CN112088156A - 聚合物染料及其用途 - Google Patents

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Abstract

本文公开了聚合物染料、其制备及其用途。一些实施方式涉及其用于检测样品中的生物活性如血液中细菌的存在的用途。

Description

聚合物染料及其用途
通过引用任何优先权申请而实现的合并
本申请要求2018年5月4日提交的题为“Polymeric Dyes and Uses Thereof”的美国临时申请号62/667,353的权益，其公开内容通过引用全部并入本文。
技术领域
本公开涉及化学和材料领域。更具体地，本公开涉及聚合物染料、其制备及其用途。
背景技术
在诸如医药、制药和食品工业领域，通常需要快速而准确地确定细菌或其它微生物是否已污染具体系统(例如，患者的血液、一批药物产品、大量的冰淇淋)。已经开发出利用嵌入聚合物基质中的荧光分子颗粒的方法，该方法通过微生物的生物活性来间接检测微生物。参见，例如，美国专利号5,266,486，其通过引用以其整体并入本文。然而，由于在制造期间的相分离和/或差异颗粒沉降速率，这样的系统可发生聚合物基质内荧光团分布不均，导致传感器之间的性能差异。
因此，需要用于检测目标系统内的生物活性的改进的荧光材料和方法。
发明内容
本文描述的发明的一些实施方式涉及聚合物染料，其包含：一个或多个荧光团；和由单体A和B，任选地单体D，以及选自-OR4和R4的两个末端构成的聚硅氧烷，其中A、B、D、和R4具有本文所述的任何数值。
在一些实施方式中，A具有结构-Si(R1)(R2)O-，B具有结构-Si(R3)(L)O-，并且D(如果被包括的话)具有结构-Si(R15)(R16)O-。
在一些实施方式中，R1、R2、R3、和R15各自独立地选自C1-6烷基和C6-10芳基。
L在一些实施方式中是选自以下的连接体：-(CH2)mNHC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)NH-、-(CH2)mNHC(＝S)NH-、-(CH2)mNHS(O2)-、-(CH2)mNHC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nC(＝O)O--(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mS(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mS(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mS(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mS(CH2)nNHS(O2)-、
Figure BDA0002767314110000021
其中m和n各自独立地是从1到5的整数，并且其中L提供与所述一个或多个荧光团的共价连接。
在一些实施方式中，各R4独立地选自H、-SH、卤素、C6-10芳基、C1-6烯基、
Figure BDA0002767314110000022
以及任选地用一个或多个R5取代的C1-6烷基、-OC(＝O)R6、-NR7R8、-NR9C(＝O)R10、和-NR11C(＝O)NR12R13，其中q是从1到5的整数。
在一些实施方式中，R5是-OH或–SH。
在一些实施方式中，R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、和R13各自独立地是氢或选自C1-6烷基、苯基、和C1-6烯基，每一者任选地用-OH、卤素、-CN、C1-6烷氧基、和-NH2取代。
在一些实施方式中，R16是
Figure BDA0002767314110000023
其中s是从1到5的整数。
本文的一些实施方式涉及聚合物染料，其包含一个或多个若丹明荧光团；和与所述一个或多个若丹明荧光团共价键合的聚合物或其功能化衍生物，该聚合物选自聚硅氧烷、聚丙烯、聚(甲基丙烯酸叔丁酯)、氟化乙烯丙烯、三十六烷、聚(四氟乙烯)、聚(六氟丙烯)、和聚异丁烯。
附图说明
图1示例了瓶式传感器系统100的实施方式，其包括可密封的透明容器105、传感器聚合物110和生物培养基115。
图2示例了用于检测样品中的生物活性的设备200的实施方式。设备200包括如图1所示的瓶式传感器系统100，并且另外包括瓶式传感器系统外部的光源205和用于检测荧光辐射的检测器210。箭头215和220分别指示从光源发出的光和接近检测器的光。
具体实施方式
聚合物染料及其实施方式
在本发明的一些实施方式中，提供了共价附接到聚合物骨架的荧光团，其在用于微生物检测系统(如，美国专利号5,266,486中所述，该专利通过引用以其整体并入本文)中时提供改进的性能和制造性。这样的聚合物染料可以替代现有方法中使用的荧光团颗粒。因此，可将聚合物染料与传感器中的聚合物基质组合以产生改进的传感器。可以通过分子缠结和/或共价键交联，将诸如本文所述的聚合物染料夹带在非荧光聚合物基质中以产生最终的传感器聚合物。可以选择用于聚合物染料的具体聚合物骨架以总体上匹配非荧光聚合物基质的极性。极性的这种匹配会阻拦制造过程中的相分离和荧光团聚集。聚合物染料的夹带和极性的匹配，单独地或组合地，完全避免了差异沉降时间相关的问题，并提供不具有使用现有方法生产的传感器相关的制造问题和性能问题的传感器聚合物。
荧光团可以是在用于使目标微生物生长的条件下相对惰性的任何荧光分子。在一些实施方式中，荧光团选自呫吨、菁蓝、方酸菁(squaraine)、萘、香豆素、
Figure BDA0002767314110000032
二唑、蒽、芘、
Figure BDA0002767314110000033
嗪、吖啶、芳基次甲基(arylmethine)、和四吡咯中的一种或多种、或其衍生物。在一些实施方式中，荧光团是呫吨或呫吨衍生物。在一些实施方式中，荧光团是选自若丹明6G、高氯酸若丹明6G、若丹明19、若丹明B、若丹明3B、若丹明123、若丹明110、磺基若丹明B、磺基若丹明101、磺基若丹明G、曙红B、曙红Y、荧光素、荧光素-5-异硫氰酸盐(酯)、萘并荧光素(naphthofluorescein)、羧基萘并荧光素(carboxynaphthofluorescein)、派洛宁B、和俄勒冈绿的呫吨衍生物。
