CN113383043A - 具有连接体基团的聚合物串联染料 - Google Patents

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Abstract

本文公开可用作荧光染料或着色染料的化合物。在某些实施方式中，所述化合物具有下述结构(I)：
Figure DDA0003041426490000011
或其立体异构体、互变异构体或盐，其中R1，R2，R3，R4，R5，L1，L2，L3，L4，M1，M2，m和n如本文所定义。也提供与所述化合物制备和使用有关的方法。

Description

具有连接体基团的聚合物串联染料
背景部分
技术领域
本公开一般地涉及具有间隔基团的二聚和聚合的生色团化合物(例如包含荧光染料部分的聚合物化合物)，及其制备方法和在各种分析方法中的用途。
有关技术的描述
荧光和/或着色染料已知特别适于希望高度敏感的检测试剂的应用。能够在样品中优先标记特定成分或组分的染料使得研究者可以确定所述特定成分或组分的存在、量和/或位置。此外，能够监测特定体系在不同环境中的空间和时间分布。
荧光和比色方法在化学和生物学中是极度广泛的。这些方法提供关于生物分子存在，结构，距离，取向，复合和/或位置的有用信息。此外，时间分辨方法越来越多地用于动态学和动力学的测量中。作为结果，已开发出用于荧光或颜色标记生物分子比如核酸和蛋白质的许多策略。由于生物分子的分析一般在含水环境中发生，从而焦点集中于开发和使用与含水系统相容的染料，其能够阐明希望的空间信息和生物分子相互作用。
相应地，已开发牵涉共振能量转移的技术来揭示所述结构信息。特别地，
Figure BDA0003041426470000011
共振能量转移("FRET"-有时也与荧光共振能量转移可互换地使用)技术产生可靠度量生物分子距离和相互作用变化的信息。共振能量转移技术成本相对低并且能够快速获得测量；然而，FRET受累于数种局限，其涉及生色团的取向和定位以及由于游离荧光团和不希望的pH敏感性导致的能量转移掩蔽。额外地，已知FRET试剂(例如修饰的藻红蛋白或BrilliantVioletTM)受累于缺少光稳定性，具有不希望的物理特征(例如尺寸、细胞渗透性)，和具有批次间变化高(需要设备再校准)。
本领域需要水可溶的染料、特别是共振能量转移染料，其具有增加的摩尔亮度和/或增加的FRET发射信号。理想地，所述染料和生物标记应是强着色的或荧光的并且应以各种颜色和荧光波长可获得。本公开实现该需要和提供其它有关优势。
发明概要
简言之，本公开的实施方式一般涉及用作水可溶的荧光和/或着色染料和/或探针的化合物，其使得分析物分子比如生物分子的视觉检测成为可能，以及用于它们的制备的试剂。尤其是，在某些实施方式中，本公开化合物有用的原因是它们使得与其有关的FRET荧光发射成为可能。也描述用染料来视觉检测分析物分子的方法。
目前公开的染料的实施方式包括通过连接体(例如"L4")共价连接的两个或更多个荧光和/或着色部分(也即生色团)。与先前报告的基于蛋白质的二聚和/或聚合的染料相比，本文染料显著更光亮，使得分子内相互作用导致的FRET吸收和发射成为可能，和可用本领域已知的容易方法(也即自动化DNA合成方法)稳健地重现。
本公开实施方式的水可溶的荧光或着色的染料是强烈着色和/或荧光的，使得FRET过程(例如吸收、发射、斯托克斯位移)成为可能，并且能够通过视觉检查或其它手段容易地观察。在某些实施方式中，可以观察化合物而不用事先光照或化学或酶活化。通过适当选取如本文描述的染料，可以获得各种颜色的视觉可检测的分析物分子以及靶标分子的有价值的空间信息。
在一种实施方式中，提供具有下述结构(I)的化合物：
Figure BDA0003041426470000021
或其立体异构体、互变异构体或盐，其中R1，R2，R3，R4，R5，L1，L2，L3，L4，M1，M2，m和n如本文所定义。
又一实施方式提供具有下述结构(II)的化合物：
Figure BDA0003041426470000031
或其立体异构体、盐或互变异构体，其中R1，R2，R3，R4，R5，L1，L2，L3，L4，L5，L6，L7a，L7b，M1，M3，q，w，m和n如本文所定义。
又一实施方式提供具有下述结构(III)的化合物：
Figure BDA0003041426470000032
或其立体异构体、盐或互变异构体，其中R1，R2，R3，R4，R5，L1，L2，L3，L4，L8，M1，M2，m和n如本文所定义。
一种实施方式提供具有下述结构(IV)的化合物：
Figure BDA0003041426470000033
或其立体异构体、盐或互变异构体，其中R1，R2，R3，R4，R5，L1，L2，L3，L4，L5，L6，L7a，L7b，L8，M1，M2，m和n如本文所定义。
又一实施方式提供包含受体生色团和供体生色团的聚合物化合物，所述具有受体跃迁偶极矩并且共价地连接至聚合物骨架而所述供体生色团具有供体跃迁偶极矩并且共价地连接至所述聚合物骨架，其中受体生色团和供体生色团具有大于约1×1010的J-值并且所述聚合物化合物在生理学条件下在溶液中采取这样的构象，其中在受体生色团与供体生色团之间的有效距离小于约50.0nm并且受体跃迁偶极和供体跃迁偶极实质上平行或实质上反平行。
前述的实施方式描述了用于许多应用的化合物，包括在各种分析方法中用作FRET、荧光和/或着色的染料。
相应地，又一实施方式提供染色样品的方法，所述方法包括向所述样品加入前述化合物之一，其量足以在以适当波长光照所述样品的情况下产生光学响应。
在其它实施方式中，本公开提供视觉检测分析物分子的方法，包括：
(a)提供前述化合物之一(例如结构(I)，(II)，(III)或(IV)的化合物)；和
(b)通过其可视特性检测化合物。
其它公开的方法包括视觉检测生物分子的方法，所述方法包括：
(a)将前述化合物之一(例如结构(I)，(II)，(III)或(IV)的化合物)与一种或多种生物分子混合；和
(b)通过其可视特性检测化合物。
其它实施方式涉及组合物，其包含至少一种前述化合物(例如结构(I)、(II)、(III)或(IV)的化合物)和一种或多种生物分子。还提供所述组合物在分析方法中用于检测一种或多种分析物(例如生物分子)的用途。
本公开的这些和其它方面在参照下文详述之后更加明显。
附图说明
在附图中，相同的标记数字鉴定相似的要素。要素在图中的尺寸和相对位置不一定按比例画出和这些要素中的某些被扩大和定位以改善图的可辨认性。此外，画出的要素具体形状并不期望传递有关该特定要素的真实形状的任何信息，而是仅仅为了便于在图中识别而选用。
图1显示示范性供体发射光谱和受体激发(或吸收)光谱及其重叠图，其用来确定J-值。
图2说明化合物I-1的荧光发射谱图，用Cy3作为供体生色团和AF680作为受体。激发于488nm。
图3描述化合物I-2的荧光发射谱图，用AF555作为供体生色团和AF680作为受体。激发于488nm。
图4显示化合物I-3的荧光发射谱图，用Cy3作为供体生色团和AF647作为受体。激发于488nm。
图5显示化合物I-4的荧光发射谱图，用AF555作为供体生色团和AF647作为受体。激发于488nm。
图6描述化合物I-5的荧光发射谱图，用Cy3作为供体生色团和AF594作为受体。激发于488nm。
图7描述化合物I-6的荧光发射谱图，用AF555作为供体生色团和AF594作为受体。激发于488nm。
图8显示化合物I-7的荧光发射谱图，用Cy3作为供体生色团和AF700作为受体。激发于488nm。
图9描述化合物I-8的荧光发射谱图，用AF555作为供体生色团和AF700作为受体。激发于488nm。
图10显示化合物I-1，I-3，I-5和I-7的荧光发射谱图的位置重叠图。
图11说明含有双荧光素部分的化合物的发射谱图的重叠图，激发于350nm。化合物I-10(相对化合物A)显示增加的荧光，其是来自供体AF350部分的FRET激发的结果。
发明详述
在下文描述中，描述某些特定细节以提供对本公开各种实施方式的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解本公开可以不用这些细节来实施。
除非上下文另有需要，在整个说明书和权利要求中，措辞"包含"及其变型比如"含有"和"包括"解释为开放内含意义，也即"包括，但不限于"。
在本说明书通篇提及"一种实施方式"或"一个实施方式"意指的是，在实施方式中描述的特定性质、结构或特征包括在至少一个本公开实施方式中。从而，短语"在一种实施方式中"或"在一个实施方式中"在本说明书通篇各种位置出现不一定全部是指同一个的实施方式。另外，特定的性质、结构或特征可以在一个或多个实施方式中以任何适宜方式组合。
术语"约"在与所述数值或范围结合使用时具有本领域普通技术人员合理理解的含义，也即表示比所述值或范围大一些或小一些，属于±20％的所述值；±19％的所述值；±18％的所述值；±17％的所述值；±16％的所述值；±15％的所述值；±14％的所述值；±13％的所述值；±12％的所述值；±11％的所述值；±10％的所述值；±9％的所述值；±8％的所述值；±7％的所述值；±6％的所述值；±5％的所述值；±4％的所述值；±3％的所述值；±2％的所述值；或±1％的所述值的范围。
"氨基"是指-NH2基团。
"羧基"是指-CO2H基团。
"氰基"是指-CN基团。
"甲酰基"是指-C(＝O)H基团。
"羟基"或"羟基"是指-OH基团。
"亚氨基"是指＝NH基团。
"硝基"是指-NO2基团。
"氧代"是指＝O基团。
"氢硫基"、"硫醇"或"硫基"是指-SH基团。
"硫代"是指＝S基团。
"烷基"是指仅由碳和氢原子组成的直链或支化的烃链基团，不含不饱和度，具有一至十二个碳原子(C1-C12烷基)、一至八个碳原子(C1-C8烷基)或一至六个碳原子(C1-C6烷基)，并且其通过单键连接至分子其余部分，例如甲基、乙基、正丙基、1-甲基乙基(异丙基)、正丁基、正戊基、1,1-二甲基乙基(叔丁基)、3-甲基己基、2-甲基己基等。除非特别在说明书中另有说明，烷基是任选经取代的。
"亚烷基"或"亚烷基链"是指将分子其余部分连接至残基的直链或支化的二价烃链，仅由碳和氢组成，不含不饱和度，并且具有一至十二个碳原子，例如亚甲基、亚乙基、亚丙基、正-亚丁基、亚乙烯基、亚丙烯基、正-亚丁烯基、亚丙炔基、正-亚丁炔基等。亚烷基链通过单键连接至分子其余部分并且通过单键连接至残基。亚烷基链与分子其余部分的连接点和与残基的连接点能够通过链中的一个碳或任何两个碳。除非说明书中特别另有说明，亚烷基是任选经取代的。
"亚烯基"或"亚烯基链"是指将分子其余部分连接至残基的直链或支化的二价烃链，仅由碳和氢组成，含有至少一个碳-碳双键和具有二至十二个碳原子，例如亚乙烯基、亚丙烯基、正-亚丁烯基等。亚烯基链通过单键连接至分子其余部分和通过双键或单键连接至残基。亚烯基链与分子其余部分的连接点和与残基的连接点能够通过链中的一个碳或任何两个碳。除非说明书中特别另有说明，亚烯基是任选经取代的。
"亚炔基"或"亚炔基链"是指将分子其余部分连接至残基的直链或支化的二价烃链，仅由碳和氢组成，含有至少一个碳-碳三键和具有二至十二个碳原子，例如亚乙烯基，亚丙烯基，正-亚丁烯基等。亚炔基链通过单键连接至分子其余部分和通过双键或单键连接至残基。亚炔基链与分子其余部分的连接点和与残基的连接点能够通过链中的一个碳或任何两个碳。除非说明书中特别另有说明，亚炔基是任选经取代的。
"烷基醚"是指如前文所定义的任何烷基，其中至少一个碳-碳键用碳-氧键替换。碳-氧键可以在末端(如烷氧基)或碳氧键可以在内部(也即C-O-C)。烷基醚包括至少一个碳氧键，但是可以包括多于一个。例如，聚乙二醇(PEG)包括烷基醚的含义当中。除非说明书中特别另有说明，烷基醚基团是任选经取代的。例如，在某些实施方式中烷基醚用醇或-OP(＝Ra)(Rb)Rc取代，其中Ra，Rb和Rc各自如对结构(I)化合物的定义。
"烷氧基"是指式-ORa基团，其中Ra是如前文所定义的含有一至十二个碳原子的烷基。除非说明书中特别另有说明，烷氧基是任选经取代的。
"杂亚烷基"是指如前文所定义的亚烷基，在亚烷基链内或在亚烷基链末端包含至少一个杂原子(例如Si、N、O、P或S)。在某些实施方式中，杂原子在亚烷基链内(也即杂亚烷基包含至少一个碳-[杂原子]-碳键，其中x是1，2或3)。在其它实施方式中，杂原子在亚烷基末端和从而将亚烷基与分子其余部分连接(例如Ma-H-A-Mb，其中Ma和Mb各自是分子的分开部分，H是杂原子而A是亚烷基)。除非说明书中特别另有说明，杂亚烷基是任选经取代的。示范性杂亚烷基包括氧化乙烯(例如聚氧化乙烯)而"C连接体"、"HEG连接体"和"PEG 1K连接体"连接基团如下所示：
Figure BDA0003041426470000081
上述C连接体，HEG连接体和/或PEG 1K连接体的多聚体(multimer)包括在杂亚烷基连接体的各种实施方式中。在PEG 1K连接体的某些实施方式中，n的范围是19-25，例如n是19，20，21，22，23，24或25。多聚体可以包含例如下述结构：
Figure BDA0003041426470000082
其中x是0或大于0的整数，例如x的范围是0-100(例如1，2，3，4，5，6，7，8，9或10)。
"杂亚烯基"是如前文所定义的杂亚烷基，包含至少一个碳-碳双键。除非说明书中特别另有说明，杂亚烯基是任选经取代的。
"杂亚炔基"是包含至少一个碳-碳三键的杂亚烷基。除非说明书中特别另有说明，杂亚炔基是任选经取代的。
在提及"杂原子连接体"时"杂原子"是指由一个或多个杂原子组成的连接体基团。示范性杂原子连接体包括单个原子选自O、N、P和S，和多个杂原子例如具有式-P(O-)(＝O)O-或-OP(O-)(＝O)O-的连接体及其多聚体和组合。
"磷酸盐/酯"是指-OP(＝O)(Ra)Rb基团，其中Ra是OH，O-或ORc；而Rb是OH，O-，ORc，硫代磷酸盐/酯基团或其它磷酸盐/酯基团，其中Rc是平衡离子(例如Na+等)。
"磷酸基烷基"是指-OP(＝O)(Ra)Rb基团，其中Ra是OH，O-或ORc；而Rb是-O烷基，其中Rc是平衡离子(例如Na+等)。除非说明书中特别另有说明，磷酸基烷基是任选经取代的。例如，在某些实施方式中，磷酸基烷基中的-O烷基部分任选用一个或多个羟基，氨基，氢硫基，磷酸盐/酯，硫代磷酸盐/酯，磷酸基烷基，硫代磷酸基烷基，磷酸基烷基醚或硫代磷酸基烷基醚取代。
"磷酸基烷基醚"是指-OP(＝O)(Ra)Rb基团，其中Ra是OH，O-或ORc；而Rb是-O烷基醚，其中Rc是平衡离子(例如Na+等)。除非说明书中特别另有说明，磷酸基烷基醚基团是任选经取代的。例如，在某些实施方式中，磷酸基烷基醚基团中的-O烷基醚部分任选用一个或多个羟基，氨基，氢硫基，磷酸盐/酯，硫代磷酸盐/酯，磷酸基烷基，硫代磷酸基烷基，磷酸基烷基醚或硫代磷酸基烷基醚取代。
