CN114656791B - 聚合物-二氧化硅混合pdot及其使用方法 - Google Patents

聚合物-二氧化硅混合pdot及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了有机‑无机混合聚合物颗粒，其具有使得所述颗粒特别适用于生物和光学应用的所需表面化学性质以及光学性质。本公开还提供了一种制备有机‑无机混合聚合物颗粒的方法。本公开还提供了一种使用有机‑无机混合聚合物颗粒用于生物和光学应用的方法。

Description

聚合物-二氧化硅混合PDOT及其使用方法
分案申请说明
本申请系申请日为2017年06月13日、国家申请号为201780037417.7、题为“聚合物-二氧化硅混合PDOT及其使用方法”的发明专利申请的分案申请。
交叉参考
本申请要求2016年6月14日提交的美国临时专利申请第62/350,126号的权益，其公开通过引用全文纳入本文。
背景技术
理解生物系统的进展依赖于应用荧光显微术、流式细胞术、通用生物试验和生物传感器。这些实验方法广泛使用有机染料分子作为探针。但是，这些常规染料的固有局限性(如低吸收性和差的光稳定性)造成高灵敏度成像技术和高通量测定的进一步发展存在巨大困难。因此，对开发更亮和更光稳定的荧光纳米颗粒产生了相当大的兴趣。
已经对用于研究化学和生物分析物和系统的成像和检测技术的传统发色聚合物点进行了研究。已经尝试了在生物共轭中使用的发色聚合物点的官能化，但是遇到了聚合物点膨胀、不稳定和在生物缓冲溶液中聚集，以及在某些环境中的非特异性相互作用的问题。
发明内容
本公开提供了一类新的有机-无机混合聚合物点及相关方法。
在多个方面中，本公开提供了一种有机-无机混合聚合物点，其包含：半导体发色聚合物；以及无机网络，其中半导体发色聚合物和无机网络形成了有机-无机互穿网络。
在多个方面中，本公开提供了一种制备有机-无机混合聚合物点的方法，所述方法包括：提供溶液，其中所述溶液包含溶剂、半导体发色聚合物、和有机硅烷；以及将所述溶液与水性溶液混合，其中，所述溶液或所述水性溶液中的至少一种包含含有X的有机硅烷，其中X是适用于生物共轭的官能团。优选地或任选地，所述溶液还可以包含其它硅烷，其能够使得混合聚合物点更小和/或更紧凑。
在多个方面中，本公开提供了一种有机-无机互穿混合发色聚合物点，其包含半导体发色聚合物、无机网络和适用于生物共轭的官能团。
在多个方面中，本公开提供了一种有机-无机混合聚合物点，其包含：半导体发色聚合物；X，其中X是适用于生物共轭的官能团；以及无机网络，其与半导体发色聚合物共价结合。
提供该概述是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。该概述并不旨在识别所要求保护主题的关键特征，也不旨在单独用作帮助确定所要求保护的主题的范围。
通过引用纳入
本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请通过引用纳入本文，就好像将各篇单独的出版物、专利或专利申请专门和单独地通过引用纳入本文那样。
附图简要说明
所附权利要求书中具体说明了本发明的新特征。可参考以下详述更好地理解本发明的特征和优点，这些详述列出利用本发明原理的说明性实施方式和附图：
图1提供了用于制备混合聚合物点的方法的示意图。
图2显示了制备羧酸盐官能化PFBT混合聚合物点的方法。
图3显示了混合聚合物点的透射电子显微镜(TEM)图像。
图4显示了裸PFBT聚合物点与由PFBT、烷基硅烷和TEOS以不同比例制备的混合聚合物点的单颗粒荧光对比曲线。
图5显示了通过流式细胞术定量的不同混合聚合物点生物共轭物以及裸聚合物点生物共轭物的细胞标记亮度。
图6显示了基于PFBT/TMOS/TEOS混合组，用混合聚合物点生物共轭物特异性标记的MCF细胞的荧光图像。
图7显示了用混合聚合物点生物共轭物标记的MCF细胞的光稳定性。
图8显示了基于PFBT/TCOS/TEOS混合组，用混合聚合物点生物共轭物特异性标记的MCF细胞的荧光图像。
图9显示了用混合聚合物点生物共轭物标记的MCF细胞的光稳定性曲线。
图10显示了混合聚合物点和相关生物共轭物的凝胶电泳结果。
图11显示了用混合聚合物点标记的MCF-7细胞的流式细胞术结果。
图12提供了具有硅烷链和用于生物共轭的官能性硅烷链的共轭聚合物的一般示意图。
图13提供了具有硅烷链和用于生物共轭的官能性链的共轭聚合物的一般示意图。
图14提供了具有用于生物共轭的官能性链的共轭聚合物的一般示意图。
图15显示了使用预官能化的PFBT聚合物制备羧酸盐官能化PFBT混合聚合物点的方法。
图16显示了与用硅烷-COONa混合聚合物点标记的MCF-7细胞相比，用其中14％的单体单元包含C2COOH的官能化PFBT混合点(即PFBT-14％C2COOH)标记的MCF-7细胞的流式细胞术结果。
图17提供了PFBT-14％C2COOH混合聚合物点的TEM图像。
具体实施方式
本公开提供了有机-无机混合聚合物点的组合物、以及制备和使用其的相关方法，所述有机-无机混合聚合物点具有使得所述聚合物点特别适用于生物应用的所需表面化学性质以及光学性质。本文详细描述了这些以及其它实施方式。
通过参考下文的本发明实施方式和实施方式的详细描述，并结合附图，将最佳地理解本发明。以下讨论是描述性、说明性和示例性的，并且不应被视为是对由任意所附权利要求限定的范围进行限制。
多种聚合物组合物适用于本文的实施方式。在一些实施方式中，“聚合物”是由至少两个重复结构单元组成的分子，所述结构单元通常通过共价化学键连接。本公开的聚合物可具有不同种类的重复单元，例如2、3、4、5、6、7、8、9或10种不同的重复单元。重复结构单元可以是一种类型的单体，并且所得到聚合物是均聚物。在一些实施方式中，聚合物可以包含两种不同类型的单体、三种不同类型的单体、四种不同类型的单体、五种不同类型的单体、或更多类型的单体。本领域普通技术人员应理解，不同类型的单体可以多种方式沿聚合物链分布。例如，三种不同类型的单体可沿聚合物随机分布。类似地，应理解，单体沿聚合物的分布可以不同方式呈现。沿着聚合物长度的重复结构单元(例如，单体)的数量表示为“n”。在一些实施方式中，n的范围可以是例如，至少2、至少10、至少50、至少100、至少500、或至少1000、至少10000或更高。在某些实施方式中，n的范围可以是2至10000、10至10000、10至1000、20至5000、20至500、50至300、100至1000、100至10000、或500至10000。