在上述聚合物染料的一些实施方式中，当采用ASTM标准D7334-08(其通过引用以其整体并入本文)测量时，与荧光团共价键合的聚合物具有约99至113度的水接触角。在一些实施方式中，当采用ASTM标准D7334-08测量时，与荧光团共价键合的聚合物具有约102至110度的水接触角。在一些实施方式中，当采用ASTM标准D7334-08测量时，与荧光团共价键合的聚合物具有约106至108度的水接触角。
在上述聚合物染料的一些实施方式中，所述一个或多个荧光团是选自以下的若丹明荧光团：
Figure BDA0002767314110000031
Figure BDA0002767314110000041
在一些这样的实施方式中，与若丹明荧光团共价键合的聚合物是由单体A和B，任选地单体D，以及选自-OR4和R4的两个末端构成的聚硅氧烷，其中A、B、D、和R4具有本文描述的任何数值。
在一些实施方式中，A具有结构-Si(R1)(R2)O-，B具有结构-Si(R3)(L)O-，并且D(如果被包括的话)具有结构-Si(R15)(R16)O-。
在一些实施方式中，R1、R2、R3、和R15各自独立地选自C1-6烷基和C6-10芳基。
L在一些实施方式中是选自以下的连接体：-(CH2)mNHC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)NH-、-(CH2)mNHC(＝S)NH-、-(CH2)mNHS(O2)-、-(CH2)mNHC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nC(＝O)O--(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mS(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mS(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mS(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mS(CH2)nNHS(O2)-、
Figure BDA0002767314110000051
其中m和n各自独立地是从1到5的整数，并且其中L提供与所述一个或多个荧光团的共价连接。在一些实施方式中，m是1。在一些实施方式中，m是2。在一些实施方式中，m是3。在一些实施方式中，m是4。在一些实施方式中，m是5。在一些实施方式中，n是1。在一些实施方式中，n是2。在一些实施方式中，n是3。在一些实施方式中，n是4。在一些实施方式中，n是5。
关于L提供的共价连接，L可通过在荧光团的不破坏荧光团荧光能力的任意位置处的取代而连接至荧光团。在含有若丹明荧光团的一些实施方式中，取代位置在荧光团中羧苯基环或磺苯基环的2’位置处。在含有若丹明荧光团的一些实施方式中，取代位置在羧苯基环或磺苯基环的4’位置处。在含有若丹明荧光团的一些实施方式中，取代位置在羧苯基环或磺苯基环的5’位置处。在含有若丹明荧光团的一些实施方式中，取代位置在一些单体上的羧苯基环或磺苯基环的4’位置处，以及在其它单体上的羧苯基环或磺苯基环的5’位置处。
各R4在一些实施方式中独立地选自H、-SH、卤素、C6-10芳基、C1-6烯基、
Figure BDA0002767314110000052
Figure BDA0002767314110000053
以及任选地用一个或多个R5取代的C1-6烷基、-OC(＝O)R6、-NR7R8、-NR9C(＝O)R10、和-NR11C(＝O)NR12R13，其中q是从1到5的整数。
R5在一些实施方式中是-OH或-SH。
在一些实施方式中，R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、和R13各自独立地是氢或选自C1-6烷基、苯基、和C1-6烯基，每一者任选地用-OH、卤素、-CN、C1-6烷氧基、和-NH2取代。
R1在一些实施方式中是C1-6烷基。在一些这样的实施方式中，R1是甲基或乙基。在一些实施方式中，R1是苯基。
R2在一些实施方式中是C1-6烷基。在一些这样的实施方式中，R2是甲基或乙基。在一些实施方式中，R2是苯基。
R3在一些实施方式中是C1-6烷基。在一些这样的实施方式中，R3是甲基或乙基。在一些实施方式中，R3是苯基。
L在一些实施方式中是-(CH2)mNHC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝S)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHS(O2)-、
Figure BDA0002767314110000061
R4在一些实施方式中是H。在一些实施方式中，至少一个R4是甲基、乙基、或苯基。在一些实施方式中，各R4独立地选自甲基、乙基、和苯基。在一些实施方式中，各R4独立地选自氯和-OC(＝O)R6；其中R6是C1-6烷基或苯基。在一些实施方式中，各R4独立地选自-NR7R8、-NR9C(＝O)R10、和-NR11C(＝O)NR12R13，并且R7、R8、R9、R10、R11、R12、和R13各自独立地选自H和C1-6烷基。在一些实施方式中，各R4独立地选自H和乙烯基。在一些实施方式中，各R4独立地是用一个或多个R5取代的C1-6烷基；其中R5是-OH。在一些实施方式中，各R4独立地是用一个或多个R5取代的C1-6烷基；其中R5是-SH。在一些实施方式中，R4是
Figure BDA0002767314110000062
在一些实施方式中，R4是
Figure BDA0002767314110000063
在一些实施方式中，q是1。在一些实施方式中，q是2。在一些实施方式中，q是3。在一些实施方式中，q是4。在一些实施方式中，q是5。
在一些实施方式中，聚合物染料包含具有结构-Si(R15)(R16)O-的单体D，其中R16是
Figure BDA0002767314110000064
并且其中s是从1到5的整数。在一些具体实施方式中，R16是