"硫代磷酸盐/酯"是指-OP(＝Ra)(Rb)Rc基团，其中Ra是O或S，Rb是OH，O-，S-，ORd或SRd；而Rc是OH，SH，O-，S-，ORd，SRd，磷酸盐/酯基团或其它硫代磷酸盐/酯基团，其中Rd是平衡离子(例如Na+等)且条件是：i)Ra是S；ii)Rb是S-或SRd；iii)Rc是SH，S-或SRd；或iv)i)，ii)和/或iii)的组合。
"硫代磷酸基烷基"是指-OP(＝Ra)(Rb)Rc基团，其中Ra是O或S，Rb是OH，O-，S-，ORd或SRd；而Rc是-O烷基，其中Rd是平衡离子(例如Na+等)且条件是：i)Ra是S；ii)Rb是S-或SRd；或iii)Ra是S而Rb是S-或SRd。除非说明书中特别另有说明，硫代磷酸基烷基是任选经取代的。例如，在某些实施方式中，硫代磷酸基烷基中的-O烷基部分任选用一个或多个羟基，氨基，氢硫基，磷酸盐/酯，硫代磷酸盐/酯，磷酸基烷基，硫代磷酸基烷基，磷酸基烷基醚或硫代磷酸基烷基醚取代。
"硫代磷酸基烷基醚"是指-OP(＝Ra)(Rb)Rc基团，其中Ra是O或S，Rb是OH，O-，S-，ORd或SRd；而Rc是-O烷基醚，其中Rd是平衡离子(例如Na+等)且条件是：i)Ra是S；ii)Rb是S-或SRd；或iii)Ra是S而Rb是S-或SRd。除非说明书中特别另有说明，硫代磷酸基烷基醚基团是任选经取代的。例如，在某些实施方式中，硫代磷酸基烷基中的-O烷基醚部分任选用一个或多个羟基，氨基，氢硫基，磷酸盐/酯，硫代磷酸盐/酯，磷酸基烷基，硫代磷酸基烷基，磷酸基烷基醚或硫代磷酸基烷基醚取代。
"碳环"是指稳定的3-至18-元芳族或非芳族环，其包含3至18个碳原子。除非说明书中特别另有说明，碳环可以是单环、双环、三环或四环的环系，其可以包括稠合的或桥连的环系，和可以是部分或完全饱和的。非芳族碳环基残基包括环烷基，而芳族碳环基残基包括芳基。除非说明书中特别另有说明，碳环基团是任选经取代的。
"环烷基"是指稳定的非芳族单环或多环碳环，其可以包括稠合的或桥连的环系，具有三至十五个碳原子，优选具有三至十个碳原子，并且其是饱和的或不饱和的和通过单键连接至分子其余部分。单环环烷基包括例如环丙基，环丁基，环戊基，环己基，环庚基和环辛基。多环环烷基包括例如金刚烷基，降莰烷基，十氢萘基，7,7-二甲基-二环-[2.2.1]庚烷基等。除非说明书中特别另有说明，环烷基是任选经取代的。
"芳基"是指环系包含至少一个碳环芳族环。在某些实施方式中，芳基包含6至18个碳原子。芳基环可以是单环、双环、三环或四环的环系，其可以包括稠合的或桥连的环系。芳基包括但不限于衍生自下述的芳基：醋蒽，苊，醋菲烯，蒽，薁，苯，
Figure BDA0003041426470000111
，荧蒽，芴，不对称引达省，对称引达省，茚满，茚，萘，非那烯，菲，七曜烯，芘和三亚苯。除非说明书中特别另有说明，芳基是任选经取代的。
"杂环"是指稳定的3-至18-元芳族或非芳族环，包含一至十二个碳原子和一至六个选自氮、氧和硫的杂原子。除非说明书中特别另有说明，杂环可以是单环、双环、三环或四环的环系，其可以包括稠合的或桥连的环系；和杂环中的氮、碳或硫原子可以任选被氧化；氮原子可以任选被季铵化；和杂环可以是部分或完全饱和的。芳族杂环的实例是在下文中列于杂芳基的定义中(也即杂芳基是杂环的子集)。非芳族杂环的实例包括但不限于二氧杂环戊烷基，噻吩基[1,3]二噻烷基，十氢异喹啉基，咪唑啉基，咪唑烷基，异噻唑烷基，异噁唑烷基，吗啉基，八氢吲哚基，八氢异吲哚基，2-氧代哌嗪基，2-氧代哌啶基，2-氧代吡咯烷基，噁唑烷基，哌啶基，哌嗪基，4-哌啶酮基，吡咯烷基，吡唑烷基，吡唑并嘧啶基，奎宁环基，噻唑烷基，四氢呋喃基，三噁烷基，三硫杂环己烷基，三嗪烷基，四氢吡喃基，硫吗啉基，硫杂吗啉基，1-氧代-硫吗啉基和1,1-二氧代-硫吗啉基。除非说明书中特别另有说明，杂环基团是任选经取代的。
"杂芳基"是指5-至14-元环系统包含一至十三个碳原子，一至六个选自氮、氧和硫的杂原子，和至少一个芳族环。出于本公开的某些实施方式的意图，杂芳基残基可以是单环、双环、三环或四环的环系，其可以包括稠合的或桥连的环系；和杂芳基残基中的氮、碳或硫原子可以任选被氧化；氮原子可以任选被季铵化。实例包括但不限于氮杂
Figure BDA0003041426470000112
基，吖啶基，苯并咪唑基，苯并噻唑基，苯并吲哚基，苯并二氧杂环戊二烯基，苯并呋喃基，苯并噁唑基，苯并噻唑基，苯并噻二唑基，苯并[b][1,4]二氧杂
Figure BDA0003041426470000113
基，1,4-苯并二噁烷基，苯并萘并呋喃基，苯并噁唑基，苯并二氧杂环戊二烯基，苯并二氧杂环己二烯基，苯并吡喃基，苯并吡喃酮基，苯并呋喃基，苯并呋喃酮基，苯并噻吩基(苯并噻吩基)，苯并三唑基，苯并[4,6]咪唑并[1,2-a]吡啶基，苯并噁唑啉酮基，苯并咪唑亚硫酰基，咔唑基，噌啉基，二苯并呋喃基，二苯并噻吩基，呋喃基，呋喃酮基，异噻唑基，咪唑基，吲唑基，吲哚基，吲唑基，异吲哚基，吲哚啉基，异吲哚啉基，异喹啉基，吲嗪基，异噁唑基，萘啶基，噁二唑基，2-氧代氮杂
Figure BDA0003041426470000121
基，噁唑基，氧化乙烯基，1-氧化吡啶基，1-氧化嘧啶基，1-氧化吡嗪基，1-氧化哒嗪基，1-苯基-1H-吡咯基，吩嗪基，吩噻嗪基，吩噁嗪基，酞嗪基，蝶啶基，蝶啶酮基，嘌呤基，吡咯基，吡唑基，吡啶基，吡啶酮基，吡嗪基，嘧啶基，嘧啶酮基，哒嗪基，吡咯基，吡啶并[2,3-d]嘧啶酮基，喹唑啉基，喹唑啉酮基，喹喔啉基，喹喔啉酮基，喹啉基，异喹啉基，四氢喹啉基，噻唑基，噻二唑基，噻吩并[3,2-d]嘧啶-4-酮基，噻吩并[2,3-d]嘧啶-4-酮基，三唑基，四唑基，三嗪基，和噻吩基(也即噻吩基)。除非说明书中特别另有说明，杂芳基是任选经取代的。
措辞"-亚基/亚...基"是指特定结构特征(例如烷基、芳基、杂烷基)通过单键连接至分子其余部分和通过单键连接至残基。换言之，措辞"-亚基/亚...基"是指具有本文描述的含义的特定结构特征，其是在分子与残基之间的连接体。"-亚基/亚...基"链与分子其余部分和与残基的附着点能够是通过链的一个原子或链内的任何两个原子。例如，亚烷基杂亚烷基是指包含亚烷基部分和杂亚烷基部分的连接体。
"稠合的"是指包含至少两个环的环系，其中所述两个环共享至少一个共同的环原子、例如两个共享的环原子。在稠环是杂环基环或杂芳基环的情况下，共享的环原子可以是碳或氮。稠环包括双环，三环，四环等。
"共轭"是指一个p-轨道与又一个p-轨道跨间隔的σ键重叠。共轭可以发生在环状或无环化合物中。"共轭度"是指至少一个p-轨道与又一个p-轨道跨间隔的σ键重叠。例如，1,3-丁二烯具有一个共轭度，而苯和其它芳族化合物一般具有多个共轭度。荧光和着色化合物一般包含至少一个共轭度。
"荧光"是指分子能够吸收特定频率的光和发出不同频率的光。荧光是本领域普通技术人员熟知的。
"着色"是指分子吸收着色光谱范围内的光(也即红、黄、蓝色等)。
"FRET"是指
Figure BDA0003041426470000131
共振能量转移，其是指能量从一部分(例如第一生色团或"供体")的激发转移至相邻部分(例如第二生色团或"受体")的物理相互作用。"FRET"有时也与荧光共振能量转移(即在各生色团是荧光部分的情况下)可互换地使用。一般地，FRET需要(1)受体生色团的激发或吸收光谱与供体生色团的发射光谱重叠；(2)受体和供体生色团的跃迁偶极矩实质上平行(也即在约0°或180°)；和(3)受体和供体生色团具有空间邻近性(也即相互接近)。能量从供体向受体转移通过无辐射的偶极-偶极耦合发生，并且供体生色团与受体生色团之间的距离一般远小于光的波长。
"供体"或"供体生色团"是指生色团(例如荧光团)，其被或能够被诱导为激发电子态并且可以通过长程偶极-偶极相互作用以无辐射方式将其激发或吸收能量转移至附近的受体生色团。不受理论限制，据信能量转移发生的原因是各自生色团的振荡偶极具有相似的共振频率。具有这些相似共振频率的供体和受体称为"供体-受体对"，其与"FRET部分"、"FRET对"、"FRET染料"等可互换地使用。
"受体"或"受体生色团"是指来自供体生色团的激发或吸收能量经由无辐射转移通过长程偶极-偶极相互作用向其转移的生色团(例如荧光团)。
"斯托克斯位移"是指电子跃迁(例如从激发态至非激发态或反之)激发或吸收谱图与发射谱图之间的带最大值的位置(例如波长)差异。在某些实施方式中，化合物具有大于25nm，大于30nm，大于35nm，大于40nm，大于45nm，大于50nm，大于55nm，大于60nm，大于65nm，大于70nm，大于75nm，大于80nm，大于85nm，大于90nm，大于95nm，大于100nm，大于110nm，大于120nm，大于130nm，大于140nm，大于150nm，大于160nm，大于170nm，大于180nm，大于190nm，或大于200nm的斯托克斯位移。
"J-值"计算为供体生色团发射光谱与受体生色团激发或吸收光谱之间的光谱重叠积分值。供体生色团的发射光谱是在用优选的激发或吸收波长激发供体生色团的情况下产生的谱图。供体生色团的优选激发或吸收波长位于或接近它们各自的最大激发或吸光波长，其是本领域普通技术人员熟知的(例如，Pacific蓝具有在约401nm的最大激发或吸收，FITC具有在约495nm的最大激发或吸收)。"J-值"的示例性实例如本文所用示于图1。
"连接体"是指至少一个原子比如碳、氧、氮、硫、磷及其组合的连续链，其将分子的一部分与同一分子的又一部分连接或者与不同分子、部分或固体载体(例如微粒)连接。连接体可以经由共价键或其它手段比如离子键或氢键相互作用连接分子。
"生理学条件"是指溶液或介质具有范围约20至40℃的温度，约1atm(101kPa或14.7psi)的大气压，约6至8的pH，约1至20mM的葡萄糖浓度，大气压氧浓度，和/或地球重力。"生理学条件"包括溶液或介质，其具有这些特性的子集(例如具有范围20至40℃的温度和约6至8的pH)。所述条件还可以包括缓冲剂组分或系统，包括但不限于磷酸盐，碳酸氢盐，血红蛋白和/或蛋白质。
术语"生物分子"是指任何各种生物学物质，包括核酸，碳水化合物，氨基酸，多肽，糖蛋白，激素类，适体及其混合物。更特别地，该术语期望包括但不限于RNA，DNA，寡核苷酸，修饰的或衍生化的核苷酸，酶，受体，朊病毒，受体配体(包括激素类)，抗体，抗原和毒素，以及细菌，病毒，血液细胞和组织细胞。本公开的视觉可检测的生物分子(例如具有与其连接的生物分子的结构(I)、(II)、(III)或(IV)化合物)制备如下：将生物分子与化合物接触，所述化合物具有反应性基团使得生物分子可以经由生物分子上任何可获得的原子或官能团比如氨基、羟基、羧基或氢硫基连接至化合物，如本文进一步描述。
"反应性基团"是能够与第二反应性基团(例如"互补反应性基团")反应形成一个或多个共价键的部分，例如通过取代、氧化、还原、加成或环加成反应。示范性反应性基团提供于表1并且包括例如亲核物质，亲电试剂，双烯，亲双烯体，醛，肟，腙，炔，胺，叠氮化物，酰基叠氮化物，酰卤，腈，硝酮，氢硫基，二硫化物，磺酰卤，异硫氰酸酯，亚氨酸酯，活化的酯，酮，α,β-不饱和羰基，烯烃，马来酰亚胺，α-卤代酰亚胺，环氧化物，氮丙啶，四嗪，四唑，膦，生物素，硫杂环丙烷等。
"生物缀合"或"生物缀合作用"以及有关的变型是指用于形成两个分子之间的稳定共价键的化学反应。术语"生物缀合物"一般用于分子之一是生物分子(例如抗体)的情况，但还能够用来描述与非生物分子(例如聚合物树脂)形成共价键。上述反应策略所得的产品或化合物是"缀合物"、"生物缀合物"或其语法等价物。
术语"可视的"和"视觉可检测的"在本文中用于指通过视觉检查可以观察的物质，而不用预先光照或者化学或酶活化。所述视觉可检测的物质吸收和发出约300至约900nm光谱范围的光。优选，所述物质是强着色的，优选具有至少约40,000，更优选至少约50,000，还更优选至少约60,000，又还更优选至少约70,000，和最优选至少约80,000M-1cm-1的摩尔消光系数。本公开化合物可以检测如下：肉眼观察，或者借助基于光学的检测装置包括但不限于吸收分光光度计、透射光学显微镜、数字照相机和扫描仪。视觉可检测的物质并不局限于发出和/或吸收可见光谱光的那些。发出和/或吸收紫外(UV)区域的光(约10nm至约400nm)、红外(IR)区域的光(约700nm至约1mm)的物质，和发出和/或吸收其它区域的电磁光谱的物质也包括在"视觉可检测的"物质的范围内。
出于本公开实施方式的意图，术语"光稳定的可视染料"是指化学部分，其如上文所定义是视觉可检测的，并且在暴露于光的情况下不显著变化或分解。优选，光稳定的可视染料在暴露于光至少1小时之后不展示显著漂白或分解。更优选，可视染料在暴露于光至少12小时、还更优选至少24小时、又还更优选至少1周和最优选至少1个月之后是稳定的。适用于本公开化合物和方法的光稳定的可视染料的非限制性实例包括偶氮染料，硫靛蓝染料，喹吖啶酮色素，二噁嗪，酞菁，紫环酮(perinone)，二酮基吡咯并吡咯，喹酞酮，和truarycarbonium。
如本文所用，术语"苝衍生物"期望包括视觉可检测的任何取代的苝。然而，该术语并不期望包括苝本身。术语"蒽衍生物"，"萘衍生物"和"芘衍生物"类似地使用。在某些优选实施方式中，衍生物(例如苝、芘、蒽或萘衍生物)是苝、蒽、萘或芘的酰亚胺、双酰亚胺或肼酰亚胺衍生物。
本公开各种实施方式的聚合物化合物用于各式各样的分析应用比如生物化学和生物医药应用，其中需要确定特定分析物(例如生物分子)的存在、位置、空间相互作用或量。因此，在又一方面本公开提供视觉检测生物分子的方法，包括：(a)提供具有视觉可检测的生物分子的生物学系统，所述分子包含与生物分子连接的本文公开的实施方式的化合物(例如结构(I)、(II)、(III)或(IV)的化合物)；和(b)通过其可视特性检测生物分子。出于本公开意图，短语"通过其可视特性检测所述生物分子"意指，在不用光照或化学或酶活化的情况下，用肉眼或者借助基于光学的检测装置包括但不限于吸收分光光度计、透射光学显微镜、数字照相机和扫描仪来观察生物分子。密度计可以用来定量存在的视觉可检测的生物分子的量。例如，生物分子在两个样品中的相对量能够通过测量相对光密度来测量。如果已知染料分子/生物分子的化学计量，且已知染料分子的消光系数，那么还能够从光密度的测量确定生物分子的绝对浓度。如本文所用，术语"生物学系统"用于指除了视觉可检测的生物分子之外还包含一种或多种生物分子的任何溶液或混合物。所述生物学系统的非限制性实例包括细胞，细胞提取物，组织样品，电泳凝胶，测试混合物，和杂交反应混合物。
"固体载体"或"固体载体残基"是指本领域对于分子固相载体已知的任何固体基底，例如"微粒"是指用于连接至本公开化合物的任何各种小颗粒，包括但不限于玻璃珠、磁珠、聚合物珠、非聚合物珠等。在某些实施方式中，微粒包含聚苯乙烯珠。