在一些实施方式中，聚合物具有包含骨架的延伸的分子结构，所述骨架任选地含有侧基(pendant side group)。本文提供的聚合物可以包括但不限于：线性聚合物和支化聚合物，如星形聚合物、梳形聚合物、刷状聚合物、梯形聚合物(ladder)和树枝状聚合物(dendrimer)。如本文进一步所述，聚合物可包括本领域通常熟知的半导体聚合物。
在一些实施方式中，“聚合物颗粒”、“聚合颗粒”或“Pdot”是亚微米尺寸的实体，其表示被连续自由流动介质包围的独立的不连续相。自由流动的介质通常是低分子量液体，最常见是水。在一些实施方式中，“聚合物颗粒”、“聚合颗粒”或“Pdot”可互换使用。
在一些实施方式中，术语“聚合物颗粒”、“混合聚合物点”、“聚合物点”、“发色聚合物点”、“发色半导体聚合物点”、“荧光聚合物点”、“发色纳米颗粒”和“Pdot”可互换使用以表示包含一种或多种聚合物(如，半导体聚合物、非半导体聚合物、或它们的组合)的结构，其已塌缩为稳定的亚微米尺寸颗粒。如本文进一步描述的，各种方法适合于形成混合聚合物点。本文提供的混合聚合物点可由单一聚合物制成或可包含聚合物的混合物。在某些实施方式中，一种或多种聚合物塌缩、沉淀和/或凝聚，形成聚合物基质。在一些实施方式中，混合聚合物点的性质取决于聚合物结构。因此，聚合物骨架(主链)、侧链、末端单元和被取代的基团可以变化以获得特定性质。在一些实施方式中，混合聚合物点的光学性质可以通过改变聚合物骨架(主链)的结构来调整。
在某些实施方式中，本文提供的混合聚合物点包含一种或多种发色团，在本文中也称为发色单元。在一些实施方式中，术语“发色团”或“发色单元”提供其在本领域中的普通含义。发色团吸收某些波长的光，例如从UV区至近红外区的光，并且可以是发光的或者可以不是发光的。在一些实施方式中，发色单元包括但不限于：具有离域的π电子的结构的单元、小有机染料分子的单元、和/或金属络合物的单元。发色团可以是聚合物基质的一部分，或者可以被纳入聚合物基质中，例如通过掺混、交联等进行。
在某些实施方式中，本公开的混合聚合物点包含一种或多种发色聚合物。在一些实施方式中，术语“发色聚合物”是指这样的聚合物，该聚合物的至少一部分吸收某些波长的光(例如，UV至近红外光谱的光)。本公开所述的发色聚合物可以是发光的或可以不是发光的。在一些实施方式中，“发色聚合物”是这样的聚合物，该聚合物的至少一部分包含发色单元。发色聚合物的示例可以包括含有具有离域π电子的结构单元的聚合物，如半导体聚合物、含有小有机染料分子单元的聚合物、含有金属络合物单元的聚合物、和含有其任意组合的单元的聚合物。可以将发色单元纳入聚合物骨架。发色单元还可以共价接合至聚合物的侧链或末端单元。发色聚合物可以使用本领域熟知的标准合成方法来制备。
在某些实施方式中，发色聚合物是“共轭聚合物”。术语“共轭聚合物”是本领域中公认的。电子、空穴或电子能量可沿共轭聚合物传导。在一些实施方式中，聚合物骨架的大部分可以是共轭的。在一些实施方式中，整个聚合物骨架可以是共轭的。在一些实施方式中，该聚合物可在其侧链或末端中包含共轭结构。在一些实施方式中，该共轭聚合物可具有传导性质，例如，该聚合物可导电。在一些实施方式中，该共轭聚合物可具有半导体性质，例如，该聚合物可呈现直接带隙，导致带边缘处的有效吸收或发射。因此，在某些实施方式中，发色聚合物是“半导体聚合物”。术语“半导体聚合物”是本领域中公认的。
在一些实施方式中，术语“烷基”是指具有指定数量碳原子的直链或支化的饱和脂族基团。例如，C1-C6烷基包括但不限于：甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、异戊基、己基等。其它烷基基团包括但不限于：庚基、辛基、壬基、癸基等。烷基可包含任意数量的碳，如1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-7、1-8、1-9、1-10、2-3、2-4、2-5、2-6、3-4、3-5、3-6、4-5、4-6和5-6。该烷基基团通常是一价的，但可以是二价的，例如当烷基基团将两个部分连接到一起时。本文所用术语“杂烷基”是指碳原子的直链或支化的饱和脂族基团，其中至少一个碳原子被杂原子(如N、O或S)替换。还可以使用其它杂原子，包括但不限于B、Al、Si和P。
在一些实施方式中，术语“亚烷基”指与至少两个基团相连的上文所定义的烷基，即二价烃基基团。与亚烷基相连的两个部分可以与亚烷基的相同或不同原子连接。例如，直链亚烷基可以是-(CH2)n-的二价基团，其中n是1、2、3、4、5或6。亚烷基包括但不限于亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚异丙基、亚丁基、亚异丁基、亚仲丁基、亚戊基和亚己基。
在一些实施方式中，术语“烷氧基”是指具有氧原子的烷基基团，所述氧原子将烷氧基连接至接合点或连接至烷氧基的两个碳。烷氧基包括例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、2-丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、己氧基等。烷氧基还可被本文所述多种取代基取代。例如，烷氧基可被卤素取代以形成“卤代烷氧基”。