Figure BDA0002767314110000065
在一些具体实施方式中，R16是
Figure BDA0002767314110000066
在一些实施方式中，s是1。在一些实施方式中，s是2。在一些实施方式中，s是3。在一些实施方式中，s是4。在一些实施方式中，s是5。
在一些实施方式中，B在聚合物染料中以约0.01至10mol％存在。在一些实施方式中，B在聚合物染料中以约0.5至5mol％存在。在一些实施方式中，B在聚合物染料中以约0.5至2.75mol％存在。在一些实施方式中，B在聚合物染料中以约2.75至5mol％存在。在一些实施方式中，B在聚合物染料中以约5至7.5mol％存在。在一些实施方式中，B在聚合物染料中以约7.5至10mol％存在。
在一些实施方式中，聚合物染料的数均摩尔质量是至少约500道尔顿。在一些实施方式中，聚合物染料的数均摩尔质量是约500至1500道尔顿。在一些实施方式中，聚合物染料的数均摩尔质量是约1500至2500道尔顿。在一些实施方式中，聚合物染料的数均摩尔质量是约2500至3500道尔顿。在一些实施方式中，聚合物染料的数均摩尔质量是约3500至4500道尔顿。在一些实施方式中，聚合物染料的数均摩尔质量是约4500至5500道尔顿。在一些实施方式中，聚合物染料的数均摩尔质量是约5500至6500道尔顿。在一些实施方式中，聚合物染料的数均摩尔质量是约6500至7500道尔顿。在一些实施方式中，聚合物染料的数均摩尔质量是约7500至500道尔顿。在一些实施方式中，聚合物染料的数均摩尔质量是约8500至9500道尔顿。在一些实施方式中，聚合物染料的数均摩尔质量是约9500至10500道尔顿。
在一些实施方式中，聚硅氧烷具有结构R4O([Si(R1)(R2)-O-Si(R1)(R2)]x-O-[Si(R1)(R2)-O-Si(R3)(L)]y)zOR4，其中x、y、和z各自独立地是整数。在硅氧烷具有结构R4O([Si(R1)(R2)-O-Si(R1)(R2)]x-O-[Si(R1)(R2)-O-Si(R3)(L)]y)zOR4的一些实施方式中，x、y、和z各自独立地是数值为1-150的整数。在一些这样的实施方式中，x、y、和z各自独立地是数值为3-75的整数。在一些这样的实施方式中，x、y、和z各自独立地是数值为76-150的整数。在聚硅氧烷具有结构R4O([Si(R1)(R2)-O-Si(R1)(R2)]x-O-[Si(R1)(R2)-O-Si(R3)(L)]y)zOR4的一些实施方式中，各末端处的R4是C1-6烷基。在聚硅氧烷具有结构R4O([Si(R1)(R2)-O-Si(R1)(R2)]x-O-[Si(R1)(R2)-O-Si(R3)(L)]y)zOR4的一些实施方式中，各末端处的R4是H。在聚硅氧烷具有结构R4O([Si(R1)(R2)-O-Si(R1)(R2)]x-O-[Si(R1)(R2)-O-Si(R3)(L)]y)zOR4的一些实施方式中，一个末端处的R4是C1-6烷基，并且第二末端处的R4是H。在聚硅氧烷具有结构R4O([Si(R1)(R2)-O-Si(R1)(R2)]x-O-[Si(R1)(R2)-O-Si(R3)(L)]y)zOR4的一些实施方式中，聚合物染料的数均摩尔质量是至少约500道尔顿。
本发明的一些实施方式包括用于检测生物活性的传感器聚合物，所述传感器聚合物包含本文所述的聚合物染料和非荧光聚合物基质。在一些实施方式中，聚合物基质是聚硅氧烷。
在一些实施方式中，聚合物染料通过分子缠结被夹带在聚合物基质内。总体上，分子缠结通过对于非荧光聚合物基质的交联密度优化聚合物染料的分子量而实现。因此，在包含具有高交联密度的非荧光聚合物基质的传感器聚合物实施方式中，可以使用较低分子量的聚合物染料，并且仍提供足够的分子缠结程度。然而，在包含具有较低交联密度的非荧光聚合物基质的传感器聚合物实施方式中，总体上将需要较高分子量的聚合物染料，以产生足够的缠结。技术人员能够利用已知的数学模型和/或实验容易地估计所需的聚合物染料分子量。
在一些实施方式中，聚合物染料通过交联与聚合物基质共价键合。交联可通过选择能够与聚合物基质的部分(例如，Si-H)缀合的聚合物染料R4(例如，
Figure BDA0002767314110000071
)，然后利用已知的化学方法(例如，铂化学)使该官能团与该部分反应来实现。交联还可通过将适量的任选的单体D(例如，
Figure BDA0002767314110000081
)包含在聚合物染料中，然后还是利用已知的化学方法(例如，多官能伯胺类的加成或催化的均聚反应)使该单体上的官能团与聚合物基质的部分(例如，
Figure BDA0002767314110000082
)缀合来实现。
聚合物染料可作为液体、固体、或聚合物染料在适当溶剂中的溶液来提供。如果聚合物染料是固体或粘性液体，该聚合物染料可简单地被掺入聚合物基质以形成传感器聚合物。可选地可被，固体或粘性液体聚合物染料溶解在适当溶剂中，与聚合物基质混合——该聚合物基质本身可被溶解在适当溶剂中，然后将溶剂(一种或多种)蒸发以产生传感器聚合物。如果聚合物染料作为溶液提供，则该溶液可与聚合物基质混合——该聚合物基质本身可被溶解在适当溶剂中，然后可将溶剂(一种或多种)蒸发以产生传感器聚合物。可选地，可将聚合物染料溶液的溶剂去除，然后将聚合物染料与聚合物基质直接混合。
本发明的一些实施方式包括用于检测样品中的生物活性的瓶式传感器系统，这样的瓶式传感器系统包括：可密封的透明容器，其具有内表面；本文所述的传感器聚合物，附接至该容器内表面的至少一部分；和在该容器内的生物培养基。图1示例了瓶式传感器系统100的实例，其中透明容器、传感器聚合物、和生物培养基分别由105、110、和115指示。在一些实施方式中，瓶式传感器系统可用于检测样品如血液样品中的微生物活性。
生物培养基可以是本领域技术人员已知适于维持目标微生物生长的任何培养基。在一些实施方式中，生物培养基包含富集的大豆酪蛋白消化培养液。在一些实施方式中，生物培养基包含胰蛋白酶大豆培养液。在一些实施方式中，生物培养基包含溶源性培养液。在一些实施方式中，生物培养基包含碎肉培养基。在一些实施方式中，生物培养基包含改性碎肉培养基。在一些实施方式中，生物培养基包含脑心浸渍培养液。在一些实施方式中，生物培养基包含麦芽糖培养液。在一些实施方式中，生物培养基包含改性麦芽糖培养液。在一些实施方式中，生物培养基包含轻型唾液链球菌(mitis salivarius)培养液。在一些实施方式中，生物培养基包含麦氏(MacConkey)培养液。在一些实施方式中，生物培养基进一步包含中和抗生素的剂。在一些这样的实施方式中，中和抗生素的剂是阳离子交换树脂。在一些这样的实施方式中，中和抗生素的剂是疏水树脂。在一些实施方式中，生物培养基进一步包含溶解血细胞的剂。