"碱基配对部分"是指能够与互补杂环部分经由氢键(例如Watson-Crick碱基配对)杂交的杂环部分。碱基配对部分包括天然和非天然碱基。碱基配对部分的非限制性实例是RNA和DNA碱基比如腺苷，鸟苷，胸苷，胞嘧啶和尿苷及其类似物。
本公开的实施方式也意在涵盖同位素标记的全部结构(I)或(II)化合物，其中一个或多个原子用具有不同的原子质量或质量数的原子替换。能够掺入公开化合物的同位素的实例包括氢，碳，氮，氧，磷，氟，氯和碘的同位素，分别比如2H，3H，11C，13C，14C，13N，15N，15O，17O，18O，31P，32P，35S，18F，36Cl，123I和125I。
同位素标记的结构(I)或(II)化合物能够一般地通过本领域技术人员已知的常规技术或通过与下文和下述实例描述的那些类似的过程用适当同位素标记的试剂代替原先使用的非标记试剂来制备。
"稳定化合物"和"稳定结构"意指化合物，其是足够稳健的从而经历从反应混合物分离为有用程度的纯度，和配制为有效的治疗剂还存在。
"任选的"或"任选地"意指随后描述的事件或环境可以或可以不发生，并且该描述包括其中所述事件或环境发生的情况和其并不发生的情况。例如，"任选经取代的烷基"意指烷基可以或可以不被取代并且该描述包括取代的烷基和不具有取代的烷基。
"盐"包括酸和碱加成盐。
"酸加成盐"是指与无机酸形成的那些盐，所述无机酸是比如但不限于盐酸，氢溴酸，硫酸，硝酸，磷酸等，和与有机酸形成的那些盐，所述有机酸是比如但不限于乙酸，2,2-二氯乙酸，己二酸，藻酸，抗坏血酸，天冬氨酸，苯磺酸，苯甲酸，4-乙酰氨基苯甲酸，樟脑酸，樟脑-10-磺酸，癸酸，己酸，辛酸，碳酸，肉桂酸，柠檬酸，环拉酸，十二烷基硫酸，乙烷-1,2-二磺酸，乙磺酸，2-羟基乙磺酸，甲酸，富马酸，粘酸，龙胆酸，葡庚糖酸，葡萄糖酸，葡萄糖醛酸，谷氨酸，戊二酸，2-氧代-戊二酸，甘油磷酸，羟基乙酸，马尿酸，异丁酸，乳酸，乳糖酸，月桂酸，马来酸，苹果酸，丙二酸，扁桃酸，甲磺酸，粘酸，萘-1,5-二磺酸，萘-2-磺酸，1-羟基-2-萘甲酸，烟酸，油酸，乳清酸，草酸，棕榈酸，双羟萘酸，丙酸，焦谷氨酸，丙酮酸，水杨酸，4-对氨水杨酸，癸二酸，硬脂酸，丁二酸，酒石酸，硫氰酸，对-甲苯磺酸，三氟乙酸，十一烯酸等。
"碱加成盐"是指将无机碱或有机碱加至游离酸制备的那些盐。衍生自无机碱的盐包括但不限于钠，钾，锂，铵，钙，镁，铁，锌，铜，锰，铝盐等。衍生自有机碱的盐包括但不限于下述的盐：伯、仲和叔胺，取代的胺包括天然取代的胺，环状胺和碱性离子交换树脂，比如氨，异丙胺，三甲胺，二乙胺，三乙胺，三丙胺，二乙醇胺，乙醇胺，地阿诺，2-二甲基氨基乙醇，2-二乙基氨基乙醇，二环己基胺，赖氨酸，精氨酸，组氨酸，咖啡因，普鲁卡因，海巴明(hydrabamine)，胆碱，内铵盐，苯乙苄胺，N,N'-二苄基乙二胺，乙二胺，氨基葡萄糖，甲基葡萄糖胺，可可碱，三乙醇胺，氨丁三醇，嘌呤类，哌嗪，哌啶，N-乙基哌啶，多元胺树脂等。特别优选的有机碱是异丙胺，二乙胺，乙醇胺，三甲胺，二环己基胺，胆碱和咖啡因。
结晶可以产生本文描述的化合物的溶剂化物。本公开的实施方式包括所描述化合物的全部溶剂化物。如本文所用，术语"溶剂化物"是指聚集体，其包含一个或多个本公开化合物分子与一个或多个溶剂分子。溶剂可以是水，在该情况下溶剂化物可以是水合物。另选地，溶剂可以是有机溶剂。从而，本公开化合物可以作为水合物存在，包括一水合物，二水合物，半水合物，倍半水合物，三水合物，四水合物等，以及相应的溶剂化形式。本公开化合物可以是真正的溶剂化物，而在另外的情况下本公开化合物可以仅保留外来水或其它溶剂或者是水和一些外来溶剂的混合物。
本公开化合物(例如结构I、II、III或IV化合物)或它们的盐、互变异构体或溶剂化物的实施方式可以含有一个或多个立构中心和可以从而产生对映体、非对映体和其它立体异构形式，其在绝对立体化学方面可以定义为(R)-或(S)-或者对于氨基酸的(D)-或(L)-。本公开的实施方式意在包括全部所述可能异构体，以及它们的外消旋和光学纯形式。光学活性的(+)和(-)、(R)-和(S)-或(D)-和(L)-异构体可以用手性合成子或手性试剂制备，或用常规技术例如色谱法和分步结晶拆分。用来制备/分离单独对映体的常规技术包括从适宜的光学纯前体手性合成或者用例如手性高压液体色谱法(HPLC)拆分外消旋体(或盐或衍生物的外消旋体)。在本文描述的化合物含有烯式双键或其它几何不对称中心的情况下，并且除非另有指定，期望的是化合物包括E和Z几何异构体。类似地，也期望包括全部互变异构体形式。
"立体异构体"是指由通过相同键键合的相同原子构成的化合物，但是具有不可互换的不同三维结构。本公开预期各种立体异构体及其混合物和包括"对映体"，其是指两个立体异构体，其分子是彼此不可重叠的镜像。
"互变异构体"是指质子从分子的一个原子转移到相同分子的又一个原子。本公开包括任何所述化合物的互变异构体。化合物的各种互变异构体形式可通过本领域普通技术人员容易地衍生。
本文使用的化学命名方案和结构图解是I.U.P.A.C.命名系统的修饰形式，采用ACD/Name版本9.07软件程序和/或ChemDraw Ultra版本11.0软件命名程序(CambridgeSoft)。也使用本领域普通技术人员熟悉的通用名。
如上文所述，在本公开的一种实施方式中，提供在各种分析方法中用作FRET、荧光染料和/或着色染料的化合物。在其它实施方式中，提供用作制备用作FRET、荧光染料和/或着色染料的化合物的合成中间体的化合物。通常术语，本公开的实施方式涉及FRET、荧光和/或着色部分的二聚体、三聚体和更高的聚合物。FRET，荧光和/或着色部分通过连接部分连接。不受理论限制，据信连接体有助于保持供体-受体对之间的充分空间距离/邻近从而减少或消除分子内猝灭，并且保持充分邻近以促进能量的无辐射转移。
相应地，在某些实施方式中化合物具有下述结构(A)：
Figure BDA0003041426470000191
其中L是连接体，其足以保持一个或多个(例如各)M基团之间的空间分离，从而减少或消除分子内猝灭，和R1、R2、R3、L1、L2、L3和n如对结构(I)、(II)、(III)或(IV)定义。
在其它实施方式中，提供具有下述结构(I)的化合物：
Figure BDA0003041426470000201
或其立体异构体、盐或互变异构体，其中：
M1和M2的各具体值独立地是生色团，条件是M1和M2中至少一个是FRET供体，并且M1和M2中另一个是相应的FRET受体；
L1的各具体值是任选的连接体，条件是L1的至少一个具体值是存在且包含氧；
L2和L3的各具体值独立地是任选的亚烷基，亚烯基，亚炔基，杂亚烷基，杂亚烯基，杂亚炔基或杂原子连接体；
L4的各具体值独立地是亚烷基或杂亚烷基连接体；
R1的各具体值独立地是H，烷基或烷氧基；
R2和R3各自独立地是H，OH，SH，烷基，烷氧基，烷基醚，杂烷基，-OP(＝Ra)(Rb)Rc，Q，或其经保护的形式，或L'；
R4的各具体值独立地是OH，SH，O-，S-，ORd或SRd；
R5的各具体值独立地是氧代，硫代或不存在；
Ra是O或S；
Rb是OH，SH，O-，S-，ORd或SRd；
Rc是OH，SH，O-，S-，ORd，OL'，SRd，烷基，烷氧基，杂烷基，杂烷氧基，烷基醚，烷氧基烷基醚，磷酸盐/酯，硫代磷酸盐/酯，磷酸基烷基，硫代磷酸基烷基，磷酸基烷基醚或硫代磷酸基烷基醚；
Rd是平衡离子；
Q的各具体值独立地是包含反应性基团或其经保护的形式的部分，所述反应性基团能够与分析物分子、靶向部分、固体载体或互补反应性基团Q'形成共价键；
L'的各具体值独立地是包含与Q的共价键的连接体，包含与靶向部分的共价键的连接体，包含与分析物分子的共价键的连接体，包含与固体载体的共价键的连接体，包含与固体载体残基的共价键的连接体，包含与核苷的共价键的连接体或包含与又一结构(I)化合物的共价键的连接体；
m的各具体值独立地是0或更大的整数；和
n是1或更大的整数。
在更具体的实施方式中，在M1和M2选自荧光素、芘和苝的情况下L4的至少一个具体值是杂亚烷基。
某些其它实施方式提供具有下述结构(II)的化合物：
Figure BDA0003041426470000211
或其立体异构体、盐或互变异构体，其中：
M1和M3的各具体值独立地是生色团，条件是M1和M3中至少一个是FRET供体，并且M1和M3中另一个是相应的FRET受体；
L1，L7a和L7b的各具体值独立地是任选的连接体；
L2，L3，L5和L6的各具体值独立地是任选的亚烷基，亚烯基，亚炔基，杂亚烷基，杂亚烯基，杂亚炔基或杂原子连接体；
L4的各具体值独立地是亚烷基或杂亚烷基连接体；
R1的各具体值独立地是H，烷基或烷氧基；
R2和R3各自独立地是H，OH，SH，烷基，烷氧基，烷基醚，杂烷基，-OP(＝Ra)(Rb)Rc，Q，或其经保护的形式，或L'；
R4的各具体值独立地是OH，SH，O-，S-，ORd或SRd；
R5的各具体值独立地是氧代，硫代或不存在；
Ra是O或S；
Rb是OH，SH，O-，S-，ORd或SRd；
Rc是OH，SH，O-，S-，ORd，OL'，SRd，烷基，烷氧基，杂烷基，杂烷氧基，烷基醚，烷氧基烷基醚，磷酸盐/酯，硫代磷酸盐/酯，磷酸基烷基，硫代磷酸基烷基，磷酸基烷基醚或硫代磷酸基烷基醚；
Rd是平衡离子；
Q的各具体值独立地是包含反应性基团或其经保护的形式的部分，所述反应性基团能够与分析物分子、靶向部分、固体载体或互补反应性基团Q'形成共价键；
L'的各具体值独立地是包含与Q的共价键的连接体，包含与靶向部分的共价键的连接体，包含与分析物分子的共价键的连接体，包含与固体载体的共价键的连接体，包含与固体载体残基的共价键的连接体，包含与核苷的共价键的连接体或包含与又一结构(II)化合物的共价键的连接体；
m的各具体值独立地是0或更大的整数；和
n是1或更大的整数；
q是0或更大的整数，条件是q的至少一个具体值是1或更大的整数；和
w是0或更大的整数，条件是q的至少一个具体值是1或更大的整数。
某些其它实施方式提供具有下述结构(III)的化合物：
Figure BDA0003041426470000221
或其立体异构体、盐或互变异构体，其中：
M1和M2的各具体值独立地是生色团，条件是M1的至少两个具体值独立地是FRET供体，并且M2的至少一个具体值是与M1的至少两个具体值各自形成FRET对的FRET受体；
L1的各具体值是任选的连接体，条件是L1的至少一个具体值是存在且包含氧；
L2和L3的各具体值独立地是任选的亚烷基，亚烯基，亚炔基，杂亚烷基，杂亚烯基，杂亚炔基或杂原子连接体；
L4的各具体值独立地是亚烷基或杂亚烷基连接体；
L8的各具体值独立地是刚性连接体；
R1的各具体值独立地是H，烷基或烷氧基；
R2和R3各自独立地是H，OH，SH，烷基，烷氧基，烷基醚，杂烷基，-OP(＝Ra)(Rb)Rc，Q，或其经保护的形式，或L'；
R4的各具体值独立地是OH，SH，O-，S-，ORd或SRd；
R5的各具体值独立地是氧代，硫代或不存在；
Ra是O或S；
Rb是OH，SH，O-，S-，ORd或SRd；
Rc是OH，SH，O-，S-，ORd，OL'，SRd，烷基，烷氧基，杂烷基，杂烷氧基，烷基醚，烷氧基烷基醚，磷酸盐/酯，硫代磷酸盐/酯，磷酸基烷基，硫代磷酸基烷基，磷酸基烷基醚或硫代磷酸基烷基醚；
Rd是平衡离子；
Q的各具体值独立地是包含反应性基团或其经保护的形式的部分，所述反应性基团能够与分析物分子、靶向部分、固体载体或互补反应性基团Q'形成共价键；
L'的各具体值独立地是包含与Q的共价键的连接体，包含与靶向部分的共价键的连接体，包含与分析物分子的共价键的连接体，包含与固体载体的共价键的连接体，包含与固体载体残基的共价键的连接体，包含与核苷的共价键的连接体或包含与又一结构(III)化合物的共价键的连接体；
m的各具体值独立地是0或更大的整数；和
n是1或更大的整数。
在更具体的实施方式中，在M1和M2选自荧光素、芘和苝的情况下L4的至少一个具体值是杂亚烷基。
一个具体的实施方式提供具有下述结构(IV)的化合物：
Figure BDA0003041426470000241
或其立体异构体、盐或互变异构体，其中：
M1和M3的各具体值独立地是生色团，条件是M1的至少两个具体值独立地是FRET供体，并且M3的至少一个具体值是与M1的至少两个具体值各自形成FRET对的FRET受体；
L1，L7a和L7b的各具体值独立地是任选的连接体；
L2，L3，L5和L6的各具体值独立地是任选的亚烷基，亚烯基，亚炔基，杂亚烷基，杂亚烯基，杂亚炔基或杂原子连接体；
L4的各具体值独立地是亚烷基或杂亚烷基连接体；
L8的各具体值独立地是刚性连接体；
R1的各具体值独立地是H，烷基或烷氧基；
R2和R3各自独立地是H，OH，SH，烷基，烷氧基，烷基醚，杂烷基，-OP(＝Ra)(Rb)Rc，Q，或其经保护的形式，或L'；
R4的各具体值独立地是OH，SH，O-，S-，ORd或SRd；
R5的各具体值独立地是氧代，硫代或不存在；
Ra是O或S；
Rb是OH，SH，O-，S-，ORd或SRd；
Rc是OH，SH，O-，S-，ORd，OL'，SRd，烷基，烷氧基，杂烷基，杂烷氧基，烷基醚，烷氧基烷基醚，磷酸盐/酯，硫代磷酸盐/酯，磷酸基烷基，硫代磷酸基烷基，磷酸基烷基醚或硫代磷酸基烷基醚；
Rd是平衡离子；
Q的各具体值独立地是包含反应性基团或其经保护的形式的部分，所述反应性基团能够与分析物分子、靶向部分、固体载体或互补反应性基团Q'形成共价键；
L'的各具体值独立地是包含与Q的共价键的连接体，包含与靶向部分的共价键的连接体，包含与分析物分子的共价键的连接体，包含与固体载体的共价键的连接体，包含与固体载体残基的共价键的连接体，包含与核苷的共价键的连接体或包含与又一结构(IV)化合物的共价键的连接体；
m的各具体值独立地是0或更大的整数；和
n是1或更大的整数。
在某些前述的实施方式中，L4的至少一个具体值是杂亚烷基。在某些实施方式中，L4的各具体值是杂亚烷基。在更具体的实施方式中，杂亚烷基包含氧化烯烃。在某些有关的实施方式中，杂亚烷基包含氧化乙烯。
在实施方式中，L4的至少一个具体值是亚烷基。在某些更具体的实施方式中，至少一个亚烷基是亚乙基。在某些实施方式中，亚烷基的各具体值是亚乙基。
在某些更具体的实施方式中，化合物具有下述结构(IA)：
Figure BDA0003041426470000251
其中：
z的各具体值独立地是1至100的整数；和
m的各具体值独立地是0至6的整数。
在其它实施方式中，化合物具有下述结构(IIA)：
Figure BDA0003041426470000261
其中：
z的各具体值独立地是1至100的整数；和
m的各具体值独立地是0至6的整数。
在某些实施方式中，化合物具有下述结构(IIIA)：
Figure BDA0003041426470000262
其中：
L4是-(OCH2CH2)z-；
z的各具体值独立地是1至100的整数；和
m的各具体值独立地是0至6的整数。
在某些其它实施方式中，化合物具有下述结构(IVA)：
Figure BDA0003041426470000263