在一些实施方式中，术语“烯基”是指直链或支化的2-6个碳原子的烃基，其具有至少一个双键。烯基的示例包括但不限于：乙烯基、丙烯基、异丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、异丁烯基、丁二烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、异戊烯基、1,3-戊二烯基、1,4-戊二烯基、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基、1,3-己二烯基、1,4-己二烯基、1,5-己二烯基、2,4-己二烯基或1,3,5-己三烯基。
在一些实施方式中，术语“炔基”是指直链或支化的2-6个碳原子的烃基，其具有至少一个三键。炔基的示例包括但不限于：乙炔基、丙炔基、1-丁炔基、2-丁炔基、异丁炔基、仲丁炔基、丁二炔基、1-戊炔基、2-戊炔基、异戊炔基、1,3-戊二炔基、1,4-戊二炔基、1-己炔基、2-己炔基、3-己炔基、1,3-己二炔基、1,4-己二炔基、1,5-己二炔基、2,4-己二炔基或1,3,5-己三炔基。
本文所用术语“亚炔基”是指连接至少两个其它基团的上文定义的炔基，即二价烃基。与亚炔基相连的两个部分可以与亚炔基的相同或不同原子连接。亚炔基包括但不限于：亚乙炔基、亚丙炔基、亚异丙炔基、亚丁炔基、亚仲丁炔基、亚戊炔基和亚己炔基。
在一些实施方式中，术语“烷基胺”是指具有一个或多个氨基的本文所定义的烷基。所述氨基基团可以是伯氨基、仲氨基或叔氨基。所述烷基胺还可被羟基取代。烷基胺可包括但不限于：乙胺、丙胺、异丙胺、乙二胺和乙醇胺。所述氨基可将烷基胺连接至化合物剩余部分的接合点，可以在烷基的ω位置，或者可以将烷基的至少两个碳原子连接在一起。
在一些实施方式中，术语“卤素”或“卤化物”是指氟(化物)、氯(化物)、溴(化物)和碘(化物)。本文所用术语“卤代烷基”指如上文所定义的烷基，其中一些或全部氢原子被卤素原子取代。卤素(卤代)优选表示氯或氟，但也可以是溴或碘。本文所用术语“卤代烷氧基”指具有至少一个卤素的烷氧基。卤代烷氧基定义为一些或全部氢原子被卤素原子取代的烷氧基。所述烷氧基可被1、2、3或更多个卤素取代。当所有氢都被一种卤素取代、例如被氟取代时，该化合物是全取代的，例如全氟化。卤代烷氧基包括但不限于三氟甲氧基、2,2,2,-三氟乙氧基、全氟乙氧基等。
在一些实施方式中，术语“环烷基”是指包含3-12个成环原子、或指定数量原子的饱和的或部分不饱和的单环、稠合二环或桥接多环组成物。单环包括：例如，环丙基、环丁基、环戊基、环己基和环辛基。二环和多环包括：例如，降莰烷、十氢化萘和金刚烷。例如，C3-8环烷基包括环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环辛基和降莰烷。
在一些实施方式中，术语“亚环烷基”是指连接至少两个其它基团的上文定义的环烷基，即二价烃基。与亚环烷基相连的两个部分可以与亚环烷基的相同或不同原子连接。亚环烷基包括但不限于：亚环丙基、亚环丁基、亚环戊基、亚环己基和亚环辛基。
在一些实施方式中，术语“杂环烷基”是指具有3个成环原子至约20个成环原子和1个杂原子至约5个杂原子(如N、O和S)的环系统。还可以使用另外的杂原子，包括但不限于B、Al、Si和P。杂原子还可以被氧化，例如但不限于-S(O)-和-S(O)2-。
在一些实施方式中，术语“亚杂环烷基”是指与至少两个其它基团相连的上文定义的杂环烷基。与亚杂环烷基相连的两个部分可以与亚杂环烷基的相同或不同原子连接。
在一些实施方式中，术语“芳基”是指单环或稠合二环、三环或更大的芳族环组成物，其包含6-16个环碳原子。例如，芳基可以是苯基、苄基、薁基或萘基。芳基可以被一个、两个或三个选自下组的基团单取代、二取代或三取代：烷基、烷氧基、芳基、羟基、卤素、氰基、氨基、氨基-烷基、三氟甲基、亚烷基二氧基和氧基-C2-C3-亚烷基；其均任选地被进一步取代，例如如上文定义的那样；或1-或2-萘基；或1-或2-菲基。亚烷基二氧基是与苯基的两个邻近碳原子接合的二价取代基，例如亚甲基二氧基或亚乙基二氧基。氧基-C2-C3-亚烷基也是与苯基的两个邻近碳原子接合的二价取代基，例如，氧乙烯或氧丙烯。氧基-C2-C3-亚烷基-苯基的示例是2,3-二氢苯并呋喃-5-基。
芳基可以包括但不限于：萘基，苯基或被烷氧基、苯基、卤素、烷基或三氟甲基单取代或双取代的苯基，苯基或被烷氧基、卤素或三氟甲基单取代或双取代的苯基，且特别是苯基。
在一些实施方式中，术语“烷氧基-芳基”是指其中与芳基连接的一个部分通过氧原子连接的上文定义的芳基。烷氧基-芳基包括但不限于苯氧基(C6H5O-)。本公开还包括烷氧基-杂芳基。
在一些实施方式中，术语“杂芳基”指单环或稠合双环或三环芳香环组成物，其含有5-16个成环原子，成环原子中的1-4个是N、O或S的杂原子。例如，杂芳基包括：吡啶基、吲哚基、吲唑基、喹喔啉基、喹啉基、异喹啉基、苯并噻吩基、苯并呋喃基、呋喃基、吡咯基、噻唑基、苯并噻唑基、噁唑基、异噁唑基、三唑基、四唑基、吡唑基、咪唑基、噻吩基，或被例如烷基、硝基或卤素取代(特别是单取代或双取代)的任意其它基团。类似地，本文所述芳基和杂芳基可以是经取代的或未取代的。芳基和杂芳基的取代基是各种各样的，例如烷基、芳基、CN、氨基、硫化物、醛、酯、醚、羧基、羟基或卤化物。取代基可以是反应性基团，例如但不限于氯、溴、碘、羟基或氨基。取代基可以选自：卤素、OR’、OC(O)R’、NR’R”、SR’、R’、CN、NO2、CO2R’、CONR’R”、C(O)R’、OC(O)NR’R”、NR”C(O)R’、NR”C(O)2R’、NR’C(O)NR”R”’、NH C(NH2)＝NH、NR’C(NH2)＝NH、NH C(NH2)＝NR’、S(O)R’、S(O)2R’、S(O)2NR’R”、N3、CH(Ph)2，数量为0至芳环系统上开放价态的总数；其中R'、R"和R'"独立地选自：氢、(C1-C8)烷基和杂烷基、未取代的芳基和杂芳基、(未取代的芳基)-(C1-C4)烷基和(未取代的芳基)氧基-(C1-C4)烷基。