在瓶式传感器系统的一些实施方式中，一种类型的传感器聚合物附接至容器的内表面的至少一部分。在一些实施方式中，多于一种类型的传感器聚合物附接至容器的内表面的至少一部分。在一些实施方式中，两种类型的传感器聚合物附接至容器的内表面的至少一部分。在一些实施方式中，三种类型的传感器聚合物附接至容器的内表面的至少一部分。
瓶式传感器系统的一些实施方式另外包括容器内的指示剂。瓶式传感器系统的指示剂可以是调节荧光信号从荧光团的激发和/或发射的任何物质。在一些实施方式中，指示剂选自丙基红、对硝基苯酚、石蕊素、溴甲酚紫、氯酚红、3,6-二羟基呫吨酮、茜素、溴二甲酚蓝、玫红酸、苯酚红、Cleve酸、orcinaurine、中性红、和乙酸铅。在一些实施方式中，指示剂能够响应于pH变化而经历吸光度变化。在一些实施方式中，指示剂选自丙基红、对硝基苯酚、石蕊素、氯苯基红、3,6-二羟基呫吨酮、茜素、溴二甲酚蓝、间二硝基亚苯甲酰脲、溴百里香酚蓝、玫红酸(aosolic acid)、中性红、甲酚红、溴甲酚紫、resolic acid、奈耳蓝、苯酚红、硝胺、甲酚紫、和甲基黄。在一些实施方式中，指示剂响应于选自CO2、H2CO3、H+、H3O+、NH3、NH4 +、H2S、H2、和金属离子的至少一种物质的浓度变化来调节来自荧光团的荧光信号的激发和/或发射。在一些实施方式中，指示剂响应于H2CO3、H+、和/或H3O+的浓度变化来调节来自荧光团的荧光信号的激发和/或发射。
本发明的一些实施方式包括用于检测样品中的生物活性的设备。在一些实施方式中，这样的设备包括本文所述的瓶式传感器系统；传感器外部的光源；和用于检测荧光辐射的检测器。图2示例了用于检测样品中的生物活性的设备200的实例。如上公开，瓶式传感器系统100包括目标容器105、传感器聚合物110、和生物培养基115。设备200另外包括传感器外部的光源205和用于检测荧光辐射的检测器210。
光源可以是提供荧光团激发波长的光的任何光源。在一些实施方式中，光源是汞弧灯。在一些实施方式中，光源是卤钨灯。在一些实施方式中，光源是激光器。在一些实施方式中，光源是发光二极管。在一些实施方式中，用于检测生物活性的设备还包括在光源205和瓶式传感器系统100之间的激发滤波器，使得到达瓶式传感器系统的光215基本上仅具有适于荧光团激发的波长。
检测器可以是提供与光强度成比例或可相关的电信号的任何装置。在一些实施方式中，检测器是光电二极管。在一些实施方式中，检测器是硅光电二极管。在一些实施方式中，检测器是PIN硅二极管。在一些实施方式中，检测器是GaAsP光电二极管。在一些实施方式中，检测器是光敏电阻器。在一些实施方式中，检测器是光伏(装置)。在一些实施方式中，检测器是光电导体。在一些实施方式中，用于检测生物活性的设备还包括在瓶式传感器系统100和检测器210之间的发射滤波器，使得到达检测器的光220基本上仅具有释放(豁免，relaxing)荧光团发射的波长。
本发明的一些实施方式包括制备聚合物染料的方法，包括：获得由单体A和C以及任选地单体D构成的聚硅氧烷，其中A具有结构-Si(R1)(R2)O-，C具有结构-Si(R14)(M)O-，并且D(如果包括在内的话)具有结构-Si(R15)(R16)O-，其中R1、R2、R14、和R15各自独立地选自C1-6烷基和C6-10芳基，其中部分M选自-(CH2)oNH2、-(CH2)oSH、和-(CH2)oNHC(＝O)(CH2)pNH2，其中o和p各自独立地是从1到5的整数，其中R16是
Figure BDA0002767314110000091
Figure BDA0002767314110000092
其中s是从1到5的整数，其中B在聚合物中以约0.5至5.0mol％存在，并且其中聚硅氧烷的数均摩尔质量是约1000至3000道尔顿；获得若丹明荧光团；和使聚硅氧烷与若丹明荧光团反应以在聚硅氧烷和若丹明荧光团之间形成共价键。
在一些实施方式中，制备聚合物染料的方法进一步包括通过用R4进行的取代，使一个或两个末端-OH官能化，其中R4选自H、-SH、卤素、C6-10芳基、C1-6烯基、任选地用一个或多个R5取代的C1-6烷基、-OC(＝O)R6、-NR7R8、-NR9C(＝O)R10、-NR11C(＝O)NR12R13、
Figure BDA0002767314110000101
其中q是从1到5的整数；其中R5是-OH或-SH；并且其中R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、和R13各自独立地是氢或选自C1-6烷基、苯基、和C1-6烯基，每一者任选地用-OH、卤素、-CN、C1-6烷氧基、和-NH2取代。
本发明的一些实施方式包括制备用于检测生物活性的传感器聚合物的方法，包括：获得本文所述的聚合物染料；获得硅氧烷单体；将聚合物染料和硅氧烷单体溶解以形成聚合溶液；和使聚合溶液经受适当的条件以形成夹带在聚硅氧烷内或共价键合至聚硅氧烷的聚合物染料。
本发明的一些实施方式包括检测样品中的生物活性的方法，方法包括：将样品或样品的部分置于培养基中，以形成样品-培养基，所述样品-培养基能够维持微生物的生长；在能够维持微生物的生长的条件下，在瓶式传感器系统的容器中培育样品-培养基；使瓶式传感器系统暴露于光源；和检测从瓶式传感器系统发出的荧光以产生荧光数据，其中荧光数据指示生物活性。
制备方法
本文所述的聚合染料可使用本领域技术人员公知的合成技术制备。例如，将适当的二氯硅烷或双乙酸基硅烷以期望的摩尔比例水解可以提供聚硅氧烷骨架，然后可将该聚硅氧烷骨架利用脲阳离子型(uronium-type)试剂或碳二亚胺试剂偶联至诸如5-羧基若丹明6G(Toronto Research Chemicals,目录号C181700)的荧光团，从而产生本文所述的具有两个Si-OH末端的聚合物染料。聚合物染料的数均分子量可在水解步骤时通过采用适当的反应条件(温度、浓度等)或通过引入适量的聚合终止单体(如氯三甲基硅烷或氯三苯基硅烷)来控制。可选地，使荧光团在聚合之前附接，即合成荧光团-二氯硅烷或荧光团-双乙酸基硅烷以进行聚合可能是期望的。在一些情况下，可能有必要使用常规保护基团来保护荧光团的敏感部分或待偶联至荧光团的单体B/C上的官能团。