其中：
L4是-(OCH2CH2)z-；
z的各具体值独立地是1至100的整数；和
m的各具体值独立地是0至6的整数。
在某些实施方式中，z的各具体值独立地是1至30的整数。在某些实施方式中，z的各具体值独立地是3或6。在其它实施方式中，m的各具体值独立地是2-4的整数。在某些实施方式中，m的各具体值是2。
在某些更具体的实施方式中，化合物具有下述结构(IB)：
Figure BDA0003041426470000271
其中：
x1，x2，x3和x4的各具体值独立地是0至6的整数。
在某些实施方式中，化合物具有下述结构(IIB)：
Figure BDA0003041426470000272
其中：
x1，x2，x3和x4的各具体值独立地是0至6的整数。
在某些更具体的实施方式中，化合物具有下述结构(IIIB)：
Figure BDA0003041426470000273
其中：
x1，x2，x3，x4，x5和x6的各具体值独立地是0至6的整数。
在某些实施方式中，化合物具有下述结构(IVB)：
Figure BDA0003041426470000281
其中：
x1，x2，x3,x4，x5和x6的各具体值独立地是0至6的整数。
在某些有关的实施方式中，z的一个或多个具体值是3至6的整数。在某些特定的实施方式中，x1和x3的各具体值都是0，并且x2和x4的各具体值都是1。在某些实施方式中，x1，x2，x3和x4的各具体值都是1。
在某些实施方式中，x1，x3和x5的各具体值都是1，并且x2，x4和x6的各具体值都是0。在某些实施方式中，x1，x2，x3，x4，x5和x6的各具体值都是1。
在一个特别的实施方式中，L4具有下述结构：
Figure BDA0003041426470000282
其中：
p的各具体值独立地是0至6的整数；和
y的各具体值独立地是1至100的整数。
在某些实施方式中，R3包含下述结构：
Figure BDA0003041426470000283
其中：
p的各具体值独立地是0至6的整数；和
y的各具体值独立地是1至100的整数。
结构(I)、(II)、(III)或(IV)的化合物中的各种连接体和取代基(例如M1，M2，M3，Q，R1，R2，R3，Rc L1，L2，L3，L4，L5，L5，L6，L7a，L7b，R8)任选用一个或多个取代基取代。例如，在某些实施方式中选择可选取代基以优化结构(I)、(II)、(III)或(IV)的化合物的水溶解度或其它特性。在某些实施方式中，在结构(I)、(II)、(III)或(IV)化合物中的各烷基、烷氧基、烷基醚、烷氧基烷基醚、磷酸基烷基、硫代磷酸基烷基、磷酸基烷基醚和硫代磷酸基烷基醚任选用一个或多个取代基取代，所述取代基选自羟基，烷氧基，烷基醚，烷氧基烷基醚，氢硫基，氨基，烷基氨基，羧基，磷酸盐/酯，硫代磷酸盐/酯，磷酸基烷基，硫代磷酸基烷基，磷酸基烷基醚和硫代磷酸基烷基醚。
在某些实施方式中，L1或L7b的各具体值独立地是任选的亚烷基，亚烯基，亚炔基，杂亚烷基，杂亚烯基，杂亚炔基或杂原子连接体。在某些实施方式中，L1或L7b是连接体，其包含能够通过两个互补反应性基团(例如叠氮化物和炔)反应形成的官能团。在某些实施方式中，L1或L7b的各具体值独立地是任选的亚烷基，亚烯基，亚炔基，杂亚烷基，杂亚烯基，杂亚炔基，亚烷基杂亚芳基亚烷基，亚烷基亚杂环基亚烷基，亚烷基亚碳环基亚烷基，杂亚烷基杂亚芳基亚烷基，杂亚烷基亚杂环基亚烷基，杂亚烷基亚碳环基亚烷基，杂亚烷基杂亚芳基杂亚烷基，杂亚烷基亚杂环基杂亚烷基，杂亚烷基亚碳环基杂亚烷基，亚烷基杂亚芳基杂亚烷基，亚烷基亚杂环基杂亚烷基，亚烷基亚碳环基杂亚烷基，亚杂芳基，亚杂环基，亚碳环基，亚烷基杂亚芳基，亚烷基亚杂环基，杂亚芳基亚烷基，亚烷基亚碳环基，亚碳环基亚烷基，杂亚烷基杂亚芳基，杂亚烷基亚杂环基，杂亚芳基杂亚烷基，杂亚烷基亚碳环基，亚碳环基杂亚烷基，或杂原子连接体。在某些实施方式中，L1或L7b是任选经取代的。
任选的连接体L1和L7b能够用作M1，M2和M3部分与化合物其余部分的附着点。例如，在某些实施方式中制备结构(I)、(II)、(III)或(IV)的化合物的合成前体，并且用任何种类的本领域已知容易方法例如称为"点击化学"的方法将M1、M2和/或M3部分连接至所述合成前体。出于该意图快速且实质上不可逆的任何反应都能够用来将M1、M2或M3或两者附着至合成前体以形成结构(I)、(II)、(III)或(IV)的化合物。示范性反应包括叠氮化物和炔形成三唑的铜催化反应(Huisgen 1，3-偶极环加成)，二烯和亲双烯体的反应(Diels-Alder)，张力促进的炔-硝酮环加成，张力烯烃与叠氮化物、四嗪或四唑的反应，烯烃和叠氮化物[3+2]环加成，烯烃和四嗪逆需求Diels-Alder，烯烃和四唑光反应以及各种取代反应，比如离去基团被亲电原子上的亲核进攻取代。在某些实施方式中，形成L1或L7b的反应可以在含水环境中进行。
相应地，在某些实施方式中L1或L7b的各具体值是连接体，其包含通过两个互补反应性基团的反应能够形成的官能团，例如是前述"点击"反应之一的产物的官能团。在各种实施方式中，对于L1或L7b的至少一个具体值，所述官能团能够通过醛、肟、腙、炔、胺、叠氮化物、酰基叠氮化物、酰卤、腈、硝酮、氢硫基、二硫化物、磺酰卤、异硫氰酸酯、亚氨酸酯、活化的酯、酮、α,β-不饱和羰基、烯烃、马来酰亚胺、α-卤代酰亚胺、环氧化物、氮丙啶、四嗪、四唑、膦、生物素或硫杂环丙烷官能团与互补反应性基团的反应形成。
在其它实施方式中，对于L1或L7b的至少一个具体值，所述官能团能够通过炔和叠氮化物的反应形成。
在更多实施方式中，对于L1或L7b的至少一个具体值，官能团包含烯烃，酯，酰胺，硫代酯，二硫化物，碳环，杂环或杂芳基。在某些更具体的实施方式中，对于L1或L7b的至少一个具体值，L1或L7b是包含三唑基官能团的连接体。
在某些实施方式中，L7b-M3的至少一个具体值包含下述结构：
Figure BDA0003041426470000301
其中La和Lb各自独立地是任选的连接体。
在某些实施方式中，L1-M1或L1-M2的至少一个具体值包含下述结构之一：
Figure BDA0003041426470000311
其中La和Lb各自独立地是任选的连接体。
在某些实施方式中，L7b-M3的至少一个具体值包含下述结构：
Figure BDA0003041426470000312
其中La和Lb各自独立地是任选的连接体。
在某些实施方式中，La或Lb是或两者均是不存在。在某些实施方式中，La或Lb是或两者均是存在。在某些更具体的实施方式中，La和Lb，当存在时，各自独立地是亚烷基或杂亚烷基。在其它实施方式中，La和Lb独立地具有下述结构之一：
Figure BDA0003041426470000313
在其它不同的实施方式中，L1或L7b的各具体值独立地是任选的亚烷基或杂亚烷基连接体。
在某些实施方式中，L1的至少一个具体值具有下述结构之一：
Figure BDA0003041426470000314
其中
a，b和c各自独立地是1-6范围的整数。
在某些实施方式中，L1的各具体值具有下述结构之一：
Figure BDA0003041426470000321
其中
a，b和c各自独立地是1-6范围的整数。
在某些实施方式中，L1的至少一个具体值具有下述结构之一：
Figure BDA0003041426470000322
在某些实施方式中，L1的各具体值具有下述结构之一：
Figure BDA0003041426470000323
在某些实施方式中，L7a包含任选经取代的5-7元亚杂芳基连接体。在某些实施方式中，L7a的各具体值独立地是任选经取代的5-7元亚杂芳基连接体。在某些更具体的实施方式中，L7a是6-元亚杂芳基。在某些更具体的实施方式中，L7a包含2个N原子和2个O原子。在某些实施方式中，L7a的各具体值是取代的。在某些实施方式中，L7a是用至少一个氧代取代。在某些更具体的实施方式中，L7a具有下述结构之一：
Figure BDA0003041426470000324
在其它实施方式中，R4的各具体值独立地是OH，O-或ORd。应理解"ORd"和"SRd"期望指与阳离子结合的O-和S-。例如，磷酸基团的二钠盐可以表示为：
Figure BDA0003041426470000331
其中Ra是钠(Na+)。
在其它实施方式中，R5的各具体值是氧代。
在任何前述化合物的某些不同的实施方式中，R1是H。
在其它各种实施方式中，R2和R3各自独立地是OH或-OP(＝Ra)(Rb)Rc。在某些不同的实施方式中，R2或R3是OH或-OP(＝Ra)(Rb)Rc，并且R2或R3中另一个是Q或包含与Q的共价键的连接体。在某些实施方式中，R2和R3各自独立地是-OP(＝Ra)(Rb)Rc。在某些特定的实施方式中，Rc是OL'。在那些实施方式的某些中，L'是与下述的杂亚烷基连接体：Q，靶向部分，分析物分子，固体载体，固体载体残基，核苷或其它结构(I)、(II)、(III)或(IV)化合物。在某些实施方式中，L'包含氧化烯烃或磷酸二酯部分，或其组合。在某些实施方式中，L'具有下述结构：
Figure BDA0003041426470000332
其中：
m”和n”独立地是1至10的整数；
Re是H，电子对或平衡离子；
L”是Re或与下述的直连键或连接体：Q，靶向部分，分析物分子，固体载体，固体载体残基，核苷或又一结构(I)、(II)、(III)或(IV)化合物。
在其它实施方式中，Q的各具体值独立地是包含反应性基团的部分，所述反应性基团能够与分析物分子或固体载体形成共价键(例如控制的多孔玻璃或聚苯乙烯珠)。在其它实施方式中，Q的各具体值独立地是包含反应性基团的部分，所述反应性基团能够与互补反应性基团Q'形成共价键。例如，在某些实施方式中，Q′存在于又一结构(I)、(II)、(III)或(IV)化合物上(例如R2或R3位)，和Q和Q′包含互补反应性基团从而结构(I)、(II)、(III)或(IV)化合物和又一结构(I)、(II)、(III)或(IV)化合物的反应引起共价结合的结构(I)、(II)、(III)或(IV)化合物的二聚体。多聚体结构(I)、(II)、(III)或(IV)化合物还能够以类似方式制备和包括在本公开实施方式范围内。
Q基团的类型和Q基团与结构(I)、(II)、(III)或(IV)化合物其余部分的连接性是不受特别限制的，条件是Q包含具有适当反应性的部分以形成希望的键。
在某些实施方式中，Q是在含水条件下不易水解的部分，但具有充足反应性以与分析物分子(例如生物分子)或固体载体上的相应基团成键(例如胺，叠氮化物或炔)。
结构(I)、(II)、(III)和/或(IV)化合物的某些实施方式包含在生物缀合物领域一般使用的Q基团。例如在某些实施方式中，Q包含亲核反应性基团，亲电反应性基团或环加成反应性基团。在某些更特定的实施方式中，Q包含氢硫基，二硫化物，活化的酯，异硫氰酸酯，叠氮化物，炔，烯烃，二烯，亲双烯体，酰卤，磺酰卤，膦，α-卤代酰胺，生物素，氨基或马来酰亚胺官能团。在某些实施方式中，活化的酯是N-琥珀酰亚胺酯，亚氨酸酯或多氟苯基酯。在其它实施方式中，炔是烷基叠氮化物或酰基叠氮化物。在某些实施方式中，Q包含马来酰亚胺官能团。
示范性Q部分提供于下表I。
表1.示范性Q部分
Figure BDA0003041426470000341
Figure BDA0003041426470000351
Figure BDA0003041426470000361
应注意的是，在其中Q是SH的某些实施方式中，SH部分将倾向与又一结构(I)、(II)、(III)或(IV)化合物上的又一氢硫基形成二硫化物键。相应地，某些实施方式包括呈二硫化物二聚体形式的结构(I)、(II)、(III)或(IV)的化合物，所述二硫化物键衍生自SH Q基团。
在某些其它实施方式中，R2或R3之一是OH或-OP(＝Ra)(Rb)Rc，而R2或R3中另一个是包含与分析物分子的共价键的连接体或包含与固体载体的共价键的连接体。例如，在某些实施方式中，分析物分子是核酸或其聚合物或氨基酸或其聚合物。在其它实施方式中，分析物分子是酶，受体，受体配体，抗体，糖蛋白，适体或朊病毒。在不同的实施方式中，固体载体是聚合物珠或非聚合物珠。在某些实施方式中，靶向部分是抗体或细胞表面受体拮抗剂。
在某些特定的实施方式中，R2或R3具有下述结构之一：
Figure BDA0003041426470000371
Figure BDA0003041426470000381
在某些实施方式中，R2或R3之一是OH或-OP(＝Ra)(Rb)Rc，并且R2或R3中另一个包含下述结构：
Figure BDA0003041426470000382
m的值是能够基于生色团之间的希望距离、FRET相互作用、荧光和/或颜色强度选择的又一变量。在某些实施方式中，m的各具体值独立地是1至10的整数。在其它实施方式中，m的各具体值独立地是1至5的整数，例如1，2，3，4或5。
荧光强度还能够通过选择不同的n值调节。在某些实施方式中，n是1至100的整数。在其它实施方式中，n是1至10的整数。
M1，M2和M3基于所希望的光学特性选择，例如基于希望的斯托克斯位移、吸收/发射重叠、特别的颜色和/或荧光发射波长。在某些实施方式中，M1，M2或M3的各具体值是相同的；然而，重要的是应注意M1、M2或M3的各具体值并不需要是分别相同的M1、M2或M3。某些实施方式包括化合物，其中M1、M2或M3的各具体值不是相同的。某些实施方式包括化合物，其中每个各自的M1、M2或M3的各具体值是相同的。
在某些实施方式中M1，M2和M3经选择以具有用于FRET方法中的吸收和/或发射特征。例如，在所述实施方式中，不同的M1、M2和M3部分经选择使得M1具有在一个波长的辐射吸收，其通过FRET机理诱导M2或M3在不同波长的辐射发射。示范性M1、M2和M3部分能够通过本领域普通技术人员基于所希望的终端应用适当选择。
每一个各自的M1、M2和M3可以从M1、M2或M3上的任何位置(也即原子)连接至分子其余部分。本领域技术人员将认识到将M1，M2或M3附着至分子其余部分的手段。示范性方法包括本文描述的"点击"反应。
在某些实施方式中，M1、M2或M3是FRET、荧光或着色的部分。任何荧光和/或着色的部分都可以用来形成FRET供体-受体对，例如可以使用本领域已知的和在比色、UV和/或荧光测试一般使用的那些。在某些实施方式中，M1、M2、M3或全部的各具体值独立地是荧光或着色的。在本公开各种实施方式中有用的M1、M2或M3部分的实例包括但不限于：呫吨衍生物(例如荧光素，罗丹明，Oregon绿，曙红或Texas红)；菁蓝衍生物(例如菁蓝，靛青，氧杂羰花青，硫杂羰花青或部花青)；方酸(squaraine)衍生物和环取代的方酸，包括Seta、SeTau和方形染料；萘衍生物(例如丹磺酰和prodan衍生物)；香豆素衍生物；噁二唑衍生物(例如吡啶基噁唑，硝基苯并噁二唑或苯并噁二唑)；蒽衍生物(例如蒽醌，包括DRAQ5、DRAQ7和CyTRAK橙)；芘衍生物比如级联蓝；噁嗪衍生物(例如Nile红，Nile蓝，甲酚基紫，噁嗪170)；吖啶衍生物(例如原黄素，吖啶橙，吖啶黄)；芳基次甲基衍生物：金胺，晶紫，孔雀绿；和四吡咯衍生物(例如卟吩，酞菁或胆红素)。其它示范性M1、M2或M3部分包括：菁类染料，黄原酸盐/酯染料(例如Hex，Vic，Nedd，Joe或Tet)；Yakima黄；Redmond红；tamra；texas红和Alexa
