氨基、甲酰基或酯基。
58.权利要求35-57中任一项所述的方法，其中所述亲水单体具有由式II表示的结构：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，
其中：
R是氢或C1-C8烷基(例如，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7或C8烷基)；
R1不存在或者是-O-、-NH-或-CH2-；
R3选自以下组成的基团：-(CH2CH2R5)n-、-C1-C6烷基、-C1-C6烷基-O-和-C1-C6烷基-SO3-或其盐，其中R5是-O-或-CH2-，且n是1或5至10、25、50、75、100、1,000、5,000或10,000的整数；并且
R4不存在或者是氢、烷基、膦酰基(例如，二羟基磷酰基)、磺酰基(例如，羟基磺酰基)、磷脂酰胆碱(即，2-(三甲基铵基)乙氧基(羟基)磷酰基)、磷酰基、卤基、羟基、羧基、氨基、铵基、甲酰基或酯基(例如，五氟苯基酯、琥珀酰亚胺酯、氟苯基酯或2,4-二硝基苯基酯)。
59.权利要求58所述的方法，其中所述亲水单体中的R4是羟基、羧基、氨基、甲酰基或酯基。
60.权利要求58所述的方法，其中R3是-C1-C6烷基-O-，并且所述亲水单体中的R4是氢、烷基(例如，甲基或乙基)、膦酰基(例如，二羟基磷酰基)、磺酰基(例如，羟基磺酰基)、磷脂酰胆碱或磷酰基。
61.权利要求58所述的方法，其中R3是-C1-C6烷基或-(CH2CH2R5)n-，其中R5是-O-，并且所述亲水单体中的R4是羟基、羧基、氨基、铵基、甲酰基、酯基、膦酰基或磺酰基。
62.权利要求35-61中任一项所述的方法，其中所述化合物是权利要求1-26中任一项所述的化合物。
63.化合物，其根据权利要求35-62中任一项所述的方法制备。
64.权利要求1-26或63中任一项所述的化合物或权利要求27-34中任一项所述的组合物在流式细胞术中的用途。
65.使用流式细胞术检测细胞和/或颗粒的方法，所述方法包括用权利要求1-26或63中任一项所述的化合物或根据权利要求35-62中任一项所述的方法制备的化合物标记细胞和/或颗粒；以及
通过流式细胞术检测所述化合物，从而检测所述细胞和/或颗粒。
66.检测受试者中的组织和/或试剂(例如，细胞、感染剂等)的方法，所述方法包括：
向所述受试者给予权利要求1-26或63中任一项所述的化合物、权利要求27-34中任一项所述的组合物或根据权利要求35-62中任一项所述的方法制备的化合物，任选地其中所述化合物与所述组织和/或试剂关联；以及
检测所述受试者体内的所述化合物，从而检测所述组织和/或试剂。
67.用于处理需要其的受试者中的细胞和/或组织(例如，患病细胞和/或组织)的方法，所述方法包括：
向所述受试者给予权利要求1-26或63中任一项所述的化合物、权利要求27-34中任一项所述的组合物或根据权利要求35-62中任一项所述的方法制备的化合物，任选地其中所述化合物与所述细胞和/或组织关联，以及
用足以处理所述细胞和/或组织的波长和强度的光照射所述受试者或其部分(例如，存在所述细胞和/或组织的位置)，任选地其中所述光活化所述化合物或其部分。
68.权利要求67所述的方法，其中所述细胞和/或组织是过度增殖组织(例如，肿瘤)。
69.用于处理需要其的受试者的过度增殖组织的光动力治疗方法，其包括：
向所述受试者给予权利要求1-26或63中任一项所述的化合物、权利要求27-34中任一项所述的组合物或根据权利要求35-62中任一项所述的方法制备的化合物，任选地其中所述化合物与所述过度增殖组织关联，以及用足以活化所述化合物或其部分的波长和强度的光照射所述过度增殖组织，从而处理所述过度增殖组织。
70.生物分子，其包含权利要求1-26或63中任一项所述的化合物或根据权利要求35-62中任一项所述的方法制备的化合物。
71.权利要求70所述的生物分子，其中所述生物分子包含两种或更多种权利要求1-26或63中任一项所述的化合物或两种或更多种根据权利要求35-62中任一项所述的方法制备的化合物。
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