本文所述基团可以是经取代或未取代的。烷基和杂烷基基团(包括通常称为亚烷基、烯基、杂亚烷基、杂烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、环烯基和杂环烯基的基团)的取代基可以是各种基团，例如烷基、芳基、氰基(CN)、氨基、硫化物、醛、酯、醚、羧基、羟基或卤化物。取代基可以是反应性基团，例如但不限于氯、溴、碘、羟基或氨基。合适的取代基可选自：-OR’、＝O、＝NR’、＝N-OR’、-NR’R”、-SR’、-卤素、-SiR’R”R”’、-OC(O)R’、-C(O)R’、-CO2R’、-CONR’R”、-OC(O)NR’R”、-NR”C(O)R’、-NR’-C(O)NR”R”’、-NR”C(O)2R’、-NH-C(NH2)＝NH、-NR’C(NH2)＝NH、-NH-C(NH2)＝NR’、-S(O)R’、-S(O)2R’、-S(O)2NR’R”、-CN和-NO2，取代基数量为0至(2m'+1)，其中m'为该取代基中碳原子的总数。R'、R"和R'"各自独立地指氢、未取代的(C1-C8)烷基和杂烷基、未取代的芳基、烷氧基或硫代烷氧基，或者芳基-(C1-C4)烷基。当R'和R"接合至同一个氮原子时，它们可与该氮原子一起形成5、6或7元环。例如，-NR'R"意味着包括1-吡咯烷基和4-吗啉基。从上述有关取代基的讨论中，本领域技术人员应理解，术语“烷基”意味着包括如卤代烷基(如-CF3和-CH2CF3)和酰基(如-C(O)CH3、-C(O)CF3、-C(O)CH2OCH3等)等基团。
本文和所附权利要求书所用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指示物，除非上下文另有明确说明。因此，例如，提到“化合物”包括多种该化合物，且提到“试剂”包括多种该试剂，并且提到“细胞”包括本领域技术人员已知的一种或多种细胞及其等同物(例如，多种细胞)等。当本文中使用范围用于物理性质(例如，分子量)或化学性质(例如，化学式)时，旨在包括范围的所有组合以及子组合以及其中的具体实施方式。指示数字或数字范围时，术语“约”表示所指数字或数字范围是实验可变性内的约数(或在统计学实验误差内)，且因此该数字或数字范围可在所示数字或数字范围的1％至15％之间变化。术语“包含”(和相关术语例如“包括”或“含有”或“具有”或“涵盖”)不意在排除在其它某些实施方式中，例如，本文所述的物质的任何组合物、组合物、方法或步骤等，可“由”所述特征“组成”或“基本由”所述特征“组成”。
本文所用术语“和/或”用作功能性词，以表示两个词或表达一起使用或单独使用。例如，A和/或B包括仅A、仅B、以及A和B。
应理解，给出数值范围时，除非文中另有明确说明，该范围上下限之间、以下限单位的十分之一为间隔的各间插数值，以及所述范围的任何其它指出或间插数值均包括在本文提供的公开内容内。这些较小的范围内的上限和下限可独立地包含在这些较小范围中，并且也包括在本公开内，除非明确地排除所述范围的上下限。所述范围包含一个或两个限值时，排除这一个或两个限值以外的范围也包括在本公开范围内。
除非另外定义，本文中所使用的所有技术和科学术语都具有本公开所属领域普通技术人员通常所理解的同样含义。虽然可采用与本文所述类似或等同的任何方法、装置和材料实施或测试本公开，但现在描述优选的方法、装置和材料。
有机-无机混合聚合物点
本公开提供了有机-无机混合聚合物点(在本文中也称为“混合聚合物点”)的各种实施方式。在一些实施方式中，有机-无机混合聚合物点包括有机网络和无机网络。在某些实施方式中，有机网络包含至少一种物质，例如，本文所述的一种或多种发色聚合物。在某些实施方式中，无机网络包含至少一种无机物质，例如，硅氧烷、铝硅氧烷、钛硅氧烷、氧化钛或它们的组合。在某些实施方式中，无机网络是硅氧烷网络(例如，包括Si-O-Si连接)、铝硅氧烷网络(例如，包括Al-O-Si连接)、钛硅氧烷网络(例如，包括Ti-O-Si连接)、氧化钛网络(例如，包括Ti-O-Ti网络)、或它们的组合。在本文中进一步详细讨论了无机网络(例如硅氧烷网络)的其它示例。术语“硅氧烷网络”和“二氧化硅(SiO2)网络”在本文中同义使用。
在一些实施方式中，有机网络和无机网络彼此互穿，从而形成有机-无机互穿网络。例如，硅氧烷网络可以形成与发色聚合物的互穿网络。如本文所用，“有机-无机互穿网络”是指聚合物点基质，其含有一起形成互穿网络的至少两个网络。在一些实施方式中，有机-无机互穿网络是与聚合物互穿的无机网络的网状和/或互锁结构。在一些实施方式中，互穿主要通过至少两个网络的物理缔合(例如，疏水相互作用)发生，以形成互穿网络。在某些实施方式中，互穿通过在没有任何化学结合(例如，两个网络之间没有共价结合)的情况下至少两个网络的物理缔合发生。在某些实施方式中，互穿主要通过两个网络彼此化学结合(例如，共价结合)发生，以形成互穿网络。有机网络和无机网络之间的共价结合可以替代物理缔合使用或与物理缔合组合使用以形成有机-无机互穿网络。
在某些实施方式中，本公开提供了与其它类型的聚合物点和颗粒在结构上不同的有机-无机混合聚合物点，其包括但不限于通过掺混形成的聚合物点(例如，掺混有两亲聚合物的聚合物点)和没有无机网络的聚合物点。例如，在一些实施方式中，本文所述混合聚合物点的有机-无机互穿网络不同于在其它类型的聚合物点中可发现的芯-帽或芯-壳结构。在某些实施方式中，本文中的有机-无机混合聚合物点不包括芯-帽或芯-壳结构。
如本文进一步详细描述的，在一些实施方式中，在有机-无机混合聚合物点形成期间形成了有机-无机互穿网络。例如，在一些实施方式中，有机-无机混合聚合物点的形成涉及在有机硅烷分子水解期间形成硅氧烷网络。在某些实施方式中，有机硅烷是烷基硅烷。在某些实施方式中，一种或多种聚合物在有机硅烷分子水解并交联的同时塌缩、沉淀或凝聚，以同时形成有机网络和无机网络，它们一起形成有机-无机互穿网络。