Figure BDA0003041426470000401
染料。
在任何前述的其它实施方式中，M1、M2或M3或两者的各具体值独立地包含两个或更多个芳基或杂芳基环或其组合，例如三个或更多或者四个或更多芳基或杂芳基环或其组合，或甚至五个或更多芳基或杂芳基环或其组合。在某些实施方式中，M1、M2、M3或全部的各具体值独立地包含六芳基或杂芳基环或其组合。在其它实施方式中，各环是稠合的。例如在某些实施方式中，M1、M2或M3或两者的各具体值独立地包含两个或更多个稠环，三个或更多稠环，四个或更多稠环，五个或更多稠环，或甚至六个或更多稠环。
在某些实施方式中，M1、M2、M3或全部是环状的。例如，在某些实施方式中M1、M2、M3或全部是碳环。在其它实施方式中，M1、M2、M3或全部是杂环。在前述的其它实施方式中，M1、M2、M3或全部的各具体值独立地包含芳基部分。在这些实施方式的某些中，芳基部分是多环的。在其它更特定的实例中，芳基部分是稠合多环芳基部分，例如其可以包含至少2个、至少3个、至少4个或甚至大于4个芳基环。
在任何前述结构(I)、(II)、(III)或(IV)的化合物其它实施方式中，M1、M2、M3或全部的各具体值独立地包含至少一个杂原子。例如，在某些实施方式中，杂原子是氮，氧或硫。
在任何前述的仍更多的实施方式中，M1、M2、M3或全部的各具体值独立地包含至少一个取代基。例如，在某些实施方式中所述取代基是氟，氯，溴，碘，氨基，烷基氨基，芳基氨基，羟基，氢硫基，烷氧基，芳氧基，苯基，芳基，甲基，乙基，丙基，丁基，异丙基，叔丁基，羧基，磺酸盐/酯基团，酰胺，或甲酰基。
在某些实施方式中，M1和M2的至少一种组合或M1和M3的至少一种组合是J-值大于约1×1010的FRET对。
本公开化合物可用作高量子效率的荧光和/或着色染料。该部分是由于供体部分(例如M1)发射光谱与受体部分(例如M2或M3)吸收或激发光谱重叠。相应地，某些实施方式提供具有J-值大于约1×1011的FRET对。在更具体的实施方式中，FRET对具有大于约1×1012的J-值。在某些实施方式中，FRET对具有大于约1.2×1012的J-值。在某些实施方式中，FRET对具有大于约1.5×1012的J-值。
在某些更具体的实施方式中，M1、M2或M3的各具体值独立地包含稠合多环芳基部分，所述部分包含至少2个稠环。
在某些特定的实施方式中，M1、M2或M3的各具体值独立地选自二甲基氨基茋，喹吖啶酮，氟苯基-二甲基-BODIPY，his-氟苯基-BODIPY，吖啶，骈三萘(terrylene)，联六苯，卟啉，苯并芘，(氟苯基-二甲基-二氟硼杂-二氮杂-引达省)苯基，(二-氟苯基-二氟硼杂-二氮杂-引达省)苯基，四联苯，联-苯并噻唑，三联-苯并噻唑，联-萘，联-蒽，方酸，方酸鎓，9,10-乙炔基蒽，和三联-萘部分。
在某些实施方式中，M1、M2或M3的各具体值独立地选自p-三联苯，苝，偶氮苯，吩嗪，菲咯啉，吖啶，噻吨，
Figure BDA0003041426470000411
，红荧烯，蒄，菁蓝，苝酰亚胺，苝酰胺，及其衍生物。在某些实施方式中，M1、M2或M3的各具体值独立地选自香豆素染料，试卤灵染料，二吡咯甲烯硼二氟化物染料，钌联吡啶染料，噻唑橙染料，聚甲炔，和N-芳基-1,8-萘二甲酰亚胺染料。在某些实施方式中，M1、M2或M3的各具体值独立地选自香豆素染料，硼-二吡咯亚甲基，罗丹明，菁蓝，芘，苝，苝一酰亚胺，6-FAM，5-FAM，6-FITC，5-FITC，及其衍生物。
在某些实施方式中，M1、M2或M3的各具体值独立地具有下述结构之一：
Figure BDA0003041426470000421
在某些实施方式中，M1、M2或M3的各具体值独立地具有下述结构之一：
Figure BDA0003041426470000431
Figure BDA0003041426470000441
Figure BDA0003041426470000451
在某些实施方式中，L8的各具体值独立地包含一个或多个稠合的芳基或杂芳基环系。在某些实施方式中，L8的各具体值独立地包含一个或多个稠合的双环或三环芳基或杂芳基环系。在某些实施方式中，一个或多个稠合的双环或三环芳基或杂芳基环系具有下述结构之一：
Figure BDA0003041426470000461
其中：
a1，a2和a3的各具体值独立地是5，6或7-元碳环或杂环；和
L6是直连键或连接体。
在某些特定的实施方式中，L8的各具体值独立地具有下述结构之一：
Figure BDA0003041426470000462
在某些实施方式中，L8的各具体值独立地包含磷酸二酯。在某些实施方式中，L8的至少一个具体值包含氧化乙烯。在更具体的实施方式中，L8的至少一个具体值包含下述结构之一：
Figure BDA0003041426470000463
其中：
g是范围1-10的整数；和
z'是范围1-30的整数。
在某些前述的实施方式中，z'是3，6或11-28。在某些实施方式中，g的范围是2-5。在其它更具体的实施方式中，L8的至少一个具体值包含下述结构：
Figure BDA0003041426470000471
在某些实施方式中，L8的各具体值包含下述结构：
Figure BDA0003041426470000472
在某些特定实施方式中，化合物是选自表2的化合物。在其它特定实施方式中，化合物是选自表3的化合物。表2和3的化合物根据实施例描述的程序制备和由质谱确认其身份。
Figure BDA0003041426470000481
Figure BDA0003041426470000491
Figure BDA0003041426470000501
Figure BDA0003041426470000511
Figure BDA0003041426470000521
Figure BDA0003041426470000531
Figure BDA0003041426470000541
Figure BDA0003041426470000551
Figure BDA0003041426470000561
Figure BDA0003041426470000571
Figure BDA0003041426470000581
Figure BDA0003041426470000591
Figure BDA0003041426470000601
Figure BDA0003041426470000611
Figure BDA0003041426470000621
Figure BDA0003041426470000631
Figure BDA0003041426470000641
Figure BDA0003041426470000651
如上表2和3和本公开通篇所用，F和F'是指分别具有下述结构的荧光素部分：
Figure BDA0003041426470000661
如上表2和本公开通篇所用，Bs是指具有下述结构的部分：
Figure BDA0003041426470000662
如上表2和本公开通篇所用，FITC是指具有下述结构的部分：
Figure BDA0003041426470000663
如上表2和本公开通篇所用，AF555是指具有下述结构的部分：
Figure BDA0003041426470000671
如上表2和本公开通篇所用，Cy3是指具有下述结构之一的部分：
Figure BDA0003041426470000672
如上表2和本公开通篇所用，AF700是指荧光染料Alexa Fluor700，具有CAS登录号1246956-22-8。
如上表2和本公开通篇所用，AF680是指具有下述结构的部分：
Figure BDA0003041426470000673
如上表2和本公开通篇所用，AF647是指具有下述结构的部分：
Figure BDA0003041426470000681
如上表2和本公开通篇所用，AF350是指具有下述结构的部分：
Figure BDA0003041426470000682
如上表2和本公开通篇所用，PB是指具有下述结构的部分：
Figure BDA0003041426470000683
如上表2和本公开通篇所用，AF594是指具有下述结构的部分：
Figure BDA0003041426470000684
如上表2和本公开通篇所用dT是指下述结构：
Figure BDA0003041426470000691
其中：
R是H或直连键。
另选地，对于本文公开的染料部分的任何实施方式，氧代部分
Figure BDA0003041426470000692
可以用与分子其余部分的直连键替换。在某些前述的实施方式中，L1是亚烷基例如亚甲基或亚乙基。
目前公开的染料组合是"可调的"，意味着通过适当选择任何前述化合物中的变量，本领域技术人员能够获得具有希望的和/或预先确定的FRET特性(例如，荧光发射信号、斯托克斯位移)的化合物。化合物的"可调性"允许使用者容易地获得具有所希望的斯托克斯位移、荧光信号和/或颜色的化合物，从而用于特定测试中或用于鉴定有关的特定分析物。尽管全部变量都可以对化合物的FRET特性具有效果，据信M1、M2、M3、L4、m和n的适当选择对化合物的摩尔荧光发挥重要作用。相应地，在一种实施方式中提供获得具有希望的FRET荧光特性的化合物的方法，所述方法包括选择具有已知相互作用特性的M1、M2和M3部分，制备包含所述M1、M2和M3部分的结构(I)、(II)、(III)或(IV)的化合物，和选择L4、m和n的适当变量以获得所希望的FRET特性(例如斯托克斯位移、供体发射信号减少)。
FRET荧光发射信号在某些实施方式中能够表示为相对母体荧光团(例如单体)的FRET荧光发射信号的倍数增加或降低。在某些实施方式中，本发明化合物的FRET荧光发射信号是母体生色团/荧光团的1.1×，1.5×，2×，3×，4×，5×，6×，7×，8×，9×，10×，或大于10×。各种实施方式包括通过适当选择L4、m和n制备具有相对母体荧光团希望的荧光倍数增加的化合物。
为了便于举例说明，包含磷部分(例如磷酸盐/酯等)的各种化合物描述为阴离子状态(例如-OPO(OH)O-，-OPO3 2-)。本领域技术人员将容易地理解电荷取决于pH而未带电的(例如质子化，或盐比如钠或其它阳离子)形式也包括在本公开实施方式的范围内。
包含任何前述化合物和一种或多种分析物分子(例如生物分子)的组合物提供于各种其它实施方式中。在某些实施方式中，也提供所述组合物在分析方法中用于检测一种或多种分析物分子的应用。
在其它实施方式中，化合物可用于各种分析方法。例如，在某些实施方式中，本公开提供染色样品的方法，所述方法包括向所述样品加入任何前述实施方式的化合物(例如结构(I)、(II)、(III)或(IV)的化合物)，其量足以在以适当波长光照所述样品时产生光学响应。
在前述方法的某些实施方式中，R2是连接体，包含与分析物分子比如生物分子的共价连接。例如，核酸或其聚合物，或氨基酸或其聚合物(例如多核苷酸或多肽)。在还更多实施方式中，生物分子是酶，受体，受体配体，抗体，糖蛋白，适体或朊病毒。
在前述方法的其它实施方式中，R2是连接体，其包含与固体载体比如微粒(例如受控孔玻璃或聚苯乙烯珠)的共价连接。例如，在某些实施方式中微粒是聚合物珠或非聚合物珠。
在甚至更多实施方式中，所述光学响应是荧光响应。
在其它实施方式中，所述样品包含细胞，和某些实施方式还包括通过流式细胞术观察所述细胞。
在还更多实施方式中，方法还包括将所述荧光响应区别于具有检测上不同的光学特性的第二荧光团的荧光相应。
在其它实施方式中，本公开提供视觉检测分析物分子比如生物分子的方法，包括：
(a)提供根据前述实施方式的聚合物化合物(例如结构(I)、(II)、(III)或(IV))，其中所述聚合物化合物包含与分析物分子的共价键(例如R2或R3之一是包含与分析物分子的共价键的连接体，并且R2或R3中另一个是H、OH、烷基、烷氧基、烷基醚或-OP(＝Ra)(Rb)Rc)；和
(b)通过其可视特性检测化合物。
在某些实施方式中，分析物分子是核酸或其聚合物，或氨基酸或其聚合物(例如多核苷酸或多肽)。在还更多实施方式中，分析物分子是酶，受体，受体配体，抗体，糖蛋白，适体或朊病毒。
在其它实施方式中，提供视觉检测分析物分子比如生物分子的方法，所述方法包括：
(a)将任何前述的聚合物化合物与分析物分子混合，其中所述化合物包含与选自表1的Q的共价键；和
(b)形成聚合物化合物与分析物分子的生物缀合物；和
(c)通过其可视特性检测该生物缀合物。
某些实施方式提供组合物在检测一种或多种分析物分子的分析方法中的应用。
除了上述方法之外，结构(I)、(II)、(III)和(IV)化合物的实施方式还用于各种学科和方法，包括但不限于：鉴定癌性和其它组织的内窥镜术成像；单细胞和/或单分子分析方法，例如检测多核苷酸而几乎无需或无需放大；癌症成像，例如将结构(I)、(II)、(III)和(IV)化合物与优先结合癌细胞的抗体或糖或其它部分缀合；手术操作中的成像；结合组蛋白以鉴定各种疾病；药物递送，例如用活性药物部分替换结构(I)、(II)、(III)和(IV)化合物中的M1、M2和/或M3部分；和/或牙科和其它手术中的造影剂，例如通过结构(I)、(II)、(III)和(IV)化合物与各种菌丛和/或有机体的优先结合进行。
应理解上文描述的结构(I)、(II)、(III)和(IV)化合物的任何实施方式，和本文对上文结构(I)、(II)、(III)或(IV)化合物中的R1、R2、R3、R4、R5、L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7a、L7b、L8、M1、M2、M3、m和/或n变量的任何特定选择，可以独立地与其它实施方式和/或结构(I)、(II)、(III)和(IV)化合物的变量组合以形成上文并未具体公开的本公开的实施方式。此外，如果在特别的实施方式中和/或权利要求对任何特定的R1、R2、R3、R4、R5、L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7a、L7b、L8、M1、M2、M3、m和/或n变量列出了选项列表，则应理解各单独的选择可以从具体实施方式和/或权利要求删除并且剩余的选项列表将视为属于本公开的范围。
应理解在本说明书中，所描述式的取代基和/或变量的组合是可以允许的，只要这种贡献获得稳定化合物。