聚硅氧烷以外的荧光团骨架也可以使用本领域技术人员公知的合成技术来制备。例如，可通过溶液聚合、乳液聚合、或本体聚合，利用自由基引发剂(如偶氮二异丁腈)来制备聚(甲基丙烯酸叔丁酯)。这些反应的数均分子量可以通过例如聚合技术(即，溶液聚合、乳液聚合、或本体聚合)的选择、温度、和/或自由基引发剂量来控制。用于与荧光团偶联的官能化可通过聚合后叔丁基酯基团的部分水解或通过在聚合过程中诸如甲基丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸-2-氯乙酯的单体的包括来实现。
聚合物染料的聚合物骨架末端可通过本领域技术人员公知的合成技术进行官能化以进行交联。例如，聚硅氧烷骨架的羟基末端可被转化为适合的离去基团，如二苯甲氧基，然后用氢化铝锂还原以形成相应的甲硅烷基氢化物。Si-OH末端可以可选地被转化为Si-Cl，然后与烯基锂试剂或烯基格氏(Grignard)试剂反应以产生烯烃官能化的末端。
关于传感器聚合物，聚合物染料可被溶解于非荧光聚合物基质的单体溶液中。在聚合后，如果聚合物染料具有大于500道尔顿的数均分子量，非荧光聚合物基质可以通过分子缠结而夹带聚合物染料。聚合物染料也可以通过本领域技术人员公知的交联反应而共价键合到非荧光聚合物基质。例如，具有含Si-H末端的聚硅氧烷骨架的聚合物染料可利用诸如Karstedt催化剂的铂催化剂与非荧光聚硅氧烷基质交联以形成乙烯键。可选地，具有含烯烃官能化末端的聚硅氧烷骨架的聚合物染料可通过自由基或迈克尔(Michael)加成途径与非荧光聚合物基质上的硫醇基反应以形成烷基硫交联。
本文公开的化合物可通过上述方法或通过这些方法的变型来合成。方法变型方式包括本领域技术人员已知的温度、溶剂、试剂等。总体上，在制备本文所公开的化合物的任何过程中，可能有必要和/或期望保护任何相关分子上的敏感基团或反应基团。这可以通过常规的保护基团，如Protective Groups in Organic Chemistry(ed.J.F.W.McOmie,Plenum Press,1973)；和P.G.M.Green,T.W.Wutts,Protecting Groups in OrganicSynthesis(3rd ed.)Wiley,New York(1999)(两者均通过引用以其全部内容并入本文)中描述的那些来实现。可在方便的后续阶段使用本领域已知的方法移除保护基团。可用于合成适用的化合物的合成化学转化是本领域已知的，并且包括例如R.Larock,ComprehensiveOrganic Transformations,VCH Publishers,1989，或L.Paquette,ed.,Encyclopedia ofReagents for Organic Synthesis,John Wiley and Sons,1995(两者均通过引用以其全部内容并入本文)中所述的那些。本文所述的途径仅为示例性的，并不意图也不应被解释为以任何方式限制权利要求的范围。本领域技术人员将能够基于本文公开的内容认识到本公开的合成的变型并设计替代途径；所有这样的变型和替代途径都在权利要求的范围之内。
定义
除非另有限定，本文使用的所有技术和科学术语的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。除非另有说明，本文引用的所有专利、申请、公布的申请、和其它出版物均通过引用以其整体并入。如果本文的某个术语有多个定义，除非另有说明，否则以本节中的定义为准。如说明书和所附权利要求中所用，除非上下文另有明确规定，单数形式“一种”、“一个”和“所述”包括复数指代。除非另有说明，“或”或者“和”的使用意为“和/或”。此外，术语“包括/包含(including)”和其它形式，如“包括/包含(include)”、“包括/包含(includes)”和“包括/包含(included)”的使用不受限制。如本说明书中所用，无论是在过渡短语中还是在权利要求的主体中，术语“包括/包含(comprise(s))”和“包括/包含(comprising)”应被解释为具有开放式含义。也就是说，这些术语将与短语“至少具有”或“至少包括/包含”的同义解释。当在过程的背景下使用时，术语“包括/包含”意指该过程至少包括所述步骤，但可以包括另外的步骤。当在化合物、组合物、或装置的背景下使用时，术语“包括/包含”意指化合物、组合物、或装置至少包括所述特征或组分，但也可包括另外的特征或组分。
本文中使用的章节标题仅用于组织目的，并且将不被解释为限制所描述的主题。
如本文所用，对常用的有机物缩写进行如下限定：
Et 乙基
Me 甲基
Tert、t 叔
如本文所用，“Ca至Cb”或“Ca-b”(其中“a”和“b”是整数)是指指定基团中的碳原子数目。即，该基团可包含“a”至“b”个碳原子，包括“a”和“b”。因此，例如，“C1至C4烷基”或“C1-4烷基”是指所有具有1至4个碳的烷基，即，CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、(CH3)2CH-、CH3CH2CH2CH2-、CH3CH2CH(CH3)-、和(CH3)3C-。
本文中使用的术语“卤素”(“halogen”或“halo”)是指元素周期表第7列的任何一个放射性稳定的原子，例如，氟、氯、溴、或碘，其中优选氟和氯。
如本文所用，“烷基”是指完全饱和(即,不含双键或三键)的直链烃链或支链烃链。烷基可具有1至20个碳原子(无论在本文中何时出现，诸如“1至20”的数值范围都指代该给定范围内的每一个整数；例如，“1至20个碳原子”意指烷基可由1个碳原子、2个碳原子、3个碳原子等，上至并包括20个碳原子组成，虽然本定义也涵盖未指定数值范围时出现的术语“烷基”。烷基也可以是具有1至9个碳原子的中等大小的烷基。烷基也可以是具有1至4个碳原子的低级烷基。烷基可被命名为“C1-4烷基”或类似名称。仅作为实例，“C1-4烷基”表示烷基链中有1至4个碳原子，即，烷基链选自甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、和叔丁基。一般的烷基包括但不以任何方式限于甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基等。