混合聚合物点中的无机网络(例如，硅氧烷网络)和/或其组分(例如，硅(Si))的重量百分比可根据需要变化。在一些实施方式中，对无机网络(例如，硅氧烷网络)和/或其组分(例如，硅)的重量百分比进行选择以避免在所获得的混合聚合物点中形成芯-壳结构。在某些实施方式中，混合聚合物点中来自无机网络的硅的重量百分比为小于或等于约1％、小于或等于约5％、小于或等于约10％、小于或等于约15％、小于或等于约20％、小于或等于约25％、小于或等于约30％、小于或等于约35％、小于或等于约40％、小于或等于约45％、或小于或等于约47％。在某些实施方式中，混合聚合物点中来自无机网络的硅的重量百分比为大于或等于约1％、大于或等于约5％、大于或等于约10％、大于或等于约15％、大于或等于约20％、大于或等于约25％、大于或等于约30％、大于或等于约35％、大于或等于约40％、或大于或等于约45％。在某些实施方式中，混合聚合物点中来无机网络的硅的重量百分比的范围为约1％至约45％，或约1％至约47％。
本公开的混合聚合物点可以被官能化和/或生物共轭，例如，与生物学分子生物共轭。在一些实施方式中，混合聚合物点包含有机网络(例如，半导体发色聚合物)；无机网络(例如，硅氧烷网络)；和X，其中X是适用于生物共轭的官能团。以下进一步提供根据本公开适用于生物共轭的官能团和/或连接基团的示例。官能团X可以接合至无机网络、有机网络、或它们的组合。在某些实施方式中，所述官能团接合至无机网络。在某些实施方式中，所述官能团接合至半导体发色聚合物。在某些实施方式中，所述官能团包括：疏水性官能团、亲水性官能团、或它们的组合。在某些实施方式中，该官能团适用于生物共轭。
在一些实施方式中，混合聚合物点包含至少两种正交反应性化学基团。在某些实施方式中，正交反应性化学基团是仅与其指定的化学反应性基团反应而不与可能存在的另一化学反应性基团进行反应的基团。例如，反应性基团A和B可以形成彼此反应的指定对，并且反应性基团Y和Z可以形成彼此反应的另一指定对。在该实施方式中，反应性基团A被认为相对于Y正交，因为A不会与Z反应，并且反应性基团Y相对于A正交，因为Y不会与B反应。在一些实施方式中，反应性基团A可以彼此反应或与反应性基团B反应以形成硅氧烷网络，并且反应性基团Y不会与A或B反应，以使得A和Y以及/或者B和Y被认为是正交反应性基团。
在一些实施方式中，混合聚合物点包半导体发色聚合物，所述半导体发色聚合物包含至少两种正交反应性化学基团。在某些实施方式中，至少两种正交反应性化学基团中的至少一种具有式CnH2nX或CnF2nX，其中X是如本文进一步描述的适用于生物共轭的官能团，并且n不小于1。
在一些实施方式中，有机-无机混合聚合物点包含至少两种无机物质，其各自具有其自己的反应性官能团。例如，有机-无机混合聚合物点可以具有用官能物质官能化的表面，所述官能物质包括：羧基、胺、硫醇(-SH)、羧酸盐/酯或羧酸、马来酰亚胺、马来酸酐、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、醇(-OH)、或氰酸盐/酯、或适用于生物共轭的它们的组合，如下文进一步讨论。此外，混合聚合物点可以包含脂族链，例如烷基链。脂族链可以在互穿网络形成期间参与交联。在互穿网络形成期间，脂族链可以与有机网络(例如，发色聚合物)和/或无机网络物理缔合。
所获得的混合聚合物点显示出一组用于生物学应用的有利性质。例如，通过例如防止不期望的链间相互作用，混合聚合物点的有机-无机互穿网络允许得到具有高荧光亮度的稳健、紧凑的聚合物点。例如，混合聚合物点的互穿网络可以减少不期望的荧光猝灭。有机-无机混合聚合物点呈现出高荧光量子产率，改进的光稳定性、以及改进的胶体稳定性。因此，可以显著改进混合聚合物点的荧光量子产率和光稳定性。混合聚合物点在多种生物介质中是稳定的，并且不会在各种生物缓冲液中溶胀或形成聚集体。
如本文所用，涉及聚合物点的术语“稳定(的)”是指在适当水性溶液中储存延长的一段时间时聚合物点不会聚集和/或显著改变尺寸(由电子显微镜、原子力显微镜或动态光散射测定)。聚合物点的聚集或尺寸上的显著变化的特征可以是：例如，包含超过一个聚合物点的聚集体的数目增加。可使用成像技术(例如电子显微镜或原子显微镜)通过肉眼观察和/或通过动态光散射显示的增加的尺寸测量值来检测聚集体。
在一些实施方式中，混合聚合物点的直径可以是不小于5nm且不大于1000nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不小于5nm且不大于500nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不小于5nm且不大于100nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不小于5nm且不大于50nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不小于10nm且不大于30nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不大于100nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不大于50nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不大于40nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不大于30nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不大于20nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不小于5nm且不大于300nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不小于5nm且不大于200nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不小于5nm且不大于150nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不小于5nm且不大于90nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不小于5nm且不大于80nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不小于5nm且不大于70nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不小于5nm且不大于60nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不小于5nm且不大于40nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不小于5nm且不大于30nm。