本领域技术人员还应认识到，在本文描述的过程中中间体化合物的官能团可以需要被适宜保护基团保护。所述官能团包括羟基，氨基，巯基和羧酸。羟基的适宜保护基团包括三烷基甲硅烷基或二芳基烷基甲硅烷基(例如叔丁基二甲基甲硅烷基，叔丁基二苯基甲硅烷基或三甲基甲硅烷基)，四氢吡喃基，苄基等。氨基，脒基和胍基的适宜保护基团包括叔丁氧基羰基，苄氧基羰基等。巯基的适宜保护基团包括-C(O)-R”(其中R”是烷基，芳基或芳基烷基)，对-甲氧基苄基，三苯甲基等。羧酸的适宜保护基团包括烷基，芳基或芳基烷基酯。保护基团可以按照标准技术加入或除去，其是本领域技术人员已知的和如本文描述的。保护基团的使用详细描述于Green,T.W.and P.G.M.Wutz,Protective Groups in OrganicSynthesis(1999),3rd Ed.,Wiley。本领域技术人员会理解保护基团还可以是聚合物树脂比如Wang树脂，Rink树脂或2-氯三苯甲基-氯化物树脂。
另外，以游离碱或酸形式存在的全部本公开化合物能够通过用适当无机或有机碱或酸借助本领域技术人员已知的方法处理转化为它们的盐。本公开化合物的盐能够通过标准技术转化为它们的游离碱或酸形式。
下述反应方案说明制备本公开化合物的示范性方法。应理解本领域技术人员可以能够通过相似方法或通过组合本领域技术人员已知的其它方法来制备这些化合物。还应理解本领域技术人员能够通过用适当的初始组分并视需要修饰合成参数以与如下描述相似的方式制备并未具体说明如下的其它结构(I)、(II)、(III)或(IV)化合物。通常，初始组分可以得自来源比如Sigma Aldrich，Lancaster Synthesis，Inc.，Maybridge，MatrixScientific，TCI，和Fluorochem USA等或者根据本领域技术人员已知的来源合成(参见例如Advanced Organic Chemistry:Reactions,Mechanisms,and Structure,5th edition(Wiley,December 2000))或如本公开的描述制备。
尤其是，制备本文公开的化合物实施方式(例如结构(I)、(II)、(III)和(IV))的方法能够参见例如PCT Pub.Nos.WO 2015/027176，WO 2016/138461，WO 2016/183185，WO2017/173348，WO 2017/173355，WO 2017/177065，WO 2017/196954，WO 2017/214165和WO2018/022925，各自通过援引将其全部并入本文。
反应方案I
Figure BDA0003041426470000731
反应方案I说明制备用于制备结构(I)、(II)、(III)和(IV)化合物的中间体的示范性方法，其中R1、L2和L3如前文所定义，R2和R3如前文所定义或是其保护变型并且L是任选的连接体。参照反应方案1，结构a化合物能够购买或通过本领域普通技术人员熟知的方法制备。a与M-X(其中X是卤素比如溴)在本领域已知的Suzuki偶联条件下的反应引起结构b化合物。结构b化合物能够用于制备结构(I)、(II)、(III)或(IV)化合物，描述如下。
反应方案II
Figure BDA0003041426470000732
反应方案II说明制备用于制备结构(I)、(II)、(III)和(IV)化合物的中间体的备择方法。参照反应方案II，其中R1、L、L2、L3和G如前文所定义，而R2和R3如前文所定义或是其保护变型，能够购买或通过熟知技术制备的结构c化合物与M-G'反应产生结构d化合物。在此，G和G'代表具有互补反应性的官能团(也即反应形成共价键的官能团)。G'可以侧挂至M或是M结构骨架的一部分。G可以是任何数量的本文描述的官能团比如炔或胺。
结构(I)、(II)、(III)或(IV)化合物可以通过在熟知的自动化DNA合成条件下与具有下述结构(e)的亚磷酰胺化合物反应而制备自结构b或d之一：
Figure BDA0003041426470000741
其中各X独立地是希望的单体单元(例如含有染料的部分，连接体等)。
DNA合成方法是本领域熟知的。简言之，两个醇基团例如上述中间体b或d的R2和R3分别被二甲氧基三苯甲基(DMT)基团和2-氰基乙基-N,N-二异丙基氨基亚磷酰胺基团官能化。亚磷酰胺基团一般在活化剂比如四唑存在下偶联至醇基团，随后用碘氧化磷原子。二甲氧基三苯甲基能够用酸(例如氯乙酸)除去以暴露游离醇，其能够与亚磷酰胺基团反应。2-氰基乙基能够在低聚化之后用氨水处理除去。
制备用于低聚化方法中的亚磷酰胺也是本领域熟知的。例如，伯醇(例如R3)能够通过与DMT-Cl反应保护为DMT基团。仲醇(例如R2)则通过与适当试剂比如2-氰基乙基N,N-二异丙基氯亚磷酰胺反应官能化为亚磷酰胺。制备亚磷酰胺和它们低聚化的方法是本领域熟知的并且更加详细地描述于实施例中。
结构(I)、(II)、(III)和(IV)化合物制备如下：根据上文描述的熟知亚磷酰胺化学将中间体b或d和e低聚化。通过将亚磷酰胺偶联重复希望次数将希望数量的m和n重复单元并入分子。
在各种其它实施方式中，提供用于制备结构(I)、(II)、(III)和(IV)化合物的化合物。该化合物能够如上文描述以单体、二聚体和/或低聚形式制备，然后经由任何数量的合成方法(例如上文描述的″点击″反应)将M1、M2和/或M3部分共价连接至化合物以形成结构(I)、(II)、(III)和(IV)化合物。
FRET过程的效率部分取决于生色团的特征。特别是，高效率FRET需要在供体生色团吸收光谱与受体生色团发射光谱之间的大重叠(也即J-值)。额外地，生色团的距离和取向发挥重要作用。FRET效率与生色团之间的距离的6次方成反比，并且跃迁偶极矩的角度应实质上排列为平行或反平行(也即接近0°或180°)。相应地，在某些实施方式中，第一和第二生色团与聚合物骨架的共价附着经选择使得在第一与第二生色团之间的距离最小化并且跃迁偶极矩实质上排列整齐。FRET的效率能够根据下述公式表示：
Figure BDA0003041426470000751
其中EFRET是FRET效率，R是生色团之间的距离，而Ro根据下述公式表示：
Ro＝(8.8×1023JK2Qon-4)1/6
其中J是受体吸收光谱和供体发射光谱的光谱重叠，Qo是供体量子效率，n-4是供体与受体之间的介质指数(常数)，而K2是偶极方向匹配。
相应地，一种实施方式提供包含受体生色团和供体生色团的聚合物化合物，所述受体生色团具有受体跃迁偶极矩并且共价地连接至聚合物骨架，所述供体生色团具有供体跃迁偶极矩并且共价地连接至所述聚合物骨架，其中受体生色团和供体生色团具有大于约1×1010的J-值，并且所述聚合物化合物在生理学条件下在溶液中采取这样的构象，其中在受体生色团与供体生色团之间的有效距离小于约50.0nm并且受体跃迁偶极和供体跃迁偶极实质上平行或实质上反平行。
在某些实施方式中，受体生色团和供体生色团具有大于约1×1011的J-值。在某些实施方式中，受体生色团和供体生色团具有大于约1×1012的J-值。在某些更具体的实施方式中，受体生色团和供体生色团具有大于约1.2×1012的J-值。在某些更具体的实施方式中，受体生色团和供体生色团具有大于约1.5×1012的J-值。
在某些实施方式中，在受体生色团与供体生色团之间的有效距离小于约25.0nm。在某些实施方式中，在受体生色团与供体生色团之间的有效距离小于约10.0nm。
在某些实施方式中，受体生色团是荧光染料部分。在某些实施方式中，受体生色团具有范围约480nm至约740nm的最大发射。在更具体的实施方式中，受体生色团具有约488nm，约500nm，约506nm，约519nm，约522nm，约528nm，约564nm，约573，约591nm，约603nm，约616nm，约622nm，约640nm，约650nm，约666nm，约679nm，714nm，或约731nm的最大发射。
在某些实施方式中，受体生色团具有下述结构之一：
Figure BDA0003041426470000761
Figure BDA0003041426470000771
Figure BDA0003041426470000781
在某些实施方式中，供体生色团是荧光染料部分。在某些实施方式中，供体生色团具有在约350nm，在约405nm或在约488nm的最大吸光度。在某些更具体的实施方式中，供体生色团具有下述结构之一：
Figure BDA0003041426470000791
在某些实施方式中，受体生色团和供体生色团都是荧光染料部分。
在某些实施方式中，在受体跃迁偶极矩与供体跃迁偶极矩之间的角度的范围是120°至180°。在某些更具体的实施方式中，在受体跃迁偶极矩与供体跃迁偶极矩之间的角度的范围是0°至60°。在某些更具体的实施方式中，聚合物化合物还包含共价地连接于聚合物骨架的近端的第一受体生色团，和共价地连接于聚合物骨架的远端的第二受体生色团；和共价地连接于聚合物骨架的近端和远端之间的供体生色团。
在更具体的实施方式中，第一受体生色团和第二受体生色团相同。在某些实施方式中，聚合物骨架包含磷酸盐/酯连接体。在更多的实施方式中，聚合物骨架包含氧化烯烃连接体。在某些实施方式中，氧化烯烃是氧化乙烯。
在某些实施方式中，聚合物化合物具有小于20,000g/mol的分子量。在某些实施方式中，聚合物化合物具有小于19,000g/mol，18,500g/mol，18,000g/mol，17,500g/mol，17,000g/mol，16,500g/mol，16,000g/mol，15,500g/mol，15,000g/mol，14,500g/mol，14,000g/mol，13,500g/mol，13,000g/mol，12,500g/mol，11,500g/mol，11,000g/mol，10,500g/mol，10,000g/mol，9,500g/mol，9,000g/mol，8,500g/mol，8,000g/mol，7,500g/mol，7,000g/mol，6,500g/mol，6,000g/mol，5,500g/mol，5,000g/mol，4,500g/mol，4,000g/mol，3,500g/mol，3,000g/mol，2,500g/mol，2,000g/mol，1,500g/mol，或1,000g/mol的分子量。
在某些实施方式中聚合物化合物不是肽或蛋白质。在某些其它实施方式中，聚合物骨架不具有酰胺键。
提供下述实施例的目的是举例说明而并非限制。
实施例
一般方法
质谱分析在Waters/Micromass Quattro micro MS/MS系统(MS单模式)进行，用MassLynx 4.1采集软件。用于染料LC/MS的流动相是100mM 1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙醇(HFIP)，8.6mM三乙胺(TEA)，pH 8。亚磷酰胺和前体分子也用Waters Acquity UHPLC系统分析，具有2.1mm x 50mm Acquity BEH-C18柱，保持在45℃，采用乙腈/水流动相梯度。单体中间体的分子量在Waters/Micromass Quattro micro MS/MS系统(MS单模式)上用
Figure BDA0003041426470000801
鎓阳离子输注增强离子化获得。激发和发射特征实验在Cary Eclipse谱图光度计上记录。
全部反应在炉干的玻璃仪器中在氮气氛下进行，除非另有说明。可商购的DNA合成试剂购自Glen Research(Sterling，VA)。无水的吡啶，甲苯，二氯甲烷，二异丙基乙基胺，三乙胺，乙酸，吡啶和THF购自Aldrich。全部其它化学品购自Aldrich或TCI并原样用作不加额外纯化。
实施例1
合成聚合物骨架和衍生化
合成代表性的聚合物化合物
聚合物用Applied Biosystems 394DNA/RNA合成器以0.5-1μmol规模合成。聚合物化合物直接在CPG珠或聚苯乙烯固体载体上合成。合成在3'至5'方向用标准固相DNA合成方法(也即β-氰基乙基亚磷酰胺偶联化学)进行。将单体试剂(例如Fluoroside亚磷酰胺，C2烷基亚磷酰胺，六亚乙基二醇亚磷酰胺，氨基亚磷酰胺，和炔亚磷酰胺)溶于乙腈和二氯甲烷以制得0.1M储备溶液。用下述合成循环以连续的次序加入单体试剂：
1)用二氯甲烷或甲苯中的二氯乙酸除去5'-二甲氧基三苯甲基保护基团；
2)在乙腈中将下一个亚磷酰胺单体试剂与活化剂试剂(0.2M ETT)偶联；
3)用碘/吡啶/水氧化磷酸盐/酯(III)以形成稳定的磷酸盐/酯(V)；和
4)用乙酸酐/1-甲基咪唑/乙腈封端未反应的5'-羟基。
重复合成循环直至组装好所希望的聚合物化合物(例如表2或3的化合物)。在完成后，用二氯甲烷或甲苯中的二氯乙酸除去末端一甲氧基三苯甲基(MMT)基团或二甲氧基三苯甲基(DMT)基团is。在合成后，用20％二乙胺/乙腈处理载体15分钟。
然后在55℃用浓氢氧化铵水溶液从固体载体裂解聚合物2小时。通过ESI-MS表征构建物以确认质量和纯度。浓度通过UV确定。
生色团偶联至胺/炔聚合物化合物
合成代表性的聚合物构建物以具备正交的反应性基团(例如胺和炔)从而能加入不同的染料部分。例如，用点击化学来将第一荧光团附着至聚合物的炔而在后续合成步骤中将第二荧光团连接至聚合物的胺。另选地，荧光团能够在DNA合成步骤期间加入：在上文描述的步骤2期间纳入含有荧光团的亚磷酰胺。
为了合成后的修饰，制备100mM抗坏血酸钠溶液和500mM磷酸缓冲液pH 7.6。将包含叠氮化物官能团的第一希望染料部分以浓度100mM溶于二甲亚砜("染料溶液")。
100mM抗坏血酸钠溶液(也即，100mM抗坏血酸钠/100mM THTPA/50mM硫酸铜的2.5:1:1混合物)制备如下：加入等体积的THTPA和硫酸铜并让混合物静置5-10分钟，随后加入抗坏血酸钠。
将磷酸缓冲液，染料溶液，聚合物化合物和额外的DMSO一起混合，随后是抗坏血酸钠溶液。制备的反应具有0.5mM的最终聚合物浓度，100mM的磷酸缓冲液浓度，50-60％DMSO和5-10倍过量的染料。反应在振动器或涡旋器上避光放置过夜。样品用水稀释和用G-25Sephadex树脂脱盐。收集样品并通过ESI-MS表征以确认质量和纯度。在样品分析后冻干聚合物化合物。
用NHS-酯/胺偶联化学实现将第二希望染料部分(例如荧光团或其它标记)加至代表性的聚合物化合物。最初制备四硼酸钠缓冲液pH 9储备溶液("硼酸缓冲剂")。将包含NHS-酯的第二染料部分以浓度100-200mM溶于DMSO。制备的反应具有1-2mM的聚合物浓度，100mM的硼酸缓冲液浓度，30-75％DMSO，和5-10-倍过量的染料。反应在振动器或涡旋器上避光放置过夜。样品用水稀释和用G-25Sephadex树脂脱盐。收集样品和通过ESI-MS表征以确认质量和纯度。额外地，用UV和荧光光谱表征来确定FRET特性。
实施例2
化合物发射表征