如本文所用，“烷氧基”是指式-OR，其中R是上文限定的烷基，如“C1-9烷氧基”，包括但不限于甲氧基、乙氧基、正丙氧基、1-甲基乙氧基(异丙氧基)、正丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、和叔丁氧基等。
如本文所用，“烯基”是指含有一个或多个双键的直链烃链或支链烃链。烯基可具有2至20个碳原子，虽然本定义也涵盖未指定数值范围时出现的术语“烯基”。烯基也可以是具有2至9个碳原子的中等大小的烯基。烯基也可以是具有2至4个碳原子的低级烯基。烯基可被命名为“C2-4烯基”或类似名称。仅作为实例，“C2-4烯基”表示烯基链中有2至4个碳原子，即，烯基链选自乙烯基、丙烯-1-基、丙烯-2-基、丙烯-3-基、丁烯-1-基、丁烯-2-基、丁烯-3-基、丁烯-4-基、1-甲基-丙烯-1-基、2-甲基-丙烯-1-基、1-乙基-乙烯-1-基，2-甲基-丙烯-3-基、丁-1,3-二烯基、丁-1,2、-二烯基、和丁-1,2-二烯-4-基。一般的烯基包括但不限于乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、和己烯基等。
术语“芳族”是指具有共轭π电子系统的环或环系统，并且包括碳环芳族基团(例如，苯基)和杂环芳族基团(例如，吡啶)。该术语包括单环或稠环多环(即，共享相邻原子对的环)基团，条件是整个环系统是芳族的。
如本文所用，“芳基”是指环骨架中仅包含碳的芳族环或环系统(即，共享两个相邻碳原子的两个或更多个稠环)。当芳基是环系统时，系统中的各环都是芳族的。芳基可有6至18个碳原子，虽然本定义也涵盖未指定数值范围时术语出现的“芳基”。在一些实施方式中，芳基具有6至10个碳原子。芳基可被命名为“C6-10芳基”、“C6或C10芳基”、或类似名称。芳基的实例包括但不限于苯基、萘基、薁基(azulenyl)、和蒽基。
应该理解，根据上下文，某些自由基命名惯例可包括单自由基或双自由基。例如，在取代基需要两个点与分子的其余部分附接的情况下，应当理解该取代基是双自由基。例如，被确定是需要两个附接点的烷基的取代基包括双自由基，如-CH2-、-CH2CH2-、-CH2CH(CH3)CH2-等。其它自由基命名惯例清楚地表明，该自由基是双自由基，如“亚烷基”或“亚烯基”。
不论何处取代基被描述为双自由基(即，有两个点与分子的其余部分附接)，都应理解，除非另有说明，该取代基可以以任何方向的构型附接。因此，例如，被描述为–AE–或
Figure BDA0002767314110000131
的取代基包括被定向使得A附接在分子最左侧附接点处的取代基，以及A附接在分子最右侧附接点的情况。
在本文公开的化合物具有至少一个手性中心的情况下，其可以作为单独的对映体和非对映体或作为这种异构体(包括外消旋体)的混合物存在。单独异构体的分离或单独异构体的选择性合成是通过应用本领域实践人员公知的各种方法来实现的。除非另有说明，所有这种异构体及其混合物均被包括在本文公开的化合物范围内。此外，本文公开的化合物可以一种或多种晶体或非晶体形式存在。除非另有说明，所有这种形式被包括在本文公开的化合物范围内，包括任何多态形式。另外，本文公开的一些化合物可形成溶剂化物——与水(即，水合物)或常见有机溶剂。除非另有说明，这种溶剂化物被包括在本文公开的化合物范围内。
技术人员将知道，本文描述的一些结构可以是可以通过其它化学结构清楚表示的化合物的共振形式或互变异构体，甚至是在动力学方面；技术人员知道，这样的结构可以仅代表这种化合物(一种或多种)的样品中的很小部分。这样的化合物被认为在所述结构的范围内，但是这样的共振形式或互变异构体在本文中并未被表示。
所述化合物中可以存在同位素。化合物结构中所示的各化学元素可包括所述元素的任何同位素。例如，在化合物结构中，氢原子可被明确地公开或理解为存在于化合物中。在氢原子在化合物中可能存在的任何位置处，该氢原子可以是氢的任何同位素，包括但不限于氢-1(氕)和氢-2(氘)。因此，除非上下文另有明确规定，本文对化合物的提及都包括所有潜在的同位素形式。

Claims (54)

1.聚合物染料，包含：
一个或多个荧光团；和
由单体A和B，任选地单体D，以及选自-OR4和R4的两个末端构成的聚硅氧烷，其中：
A具有结构-Si(R1)(R2)O-，B具有结构-Si(R3)(L)O-，并且D具有结构-Si(R15)(R16)O-；
R1、R2、R3和R15各自独立地选自C1-6烷基和C6-10芳基；
L是选自以下的连接体：-(CH2)mNHC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)NH-、-(CH2)mNHC(＝S)NH-、-(CH2)mNHS(O2)-、-(CH2)mNHC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nC(＝O)O--(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mS(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mS(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mS(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mS(CH2)nNHS(O2)-、
Figure FDA0002767314100000011
其中m和n各自独立地是从1到5的整数，并且其中L提供与所述一个或多个荧光团的共价连接；
各R4独立地选自H、-SH、卤素、C6-10芳基、C1-6烯基、
Figure FDA0002767314100000012
以及任选地用一个或多个R5取代的C1-6烷基、-OC(＝O)R6、-NR7R8、-NR9C(＝O)R10、和-NR11C(＝O)NR12R13，其中q是从1到5的整数；