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的直径可以是不小于5nm且不大于25nm。
可按需要调节有机-无机混合聚合物点的属性以调整多种光物理性质(例如吸光度、发射亮度和/或最大发射波长)。应注意，在一些情况下，荧光的猝灭未因为颗粒形成而增加。应理解，具有高亮度和特异性结合能力的聚合物点为推动用于研究化学和生物分析物和系统的成像和检测技术的进步提供了重要性质。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的量子产率可以是至少1％。在一些实施方式中，本文公开的有机-无机混合聚合物点的量子产率可以是至少5％。在一些实施方式中，量子产率为大于5％、大于10％、大于20％、大于30％、大于40％、大于50％、大于60％、大于70％、大于80％、或大于90％。
具有硅氧烷网络的有机-无机混合聚合物点
在一些实施方式中，本文所述的混合聚合物点包括硅氧烷网络，例如，包含多个Si-O-Si连接的网络。硅氧烷网络可以通过一种或多种硅烷和/或硅氧烷物质的完全或部分水解形成。例如，在某些实施方式中，硅氧烷网络由如下物质完全或部分水解：烷基硅烷、烷氧基硅烷、氯硅烷、原硅酸盐、硅氧烷、α硅烷、乙酰氧基硅烷、氨基硅烷、双硅烷、环氧硅烷、卤代硅烷、氢硅烷、氢硅氧烷、羟基硅烷、酯硅烷、芳基硅烷、丙烯酰基硅烷、甲基丙烯酰基硅烷、苯乙烯基硅烷、乙烯基硅烷、烯烃硅烷、硫硅烷、膦硅烷、磷酸酯硅烷、异氰酸酯硅烷、叠氮硅烷、酸酐硅烷(anhydride silane)、或它们的组合。在某些实施方式中，所述硅氧烷网络由如下物质完全或部分水解：十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷、原硅酸四乙酯、三氟丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三氯硅烷、缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、环氧基己基三乙氧基硅烷、羟甲基三乙氧基硅烷、碘丙基三甲氧基硅烷、异氰基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、苯乙烯基乙基三甲氧基硅烷、或它们的组合。在某些实施方式中，所述硅氧烷网络由如下物质完全或部分水解：十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷、或原硅酸四乙酯、或它们的组合。
混合聚合物点中的硅氧烷网络和/或其组分(例如，硅)的重量百分比可根据需要变化。在一些实施方式中，对硅氧烷网络和/或其组分(例如，硅)的重量百分比进行选择以避免在所获得的混合聚合物点中形成芯-壳结构。在某些实施方式中，混合聚合物点中来自硅氧烷网络的硅的重量百分比为小于或等于约1％、小于或等于约5％、小于或等于约10％、小于或等于约15％、小于或等于约20％、小于或等于约25％、小于或等于约30％、小于或等于约35％、小于或等于约40％、小于或等于约45％、或小于或等于约47％。在某些实施方式中，混合聚合物点中来自硅氧烷网络的硅的重量百分比为大于或等于约1％、大于或等于约5％、大于或等于约10％、大于或等于约15％、大于或等于约20％、大于或等于约25％、大于或等于约30％、大于或等于约35％、大于或等于约40％、或大于或等于约45％。在某些实施方式中，混合聚合物点中来硅氧烷网络的硅的重量百分比的范围为约1％至约45％，或约1％至约47％。
有机-无机混合聚合物点可以包含至少两种硅烷物质，其各自具有其自己的反应性官能团。例如，有机-无机混合聚合物点可以具有用官能性硅烷物质官能化的表面，所述官能性硅烷物质包括：羧基、胺、硫醇(-SH)、羧酸盐/酯或羧酸、马来酰亚胺、马来酸酐、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、醇(-OH)、或氰酸盐/酯、或适用于生物共轭的它们的组合。此外，混合聚合物点可以包含脂族链，例如烷基链。脂族链可以在互穿网络形成期间参与交联。在互穿网络形成期间，脂族链可以与有机网络(例如，发色聚合物)和/或硅氧烷网络物理缔合。
混合聚合物点可以包含硅氧烷网络和至少一种其它网络，以形成互穿有机-无机网络。例如，在一些实施方式中，本公开提供了一种有机-无机混合聚合物点，其包含半导体发色聚合物和硅氧烷网络，其中，半导体发色聚合物和硅氧烷网络形成了有机-无机互穿网络。互穿网络可以是与发色聚合物互穿的硅氧烷网络的网状和/或互锁结构(例如，没有形成芯-帽或芯-壳结构)。
具有硅氧烷网络的有机-无机混合聚合物点可以多种方式形成。在某些实施方式中，通过硅氧烷网络与发色聚合物的物理缔合以形成互穿网络来形成混合聚合物点。在某些实施方式中，形成了混合聚合物点，其中，硅氧烷网络包含烷基链，并且其中，半导体发色聚合物与硅氧烷网络的烷基链物理缔合，由此形成有机-无机互穿网络。作为替代方式或组合方式，硅氧烷网络和发色聚合物可以彼此化学结合(例如，共价结合)以形成互穿网络。
硅氧烷网络和半导体发色聚合物之间物理缔合的混合聚合物点