根据本文实施例1描述的方法制备代表性的结构(III)聚合物化合物(化合物I-1，I-3，I-5和I-7)和结构(IV)聚合物化合物(化合物I-2，I-4，I-6和I-8)。合成结构(III)化合物，其中供体生色团M2部分是Cy3。合成结构(IV)化合物，其中供体生色团M3部分是AF555。本领域充分确立的是，Cy3和AF555作为不同的种类在光谱上等同，并且该研究允许初步评价更复杂的环境中的光谱差异。在各化合物中两个M1部分各自的生色团选自AF680，AF647，AF594和AF700并且在各化合物中相同。
试验化合物在溶液中以浓度1至10μM和pH 7.0制备。样品用激发波长488nm测试，获得的谱图示于图2至9。如数据显示，受体生色团的发射信号实质上相似，然而某些实施方式展示从供体至受体生色团的更佳的能量转移，其证据是减少的来自供体荧光团的相对荧光，参见例如图4中相对图5相应峰更小的发射峰(更佳的能量转移)。
图10提供结构(III)化合物的发射谱图的位置重叠图并且展示对不同的本发明实施方式观察到的斯托克斯位移范围。根据相对激发波长的最大发射确定，化合物I-7、I-1、I-3和I-5的斯托克斯位移分别是243nm、226nm、191nm和134nm。
实施例3
证实有效的FRET发射
为了展示本发明实施方式的FRET高效率发射，将含有供体和受体生色团的化合物I-10的发射谱图与不含供体生色团但含相同类型和数量受体生色团的相应化合物比较。
化合物I-10根据本文实施例1描述的方法制备，并且经合成具备供体生色团AF350。分子两端的受体生色团是荧光素衍生物FITC。
不含供体生色团的二-荧光素比较化合物，化合物A如下所示：
Figure BDA0003041426470000831
化合物A
其中F是荧光素部分：
Figure BDA0003041426470000832
试验化合物在溶液中以浓度350nM和pH 7.0制备。用激发波长350nm评价样品，所得重叠谱图示于图11。对于520nm的最大发射，化合物I-10的实测斯托克斯位移是170nM。
化合物I-10相对化合物A显示～5.5倍的荧光增加，这展示激发能量从供体生色团(AF350)至受体FITC部分的有效转移从而提供所观察的增加。
本说明书提及和/或申请数据页列出的全部U.S.专利、U.S.专利申请公开、U.S.专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公开，包括2019年9月26日提交的U.S.专利申请No.62/906,591，都通过援引整体并入本文且不与本文矛盾。
从前文应认识到，尽管本公开的具体实施方式已在本文中出于举例目的描述，可以进行各种修饰而不偏离本公开的主旨和范围。相应地，本公开除了受所附权利要求限制以外并不受限。

Claims (131)

1.具有下述结构(I)的化合物：
Figure FDA0003041426460000011
或其立体异构体、盐或互变异构体，其中：
M1和M2的各具体值独立地是生色团，条件是M1和M2中至少一个是FRET供体，并且M1和M2中另一个是相应的FRET受体；
L1的各具体值是任选的连接体，条件是L1的至少一个具体值是存在且包含氧；
L2和L3的各具体值独立地是任选的亚烷基，亚烯基，亚炔基，杂亚烷基，杂亚烯基，杂亚炔基或杂原子连接体；
L4的各具体值独立地是亚烷基或杂亚烷基连接体；
R1的各具体值独立地是H，烷基或烷氧基；
R2和R3各自独立地是H，OH，SH，烷基，烷氧基，烷基醚，杂烷基，-OP(＝Ra)(Rb)Rc，Q，或其经保护的形式，或L'；
R4的各具体值独立地是OH，SH，O-，S-，ORd或SRd；
R5的各具体值独立地是氧代，硫代或不存在；
Ra是O或S；
Rb是OH，SH，O-，S-，ORd或SRd；
Rc是OH，SH，O-，S-，ORd，OL'，SRd，烷基，烷氧基，杂烷基，杂烷氧基，烷基醚，烷氧基烷基醚，磷酸盐/酯，硫代磷酸盐/酯，磷酸基烷基，硫代磷酸基烷基，磷酸基烷基醚或硫代磷酸基烷基醚；
Rd是平衡离子；
Q的各具体值独立地是包含反应性基团或其经保护的形式的部分，所述反应性基团能够与分析物分子、靶向部分、固体载体或互补反应性基团Q'形成共价键；
L'的各具体值独立地是包含与Q的共价键的连接体，包含与靶向部分的共价键的连接体，包含与分析物分子的共价键的连接体，包含与固体载体的共价键的连接体，包含与固体载体残基的共价键的连接体，包含与核苷的共价键的连接体或包含与又一结构(I)化合物的共价键的连接体；
m的各具体值独立地是0或更大的整数；和
n是1或更大的整数。
2.权利要求1的化合物，其中在M1和M2选自荧光素、芘和苝的情况下L4的至少一个具体值是杂亚烷基。
3.具有下述结构(II)的化合物：
Figure FDA0003041426460000021
或其立体异构体、盐或互变异构体，其中：
M1和M3的各具体值独立地是生色团，条件是M1和M3中至少一个是FRET供体，并且M1和M3中另一个是相应的FRET受体；
L1，L7a和L7b的各具体值独立地是任选的连接体；
L2，L3，L5和L6的各具体值独立地是任选的亚烷基，亚烯基，亚炔基，杂亚烷基，杂亚烯基，杂亚炔基或杂原子连接体；
L4的各具体值独立地是亚烷基或杂亚烷基连接体；
R1的各具体值独立地是H，烷基或烷氧基；
R2和R3各自独立地是H，OH，SH，烷基，烷氧基，烷基醚，杂烷基，-OP(＝Ra)(Rb)Rc，Q，或其经保护的形式，或L'；
R4的各具体值独立地是OH，SH，O-，S-，ORd或SRd；
R5的各具体值独立地是氧代，硫代或不存在；
Ra是O或S；
Rb是OH，SH，O-，S-，ORd或SRd；
Rc是OH，SH，O-，S-，ORd，OL'，SRd，烷基，烷氧基，杂烷基，杂烷氧基，烷基醚，烷氧基烷基醚，磷酸盐/酯，硫代磷酸盐/酯，磷酸基烷基，硫代磷酸基烷基，磷酸基烷基醚或硫代磷酸基烷基醚；
Rd是平衡离子；
Q的各具体值独立地是包含反应性基团或其经保护的形式的部分，所述反应性基团能够与分析物分子、靶向部分、固体载体或互补反应性基团Q'形成共价键；
L'的各具体值独立地是包含与Q的共价键的连接体，包含与靶向部分的共价键的连接体，包含与分析物分子的共价键的连接体，包含与固体载体的共价键的连接体，包含与固体载体残基的共价键的连接体，包含与核苷的共价键的连接体或包含与又一结构(II)化合物的共价键的连接体；
m的各具体值独立地是0或更大的整数；和
n是1或更大的整数；
q是0或更大的整数，条件是q的至少一个具体值是1或更大的整数；和
w是0或更大的整数，条件是q的至少一个具体值是1或更大的整数。
4.具有下述结构(III)的化合物：
Figure FDA0003041426460000041
或其立体异构体、盐或互变异构体，其中：
M1和M2的各具体值独立地是生色团，条件是M1的至少两个具体值独立地是FRET供体，并且M2的至少一个具体值是与M1的至少两个具体值各自形成FRET对的FRET受体；
L1的各具体值是任选的连接体，条件是L1的至少一个具体值是存在且包含氧；
L2和L3的各具体值独立地是任选的亚烷基，亚烯基，亚炔基，杂亚烷基，杂亚烯基，杂亚炔基或杂原子连接体；
L4的各具体值独立地是亚烷基或杂亚烷基连接体；
L8的各具体值独立地是刚性连接体；
R1的各具体值独立地是H，烷基或烷氧基；
R2和R3各自独立地是H，OH，SH，烷基，烷氧基，烷基醚，杂烷基，-OP(＝Ra)(Rb)Rc，Q，或其经保护的形式，或L'；
R4的各具体值独立地是OH，SH，O-，S-，ORd或SRd；
R5的各具体值独立地是氧代，硫代或不存在；
Ra是O或S；
Rb是OH，SH，O-，S-，ORd或SRd；
Rc是OH，SH，O-，S-，ORd，OL'，SRd，烷基，烷氧基，杂烷基，杂烷氧基，烷基醚，烷氧基烷基醚，磷酸盐/酯，硫代磷酸盐/酯，磷酸基烷基，硫代磷酸基烷基，磷酸基烷基醚或硫代磷酸基烷基醚；
Rd是平衡离子；
Q的各具体值独立地是包含反应性基团或其经保护的形式的部分，所述反应性基团能够与分析物分子、靶向部分、固体载体或互补反应性基团Q'形成共价键；
L'的各具体值独立地是包含与Q的共价键的连接体，包含与靶向部分的共价键的连接体，包含与分析物分子的共价键的连接体，包含与固体载体的共价键的连接体，包含与固体载体残基的共价键的连接体，包含与核苷的共价键的连接体或包含与又一结构(III)化合物的共价键的连接体；
m的各具体值独立地是0或更大的整数；和
n是1或更大的整数。
5.权利要求3的化合物，其中在M1和M2选自荧光素、芘和苝的情况下L4的至少一个具体值是杂亚烷基。
6.具有下述结构(IV)的化合物：
Figure FDA0003041426460000051
或其立体异构体、盐或互变异构体，其中：
M1和M3的各具体值独立地是生色团，条件是M1的至少两个具体值独立地是FRET供体，并且M3的至少一个具体值是与M1的至少两个具体值各自形成FRET对的FRET受体；
L1，L7a和L7b的各具体值独立地是任选的连接体；
L2，L3，L5和L6的各具体值独立地是任选的亚烷基，亚烯基，亚炔基，杂亚烷基，杂亚烯基，杂亚炔基或杂原子连接体；
L4的各具体值独立地是亚烷基或杂亚烷基连接体；
L8的各具体值独立地是刚性连接体；
R1的各具体值独立地是H，烷基或烷氧基；
R2和R3各自独立地是H，OH，SH，烷基，烷氧基，烷基醚，杂烷基，-OP(＝Ra)(Rb)Rc，Q，或其经保护的形式，或L'；
R4的各具体值独立地是OH，SH，O-，S-，ORd或SRd；
R5的各具体值独立地是氧代，硫代或不存在；
Ra是O或S；
Rb是OH，SH，O-，S-，ORd或SRd；
Rc是OH，SH，O-，S-，ORd，OL'，SRd，烷基，烷氧基，杂烷基，杂烷氧基，烷基醚，烷氧基烷基醚，磷酸盐/酯，硫代磷酸盐/酯，磷酸基烷基，硫代磷酸基烷基，磷酸基烷基醚或硫代磷酸基烷基醚；
Rd是平衡离子；
Q的各具体值独立地是包含反应性基团或其经保护的形式的部分，所述反应性基团能够与分析物分子、靶向部分、固体载体或互补反应性基团Q'形成共价键；
L'的各具体值独立地是包含与Q的共价键的连接体，包含与靶向部分的共价键的连接体，包含与分析物分子的共价键的连接体，包含与固体载体的共价键的连接体，包含与固体载体残基的共价键的连接体，包含与核苷的共价键的连接体或包含与又一结构(IV)化合物的共价键的连接体；
m的各具体值独立地是0或更大的整数；和
n是1或更大的整数。
7.权利要求1-6中任一项的化合物，其中L4的至少一个具体值是杂亚烷基。
8.权利要求7的化合物，其中杂亚烷基包含氧化烯烃。
9.权利要求7-8中任一项的化合物，其中杂亚烷基包含氧化乙烯。
10.权利要求1、2或7-9中任一项的化合物，其中所述化合物具有下述结构(IA)：
Figure FDA0003041426460000071
其中：
z的各具体值独立地是1至100的整数；和
m的各具体值独立地是0至6的整数。
11.权利要求3或7-9中任一项的化合物，其中所述化合物具有下述结构(IIA)：
Figure FDA0003041426460000072
其中：
z的各具体值独立地是1至100的整数；和
m的各具体值独立地是0至6的整数。
12.权利要求4、5或7-9中任一项的化合物，其中所述化合物具有下述结构(IIIA)：
Figure FDA0003041426460000081
其中：
L4是-(OCH2CH2)z-；
z的各具体值独立地是1至100的整数；和
m的各具体值独立地是0至6的整数。
13.权利要求6-9中任一项的化合物，其中所述化合物具有下述结构(IVA)：
Figure FDA0003041426460000082
其中：
L4是-(OCH2CH2)z-；
z的各具体值独立地是1至100的整数；和
m的各具体值独立地是0至6的整数。
14.权利要求10-13中任一项的化合物，其中z的各具体值独立地是1至30的整数。
15.权利要求10-14中任一项的化合物，其中z的各具体值独立地是3或6。
16.权利要求10-15中任一项的化合物，其中m的各具体值独立地是2-4的整数。
17.权利要求10-16中任一项的化合物，其中m的各具体值是2。
18.权利要求10或14-17中任一项的化合物，其中所述化合物具有下述结构(IB)：
Figure FDA0003041426460000091
其中：
x1，x2，x3和x4的各具体值独立地是0至6的整数。
19.权利要求11或14-17中任一项的化合物，其中所述化合物具有下述结构(IIB)：
Figure FDA0003041426460000092
其中：
x1，x2，x3和x4的各具体值独立地是0至6的整数。
20.权利要求12或14-17中任一项的化合物，其中所述化合物具有下述结构(IIIB)：
Figure FDA0003041426460000101
其中：
x1，x2，x3，x4，x5和x6的各具体值独立地是0至6的整数。
21.权利要求13-17中任一项的化合物，其中所述化合物具有下述结构(IVB)：
Figure FDA0003041426460000102
其中：
x1，x2，x3，x4，x5和x6的各具体值独立地是0至6的整数。
22.权利要求18-21中任一项的化合物，其中x1和x3的各具体值都是1，并且x2和x4的各具体值都是0。
23.权利要求19的化合物或21，其中x1、x3和x5的各具体值都是1，并且x2、x4和x6的各具体值都是0。
24.权利要求18-21中任一项的化合物，其中x1，x2，x3和x4的各具体值都是1。
25.权利要求19或21的化合物，其中x1、x2、x3、x4、x5和x6的各具体值都是1。
26.权利要求1-25中任一项的化合物，其中L1或L7b的至少一个具体值包含通过醛、肟、腙、炔、胺、叠氮化物、酰基叠氮化物、酰卤、腈、硝酮、氢硫基、二硫化物、磺酰卤、异硫氰酸酯、亚氨酸酯、活化的酯、酮、α,β-不饱和羰基、烯烃、马来酰亚胺、α-卤代酰亚胺、环氧化物、氮丙啶、四嗪、四唑、膦、生物素或硫杂环丙烷与互补的反应性基团反应形成的官能团。
27.权利要求1-25中任一项的化合物，其中L1或L7b的至少一个具体值包含通过炔与叠氮化物反应形成的官能团。
28.权利要求1-25中任一项的化合物，其中L1或L7b的至少一个具体值包含烯烃，酯，酰胺，硫代酯，二硫化物，碳环，杂环或杂芳基。
29.权利要求28的化合物，其中L1或L7b的至少一个具体值是包含三唑基官能团的连接体。
30.权利要求29的化合物，其中L1-M1或L1-M2的至少一个具体值包含下述结构之一：
Figure FDA0003041426460000111
其中La和Lb各自独立地是任选的连接体。
31.权利要求29的化合物，其中L7b-M3的至少一个具体值包含下述结构：
Figure FDA0003041426460000121
其中La和Lb各自独立地是任选的连接体。