R5是-OH或–SH；
R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12和R13各自独立地是氢，或各自独立地选自C1-6烷基、苯基和C1-6烯基，每一者均任选地用-OH、卤素、-CN、C1-6烷氧基和-NH2取代；并且
R16是
Figure FDA0002767314100000021
其中s是从1到5的整数。
2.聚合物染料，包含：
一个或多个若丹明荧光团；和
与所述一个或多个若丹明荧光团共价键合的聚合物或其功能化衍生物，所述聚合物选自聚硅氧烷、聚丙烯、聚(甲基丙烯酸叔丁酯)、氟化乙烯丙烯、三十六烷、聚(四氟乙烯)、聚(六氟丙烯)和聚异丁烯。
3.根据权利要求2所述的聚合物染料，其中所述一个或多个若丹明荧光团选自
Figure FDA0002767314100000022
4.根据权利要求3所述的聚合物染料，其中所述聚合物是由单体A和B，任选地单体D，以及选自-OR4和R4的两个末端构成的聚硅氧烷，其中：
A具有结构-Si(R1)(R2)O-，B具有结构-Si(R3)(L)O-，并且D具有结构-Si(R15)(R16)O-；
R1、R2、R3和R15各自独立地选自C1-6烷基和C6-10芳基；
L是选自以下的连接体：-(CH2)mNHC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)NH-、-(CH2)mNHC(＝S)NH-、-(CH2)mNHS(O2)-、-(CH2)mNHC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nC(＝O)O--(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mC(＝O)O(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mNHC(＝O)O(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)O-、-(CH2)mOC(＝O)NH(CH2)nC(＝O)O-、-(CH2)mS(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mS(CH2)nNHC(＝O)NH-、-(CH2)mS(CH2)nNHC(＝S)NH-、-(CH2)mS(CH2)nNHS(O2)-、
Figure FDA0002767314100000031
其中m和n各自独立地是从1到5的整数，并且其中L提供与所述一个或多个荧光团的共价连接；
各R4独立地选自H、-SH、卤素、C6-10芳基、C1-6烯基、
Figure FDA0002767314100000032
以及任选地用一个或多个R5取代的C1-6烷基、-OC(＝O)R6、-NR7R8、-NR9C(＝O)R10、和-NR11C(＝O)NR12R13，其中q是从1到5的整数；
R5是-OH或-SH；
R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12和R13各自独立地是氢，或各自独立地选自C1-6烷基、苯基和C1-6烯基，每一者均任选地用-OH、卤素、-CN、C1-6烷氧基和-NH2取代；并且
R16是
Figure FDA0002767314100000033
其中s是从1到5的整数。
5.根据权利要求1或4所述的聚合物染料，其中R1是C1-6烷基。
6.根据权利要求1、4或5中任一项所述的聚合物染料，其中R1是甲基或乙基。
7.根据权利要求1或4所述的聚合物染料，其中R1是苯基。
8.根据权利要求1或4-7中任一项所述的聚合物染料，其中R2是C1-6烷基。
9.根据权利要求1或4-8中任一项所述的聚合物染料，其中R2是甲基或乙基。
10.根据权利要求1或4-7中任一项所述的聚合物染料，其中R2是苯基。
11.根据权利要求1或4-10中任一项所述的聚合物染料，其中R3是C1-6烷基。
12.根据权利要求1或4-11中任一项所述的聚合物染料，其中R3是甲基或乙基。
13.根据权利要求1或4-10中任一项所述的聚合物染料，其中R3是苯基。
14.根据权利要求1或4-13中任一项所述的聚合物染料，其中L是-(CH2)mNHC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝S)NH-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHC(＝O)-、-(CH2)mNHC(＝O)(CH2)nNHS(O2)-、-(CH2)mC(＝O)NH(CH2)nNHS(O2)-、
Figure FDA0002767314100000041
Figure FDA0002767314100000042
15.根据权利要求1或4-14中任一项所述的聚合物染料，其中各R4是H。
16.根据权利要求1或4-14中任一项所述的聚合物染料，其中至少一个R4是甲基、乙基、或苯基。
17.根据权利要求1或4-14中任一项所述的聚合物染料，其中各R4独立地选自甲基、乙基和苯基。
18.根据权利要求1或4-14中任一项所述的聚合物染料，其中各R4独立地选自氯和-OC(＝O)R6；其中R6是C1-6烷基或苯基。
19.根据权利要求1或4-14中任一项所述的聚合物染料，其中各R4独立地选自-NR7R8、-NR9C(＝O)R10和-NR11C(＝O)NR12R13，其中R7、R8、R9、R10、R11、R12和R13各自独立地选自H和C1-6烷基。
20.根据权利要求1或4-14中任一项所述的聚合物染料，其中各R4独立地选自H和乙烯基。
21.根据权利要求1或4-14中任一项所述的聚合物染料，其中各R4独立地是用一个或多个R5取代的C1-6烷基；其中R5是-OH。
22.根据权利要求1或4-14中任一项所述的聚合物染料，其中各R4独立地是用一个或多个R5取代的C1-6烷基；其中R5是-SH。
23.根据权利要求1或4-22中任一项所述的聚合物染料，其中所述聚合物染料包含具有结构-Si(R15)(R16)O-的单体D。
24.根据权利要求23所述的聚合物染料，其中R16是