在一些实施方式中，本公开提供了混合聚合物点，其中，硅氧烷网络与半导体发色聚合物物理缔合，例如，通过疏水相互作用物理缔合。例如，硅氧烷网络可以包含脂族链，并且半导体发色聚合物可以与硅氧烷网络的脂族链物理缔合，由此形成有机-无机互穿网络。脂族链可以包含至少5个、至少10个、至少15个、或至少20个碳。脂族链可以包含至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个、至少11个、至少12个、至少13个、至少14个、至少15个、至少16个、至少17个、至少18个、至少19个、或至少20个碳。在一些实施方式中，脂族侧链可以包含至少10个碳。在一些实施方式中，脂族链是烷基链。烷基链可以包含至少5个、至少10个、至少15个、或至少20个碳。烷基链可以包含至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个、至少11个、至少12个、至少13个、至少14个、至少15个、至少16个、至少17个、至少18个、至少19个、或至少20个碳。在一些实施方式中，烷基链可以包含至少10个碳。在一些实施方式中，硅氧烷网络可以包含亚烷基、烷氧基、烯基、亚烯基、炔基、亚炔基、烷基胺、环烷基、亚环烷基、杂环烷基、或杂亚环烷基。
在一些实施方式中，硅氧烷网络包含一种或多种正交交联单元。在某些实施方式中，正交交联单元包括仅与其指定的化学反应性基团交联而不与可能存在的另一化学反应性基团交联的反应性基团。例如，反应性基团A和B可以形成彼此交联的指定对，并且反应性基团Y和Z可以形成彼此交联的另一指定对。在该实施方式中，反应性基团A被认为相对于Y正交，因为A不会与Z交联，并且反应性基团Y相对于A正交，因为Y不会与B交联。在一些实施方式中，反应性基团A可以彼此交联或与反应性基团B交联以形成硅氧烷网络，并且反应性基团Y不会与A或B交联，以使得A和Y以及/或者B和Y被认为是正交交联单元。
在一些实施方式中，硅氧烷网络可以包含多个相互连接的单元，并且，各个相互连接的单元可以选自下组：
其中：A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9各自独立地是CnH2n+1、CnH2nX、CnF2n+1、或CnF2nX；其中，X是适用于生物共轭的官能团；其中，D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9各自独立地是LX，其中L是连接部分；并且n不小于1。在一些实施方式中，n不小于2、不小于3、不小于4、不小于5、不小于6、不小于7、不小于8、不小于9、或不小于10。在一些实施方式中，n不小于6。在一些实施方式中，n不大于20。在一些实施方式中，n不大于40。在一些实施方式中，n不大于60。在一些实施方式中，n不小于6且不大于20。在一些实施方式中，n不小于6且不大于15。在一些实施方式中，n不小于6且不大于10。适用于生物共轭的官能团(也称为“X”)、连接部分(也称为“L”)以及它们的组合(也称为“D”和“LX”)在下文中进一步详细说明。
在一些实施方式中，发色聚合物与硅氧烷网络物理缔合而不会与之共价结合。例如，在各种实施方式中，发色聚合物不是硅烷官能化的，并且混合聚合物点的互穿网络的官能化和形成仅通过发色聚合物与硅氧烷的物理缔合(例如，疏水相互作用)实现。在替代性实施方式中，发色聚合物还可以与硅氧烷网络共价结合，如下文中更详细讨论的。
硅氧烷网络和半导体发色聚合物之间共价结合的混合聚合物点
在一些实施方式中，本公开提供了混合聚合物点，其中，硅氧烷网络与半导体发色聚合物共价结合。例如，混合聚合物点可以包含半导体发色聚合物、以及与半导体发色聚合物共价结合的硅氧烷网络。任选地，混合聚合物点还可以包含适用于生物共轭的官能团(X)。在一些实施方式中，硅氧烷网络还与发色聚合物物理缔合，以形成有机-无机互穿网络。
在一些实施方式中，发色聚合物是官能化的硅烷。混合聚合物点的官能化和互穿网络的形成可以通过存在于发色聚合物上的各自具有其自身反应性官能团的至少两种硅烷物质来实现。至少两种硅烷物质可以作为发色聚合物上的侧链(pendant side chain)存在。发色聚合物上的侧链可以包括如下文所示的硅烷链(“RS”)和含有一个或多个官能团的官能性硅烷链(“RF”)。至少两种硅烷物质(例如，硅烷链或官能性硅烷链)中的一种可以包含脂族链。脂族链可以包含至少5个、至少10个、至少15个、或至少20个碳。脂族链可以包含至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个、至少11个、至少12个、至少13个、至少14个、至少15个、至少16个、至少17个、至少18个、至少19个、或至少20个碳。在一些实施方式中，脂族侧链可以包含至少10个碳。在一些实施方式中，脂族链是烷基链。烷基链可以包含至少5个、至少10个、至少15个、或至少20个碳。烷基链可以包含至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个、至少11个、至少12个、至少13个、至少14个、至少15个、至少16个、至少17个、至少18个、至少19个、或至少20个碳。在一些实施方式中，烷基链可以包含至少10个碳。在一些实施方式中，硅氧烷网络包含亚烷基、烷氧基、烯基、亚烯基、炔基、亚炔基、烷基胺、环烷基、亚环烷基、杂环烷基、或杂亚环烷基。烷基链可以在互穿网络形成期间参与交联。在互穿网络形成期间，烷基链可以与发色聚合物和/或硅氧烷网络化学缔合。此外，发色聚合物可以包含官能性硅烷物质，所述官能性硅烷物质包括：羧基、胺、硫醇(-SH)、羧酸盐/酯或羧酸、马来酰亚胺、马来酸酐、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、醇(-OH)、或氰酸盐/酯、或适用于生物共轭的它们的组合。在一些实施方式中，发色聚合物可以包含羧基。在一些实施方式中，混合聚合物点具有用适用于生物共轭的官能性硅烷物质官能化的表面。