32.权利要求29的化合物，其中L1-M1或L1-M2的至少一个具体值包含下述结构之一：
Figure FDA0003041426460000122
其中La和Lb各自独立地是任选的连接体。
33.权利要求29的化合物，其中L7b-M3的至少一个具体值包含下述结构：
Figure FDA0003041426460000123
其中La和Lb各自独立地是任选的连接体。
34.权利要求30-33中任一项的化合物，其中La或Lb是或两者均是不存在。
35.权利要求30-33中任一项的化合物，其中La或Lb是或两者均是存在。
36.权利要求35的化合物，其中La和Lb，当存在时，各自独立地是亚烷基或杂亚烷基。
37.权利要求35的化合物，其中La和Lb独立地具有下述结构之一：
Figure FDA0003041426460000131
38.权利要求1-25中任一项的化合物，其中L1或L7b的各具体值独立地包含亚烷基或杂亚烷基连接体。
39.权利要求1-38中任一项的化合物，其中L1包含下述结构之一：
Figure FDA0003041426460000132
其中
a，b和c各自独立地是1-6范围的整数。
40.权利要求3、6、7-9、11、13-17、19或21-39中任一项的化合物，其中L7a包含任选经取代的5-7元亚杂芳基连接体。
41.权利要求40的化合物，其中L7a的各具体值独立地是任选经取代的5-7元亚杂芳基连接体。
42.权利要求40或41的化合物，其中L7a是6-元亚杂芳基。
43.权利要求40-42中任一项的化合物，其中L7a包含2个N原子和2个O原子。
44.权利要求40-43中任一项的化合物，其中L7a的各具体值是取代的。
45.权利要求40-44中任一项的化合物，其中L7a是用至少一个氧代取代的。
46.权利要求40-45中任一项的化合物，其中L7a具有下述结构之一：
Figure FDA0003041426460000141
47.权利要求1-46中任一项的化合物，其中R4的各具体值独立地是OH，O-或ORd。
48.权利要求1-47中任一项的化合物，其中R5的各具体值是氧代。
49.权利要求1-48中任一项的化合物，其中R1的各具体值是H。
50.权利要求1-49中任一项的化合物，其中R2或R3之一是OH或-OP(＝Ra)(Rb)Rc，而R2或R3中另一个是Q或包含与Q的共价键的连接体。
51.权利要求1-49中任一项的化合物，其中R2和R3各自独立地包含-OP(＝Ra)(Rb)Rc。
52.权利要求51的化合物，其中Rc是OL'。
53.权利要求52的化合物，其中L'是与下述的杂亚烷基连接体：Q，靶向部分，分析物分子，固体载体，固体载体残基，核苷，或者其它结构(I)化合物或其它结构(II)化合物。
54.权利要求52或53的化合物，其中L'包含氧化烯烃或磷酸二酯部分或其组合。
55.权利要求52-54中任一项的化合物，其中L'具有下述结构：
Figure FDA0003041426460000151
其中：
m”和n”独立地是1至10的整数；
Re是H，电子对或平衡离子；
L”是Re或与下述的直连键或连接体：Q，靶向部分，分析物分子，固体载体，固体载体残基，核苷或又一结构(I)、(II)、(III)或(IV)化合物。
56.权利要求1-55中任一项的化合物，其中Q包含亲核反应性基团，亲电反应性基团或环加成反应性基团。
57.权利要求1-56中任一项的化合物，其中Q包含氢硫基，二硫化物，活化的酯，异硫氰酸酯，叠氮化物，炔，烯烃，二烯，亲双烯体，酰卤，磺酰卤，膦，α-卤代酰胺，生物素，氨基或马来酰亚胺官能团。
58.权利要求1-57中任一项的化合物，其中Q包含马来酰亚胺官能团。
59.权利要求57的化合物，其中所述叠氮化物是烷基叠氮化物或酰基叠氮化物。
60.权利要求57的化合物，其中所述活化的酯是N-琥珀酰亚胺酯，亚氨酸酯或多氟苯基酯。
61.权利要求1-60中任一项的化合物，其中Q具有下述结构之一：
Figure FDA0003041426460000161
Figure FDA0003041426460000171
其中各X独立地是卤素。
62.权利要求53-55中任一项的化合物，其中靶向部分是抗体或细胞表面受体拮抗剂。
63.权利要求1-51中任一项的化合物，其中R2或R3之一是OH或-OP(＝Ra)(Rb)Rc，并且R2或R3中另一个是包含与分析物分子的共价键的连接体或包含与固体载体的共价键的连接体。
64.权利要求63的化合物，其中所述分析物分子是核酸或其聚合物，或者氨基酸或其聚合物。
65.权利要求63的化合物，其中所述分析物分子是酶，受体，受体配体，抗体，糖蛋白，适体或朊病毒。
66.权利要求63的化合物，其中所述固体载体是聚合物珠或非聚合物珠。
67.权利要求1-50中任一项的化合物，其中R2或R3具有下述结构之一：
Figure FDA0003041426460000181
Figure FDA0003041426460000191
68.权利要求1-50中任一项的化合物，其中R2或R3之一是OH或-OP(＝Ra)(Rb)Rc，并且R2或R3中另一个包含下述结构：
Figure FDA0003041426460000192
69.权利要求1-68中任一项的化合物，其中m的各具体值独立地是1至10的整数。
70.权利要求1-69中任一项的化合物，其中m的各具体值独立地是1至5的整数。
71.权利要求1-70中任一项的化合物，其中n是1至100的整数。
72.权利要求1-71中任一项的化合物，其中n是1至10的整数。
73.权利要求1-72中任一项的化合物，其中M1，M2或M3的各具体值独立地是荧光或着色的。
74.权利要求73的化合物，其中M1，M2或M3的各具体值独立地是荧光的。
75.权利要求1-74中任一项的化合物，其中M1，M2或M3的各具体值独立地是荧光部分，所述部分包含两个或更多个芳基或杂芳基环或其组合。
76.权利要求1-75中任一项的化合物，其中M1和M2的至少一种组合或M1和M3的至少一种组合是J-值大于约1×1010的FRET对。
77.权利要求76的化合物，其中所述FRET对具有大于约1×1011的J-值。
78.权利要求76的化合物，其中所述FRET对具有大于约1×1012的J-值。
79.权利要求76的化合物，其中所述FRET对具有大于约1.2×1012的J-值。
80.权利要求76的化合物，其中所述FRET对具有大于约1.5×1012的J-值。
81.权利要求1-80中任一项的化合物，其中M1，M2或M3的各具体值独立地包含稠合多环芳基部分，所述部分包含至少2个稠环。
82.权利要求1-80中任一项的化合物，其中M1，M2或M3的各具体值独立地选自二甲基氨基茋，喹吖啶酮，氟苯基-二甲基-BODIPY，his-氟苯基-BODIPY，吖啶，骈三萘，联六苯，卟啉，苯并芘，(氟苯基-二甲基-二氟硼杂-二氮杂-引达省)苯基，(二-氟苯基-二氟硼杂-二氮杂-引达省)苯基，四联苯，联-苯并噻唑，三联-苯并噻唑，联-萘，联-蒽，方酸，方酸鎓，9,10-乙炔基蒽，和三联-萘部分。
83.权利要求1-80中任一项的化合物，其中M1，M2或M3的各具体值独立地选自p-三联苯，苝，偶氮苯，吩嗪，菲咯啉，吖啶，噻吨，
Figure FDA0003041426460000211
红荧烯，蒄，菁蓝，苝酰亚胺，苝酰胺，及其衍生物。
84.权利要求1-80中任一项的化合物，其中M1，M2或M3的各具体值独立地选自香豆素染料，试卤灵染料，二吡咯甲烯硼二氟化物染料，钌联吡啶染料，噻唑橙染料，聚甲炔，和N-芳基-1,8-萘二甲酰亚胺染料。
85.权利要求1-80中任一项的化合物，其中M1，M2或M3的各具体值独立地选自香豆素染料，硼-二吡咯亚甲基，罗丹明，菁蓝，芘，苝，苝一酰亚胺，6-FAM，5-FAM，6-FITC，5-FITC，及其衍生物。
86.权利要求1-80中任一项的化合物，其中M1，M2或M3的各具体值独立地具有下述结构之一：
Figure FDA0003041426460000221
87.权利要求1-80中任一项的化合物，其中M1，M2或M3的各具体值独立地具有下述结构之一：
Figure FDA0003041426460000231
Figure FDA0003041426460000241
Figure FDA0003041426460000251
88.权利要求4-9、12-17或20-87中任一项的化合物，其中L8的各具体值独立地包含一个或多个稠合的芳基或杂芳基环系。
89.权利要求88的化合物，其中L8的各具体值独立地包含一个或多个稠合的双环或三环的芳基或杂芳基环系。
90.权利要求89的化合物，其中一个或多个稠合的双环或三环的芳基或杂芳基环系具有下述结构之一：
Figure FDA0003041426460000261
其中：
a1，a2和a3的各具体值独立地是5，6或7-元碳环或杂环；和
L6是直连键或连接体。
91.权利要求88-90中任一项的化合物，其中L8的各具体值独立地具有下述结构之一：
Figure FDA0003041426460000262
92.权利要求4-9、12-17或20-87中任一项的化合物，其中L8的各具体值独立地包含磷酸二酯。
93.权利要求92的化合物，其中L8的至少一个具体值包含氧化乙烯。
94.权利要求92或93的化合物，其中L8的至少一个具体值包含下述结构之一：
Figure FDA0003041426460000271
其中：
g是范围1-10的整数；和
z'是范围1-30的整数。
95.权利要求94的化合物，其中z'是3，6或11-28。
96.权利要求94或95的化合物，其中g的范围是2-5。
97.权利要求92-96中任一项的化合物，其中L8的至少一个具体值包含下述结构：
Figure FDA0003041426460000272
98.权利要求92-97中任一项的化合物，其中L8的各具体值包含下述结构：
Figure FDA0003041426460000273
99.权利要求1-98中任一项的化合物，其中所述化合物选自表2。
100.选自表3的化合物。
101.聚合物化合物，包含：
受体生色团，其具有受体跃迁偶极矩并且共价地连接至聚合物骨架；和
供体生色团，其具有供体跃迁偶极矩并且共价地连接至所述聚合物骨架；
其中
所述受体生色团和供体生色团具有大于约1×1010的J-值并且所述聚合物化合物在生理学条件下在溶液中采取这样的构象，其中在受体生色团与供体生色团之间的有效距离小于约50.0nm并且受体跃迁偶极和供体跃迁偶极实质上平行或实质上反平行。
102.权利要求101的化合物，其中受体生色团和供体生色团具有大于约1×1011的J-值。
103.权利要求101的化合物，其中受体生色团和供体生色团具有大于约1×1012的J-值。
104.权利要求101的化合物，其中受体生色团和供体生色团具有大于约1.2×1012的J-值。
105.权利要求101的化合物，其中受体生色团和供体生色团具有大于约1.5×1012的J-值。
106.权利要求101-105中任一项的聚合物化合物，其中在受体生色团与供体生色团之间的有效距离小于约25.0nm。
107.权利要求101-106中任一项的聚合物化合物，其中在受体生色团与供体生色团之间的有效距离小于约10.0nm。
108.权利要求101-107中任一项的聚合物化合物，其中受体生色团是荧光染料部分。
109.权利要求108的聚合物化合物，其中受体生色团具有范围约480nm至约740nm的最大发射。
110.权利要求108或109的聚合物化合物，其中受体生色团具有约488nm，约500nm，约506nm，约519nm，约522nm，约528nm，约564nm，约573，约591nm，约603nm，约616nm，约622nm，约640nm，约650nm，约666nm，约679nm，714nm或约731nm的最大发射。
111.权利要求108-110中任一项的聚合物，其中受体生色团具有下述结构之一：
Figure FDA0003041426460000291
Figure FDA0003041426460000301
Figure FDA0003041426460000311
112.权利要求101-111中任一项的聚合物化合物，其中供体生色团是荧光染料部分。
113.权利要求112的聚合物化合物，其中供体生色团具有在约350nm、在约405nm或在约488nm的最大吸光度。
114.权利要求112或113的聚合物，其中供体生色团具有下述结构之一：
Figure FDA0003041426460000321
115.权利要求101-114中任一项的聚合物化合物，其中受体生色团和供体生色团都是荧光染料部分。
116.权利要求101-115中任一项的聚合物化合物，其中在受体跃迁偶极矩与供体跃迁偶极矩之间的角度范围是120°至180°。
117.权利要求101-116中任一项的聚合物化合物，其中在受体跃迁偶极矩与供体跃迁偶极矩之间的角度范围是0°至60°。
118.权利要求101-117中任一项的聚合物化合物，其中所述聚合物化合物还包含：
第一受体生色团，其共价地连接于聚合物骨架的近端；
第二受体生色团，其共价地连接于聚合物骨架的远端；和供体生色团，其共价地连接于聚合物骨架的近端和远端之间。
119.权利要求118的聚合物化合物，其中第一受体生色团和第二受体生色团是相同的。
120.权利要求101-119中任一项的聚合物化合物，其中聚合物骨架包含磷酸盐/酯连接体。
121.权利要求101-120中任一项的聚合物化合物，其中聚合物骨架包含氧化烯烃连接体。
122.权利要求121的聚合物化合物，其中氧化烯烃是氧化乙烯。
123.将样品染色的方法，包括向所述样品加入权利要求1-122中任一项的化合物，其量足以在以适当波长光照所述样品的情况下产生光学响应。
124.权利要求123的方法，其中所述光学响应是荧光响应。
125.权利要求123或124的方法，其中所述样品包含细胞。
126.权利要求125的方法，还包括通过流式细胞术观察所述细胞。
127.权利要求124的方法，还包括将所述荧光响应与具有检测上不同的光学特性的第二荧光团相区别。
128.视觉检测分析物分子的方法，所述方法包括：
(a)提供权利要求1-122中任一项的聚合物化合物，其中所述聚合物化合物包含与分析物分子的共价键；和
(b)通过其可视特性检测聚合物化合物。
129.视觉检测分析物分子的方法，所述方法包括：
(a)将权利要求1-122中任一项的聚合物化合物与分析物分子混合，其中所述聚合物化合物包含与选自表1的Q的共价键；
(b)形成聚合物化合物与分析物分子的生物缀合物；和
(c)通过可视特性检测所述生物缀合物。
130.包含权利要求1-122中任一项的化合物和一种或多种分析物分子的组合物。
131.权利要求108的组合物在用于检测一种或多种分析物分子的分析方法中的用途。
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