Figure FDA0002767314100000051
25.根据权利要求23所述的聚合物染料，其中R16是
Figure FDA0002767314100000052
26.根据权利要求1或4-25中任一项所述的聚合物染料，其中B在所述聚合物染料中以约0.5至5mol％存在。
27.根据权利要求1或4-26中任一项所述的聚合物染料，其中B在所述聚合物染料中以约0.5至2.75mol％存在。
28.根据权利要求1或4-26中任一项所述的聚合物染料，其中B在所述聚合物染料中以约2.75至5mol％存在。
29.根据权利要求1-28中任一项所述的聚合物染料，其中所述聚合物染料的数均摩尔质量是至少约500道尔顿。
30.根据权利要求1-29中任一项所述的聚合物染料，其中所述聚合物染料的数均摩尔质量是约500至1500道尔顿。
31.根据权利要求1-29中任一项所述的聚合物染料，其中所述聚合物染料的数均摩尔质量是约1500至2500道尔顿。
32.根据权利要求1-29中任一项所述的聚合物染料，其中所述聚合物染料的数均摩尔质量是约2500至3500道尔顿。
33.根据权利要求1或4-14中任一项所述的聚合物染料，其中所述聚硅氧烷具有结构R4O([Si(R1)(R2)-O-Si(R1)(R2)]x-O-[Si(R1)(R2)-O-Si(R3)(L)]y)zOR4，并且其中x、y和z各自独立地是整数。
34.根据权利要求33所述的聚合物染料，其中x、y和z各自独立地是数值为1-150的整数。
35.根据权利要求33或34所述的聚合物染料，其中x、y和z各自独立地是数值为3-75的整数。
36.根据权利要求33或34所述的聚合物染料，其中x、y和z各自独立地是数值为76-150的整数。
37.根据权利要求33-36中任一项所述的聚合物染料，其中各末端处的R4是C1-6烷基。
38.根据权利要求33-36中任一项所述的聚合物染料，其中各末端处的R4是H。
39.根据权利要求33-36中任一项所述的聚合物染料，其中一个末端处的R4是C1-6烷基，并且第二末端处的R4是H。
40.根据权利要求33-39中任一项所述的聚合物染料，其中所述聚合物染料的数均摩尔质量是至少约500道尔顿。
41.用于检测生物活性的传感器聚合物，包含：
根据权利要求1-40中任一项所述的聚合物染料；和
非荧光聚合物基质。
42.根据权利要求41所述的传感器聚合物，其中所述聚合物染料夹带在所述聚合物基质内。
43.根据权利要求41或42所述的传感器聚合物，其中所述聚合物染料与所述聚合物基质共价键合。
44.根据权利要求41-43中任一项所述的传感器聚合物，其中所述聚合物基质是聚硅氧烷。
45.用于检测样品中的生物活性的瓶式传感器系统，所述瓶式传感器系统包括：
具有内表面的可密封的透明容器；
根据权利要求41-44中任一项所述的传感器聚合物，所述传感器聚合物附接至所述容器的内表面的至少一部分；和
在所述容器内的生物培养基。
46.根据权利要求45所述的瓶式传感器系统，另外包括在所述容器内的指示剂。
47.根据权利要求46所述的瓶式传感器系统，其中所述指示剂能够响应于pH变化而经历光吸光度变化。
48.根据权利要求47所述的瓶式传感器系统，其中所述指示剂选自丙基红、对硝基苯酚、石蕊素、氯苯基红、3,6-二羟基呫吨酮、茜素、溴二甲酚蓝、间二硝基亚苯甲酰脲、溴百里香酚蓝、玫红酸(aosolic acid)、中性红、甲酚红、溴甲酚红、溴甲酚紫、resolic acid、奈耳蓝、苯酚红、硝胺、甲酚紫和甲基黄。
49.用于检测样品中的生物活性的设备，所述设备包括：
根据权利要求45-48中任一项所述瓶式传感器系统；
所述传感器外部的光源；和
用于检测荧光辐射的检测器。
50.制备聚合物染料的方法，包括：
获得由单体A和C，和任选地单体D构成的聚硅氧烷，其中：
A具有结构-Si(R1)(R2)O-，C具有结构-Si(R14)(M)O-，并且D具有结构-Si(R15)(R16)O-；
R1、R2、R14和R15各自独立地选自C1-6烷基和C6-10芳基；
部分M选自-(CH2)oNH2、-(CH2)oSH和-(CH2)oNHC(＝O)(CH2)pNH2，其中o和p各自独立地是从1到5的整数；
R16是
Figure FDA0002767314100000061
其中s是从1到5的整数；
其中B以约0.5至5.0mol％存在；并且
所述聚硅氧烷的数均摩尔质量是约1000至3000道尔顿；
获得若丹明荧光团；和
使所述聚硅氧烷与所述若丹明荧光团反应以在所述聚硅氧烷和所述若丹明荧光团之间形成共价键。
51.根据权利要求50所述的方法，进一步包括：
通过用R4取代，使一个或两个末端-OH官能化，其中R4选自H、-SH、卤素、C6-10芳基、C1-6烯基、
Figure FDA0002767314100000071
以及任选地用一个或多个R5取代的C1-6烷基、-OC(＝O)R6、-NR7R8、-NR9C(＝O)R10、和-NR11C(＝O)NR12R13，其中q是从1到5的整数；其中R5是-OH或-SH；并且其中R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12和R13各自独立地是氢或选自C1-6烷基、苯基和C1-6烯基，每一者任选地用-OH、卤素、-CN、C1-6烷氧基和-NH2取代。
52.制备用于检测生物活性的传感器聚合物的方法，包括：
获得所述聚合物染料；
获得硅氧烷单体；
将所述聚合物染料和硅氧烷单体溶解以形成聚合溶液；
使所述聚合溶液经受适当的条件以形成夹带在聚硅氧烷内或共价键合至聚硅氧烷的聚合物染料。
53.根据权利要求52所述的方法，其中所述聚合物染料是根据权利要求1-40中任一项所述的聚合物染料。
54.检测样品中的生物活性的方法，所述方法包括：
将所述样品或部分所述样品置于培养基中，以形成样品-培养基，所述样品-培养基能够维持微生物的生长；
在能够维持所述微生物的生长的条件下，在根据权利要求45-48中任一项所述的瓶式传感器系统的容器中培育所述样品-培养基；
使所述瓶式传感器系统暴露于光源；和
检测从所述瓶式传感器系统发出的荧光以产生荧光数据，其中所述荧光数据指示生物活性。
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