图12提供了具有硅烷链和用于生物共轭的官能性硅烷链的共轭聚合物的一般示意图。在一些实施方式中，半导体发色聚合物可以包含多个单元M，所述单元M可以选自下组：
其中：
RS是
RF是
A0、A4、A8、A12、A15、A18各自独立地是CnH2n或CnF2n；
A1、A2、A3、A5、A6、A7、A9、A10、A11、A13、A14、A16、A17、A19各自独立地是CmH2m+1或CmF2m+1、CmF2m；X1、X2、X3、X4各自独立地是含有一种或多种活性基团的官能团，所述活性基团包括但不限于：胺、羧酸盐/酯或羧酸、马来酰亚胺、马来酸酐、硫醇(-SH)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、或本文所述的任意其它官能团；n不小于1；并且
m不小于1。在一些实施方式中，n不小于2、不小于3、不小于4、不小于5、不小于6、不小于7、不小于8、不小于9、或不小于10。在一些实施方式中，n不小于2。在一些实施方式中，n不大于40。在一些实施方式中，n不大于20。在一些实施方式中，n不小于1且不大于20。在一些实施方式中，n不小于2且不大于20。在一些实施方式中，m不小于2、不小于3、不小于4、不小于5、不小于6、不小于7、不小于8、不小于9、或不小于10。在一些实施方式中，m不小于3。在一些实施方式中，m不小于6。在一些实施方式中，m不大于5、不大于6、不大于7、不大于8、不大于9、或不大于10。在一些实施方式中，m不大于20。在一些实施方式中，m不大于40。在一些实施方式中，m不大于60。
在一些实施方式中，发色聚合物上的侧链包括如下文所示的硅烷链(“RS”)和含有一个或多个官能团的官能性链(“RF”)。硅烷链可以包含脂族链。脂族链可以包含至少5个、至少10个、至少15个、或至少20个碳。脂族链可以包含至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个、至少11个、至少12个、至少13个、至少14个、至少15个、至少16个、至少17个、至少18个、至少19个、或至少20个碳。在一些实施方式中，脂族侧链可以包含至少10个碳。在一些实施方式中，脂族链是烷基链。烷基链可以包含至少5个、至少10个、至少15个、或至少20个碳。烷基链可以包含至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个、至少11个、至少12个、至少13个、至少14个、至少15个、至少16个、至少17个、至少18个、至少19个、或至少20个碳。在一些实施方式中，烷基链可以包含至少10个碳。在一些实施方式中，硅氧烷网络可以包含亚烷基、烷氧基、烯基、亚烯基、炔基、亚炔基、烷基胺、环烷基、亚环烷基、杂环烷基、或杂亚环烷基。烷基链可以在互穿网络形成期间参与交联。在互穿网络形成期间，烷基链可以与发色聚合物和/或硅氧烷网络化学缔合。此外，发色聚合物可以包含含有官能团(“X”)的官能性链，所述官能团(“X”)包括：羧基、胺、硫醇(-SH)、羧酸盐/酯或羧酸、马来酰亚胺、马来酸酐、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、醇(-OH)、或氰酸盐/酯、或适用于生物共轭的它们的组合。官能团可以通过连接基团(“L”)与聚合物骨架连接。在一些实施方式中，发色聚合物可以包含羧基。在一些实施方式中，混合聚合物点具有用适用于生物共轭的官能性物质官能化的表面。
图13提供了具有硅烷链和用于生物共轭的官能性链的共轭聚合物的一般示意图。在一些实施方式中，半导体发色聚合物可以包含多个单元M，所述单元M可以选自下组：
其中：
RS是
A0、A4、A8各自独立地是CnH2n或CnF2n；
A1、A2、A3、A5、A6、A7、A9、A10、A11各自独立地是CmH2m+1或CmF2m+1、CmF2m；
X是含有一种或多种活性基团的官能团，所述活性基团包括但不限于：胺、羧酸盐/酯或羧酸、马来酰亚胺、马来酸酐、硫醇(-SH)、N-羟基琥珀酰亚胺酯(NHS)、或本文所述的任意其它官能团；
L是聚合物骨架和官能团X之间的连接基团；
n不小于1；并且
m不小于1。在一些实施方式中，n不小于2、不小于3、不小于4、不小于5、不小于6、不小于7、不小于8、不小于9、或不小于10。在一些实施方式中，n不小于2。在一些实施方式中，n不大于40。在一些实施方式中，n不大于20。在一些实施方式中，n不小于1且不大于20。在一些实施方式中，m不小于2、不小于3、不小于4、不小于5、不小于6、不小于7、不小于8、不小于9、或不小于10。在一些实施方式中，n不小于2且不大于20。在一些实施方式中，m不小于3。在一些实施方式中，m不小于6。在一些实施方式中，m不大于5、不大于6、不大于7、不大于8、不大于9、或不大于10。在一些实施方式中，m不大于20。在一些实施方式中，m不大于40。在一些实施方式中，m不大于60。在一些实施方式中，m不小于1且不大于20。
在一些实施方式中，发色聚合物上的侧链包括如下文所示的含有一个或多个官能团的官能性硅烷链(“RF”)。官能性硅烷链可以包含脂族链。脂族链可以包含至少5个、至少10个、至少15个、或至少20个碳。脂族链可以包含至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个、至少11个、至少12个、至少13个、至少14个、至少15个、至少16个、至少17个、至少18个、至少19个、或至少20个碳。在一些实施方式中，脂族侧链可以包含至少10个碳。在一些实施方式中，脂族链是烷基链。烷基链可以包含至少5个、至少10个、至少15个、或至少20个碳。烷基链可以包含至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个、至少11个、至少12个、至少13个、至少14个、至少15个、至少16个、至少17个、至少18个、至少19个、或至少20个碳。在一些实施方式中，烷基链可以包含至少10个碳。在一些实施方式中，硅氧烷网络可以包含亚烷基、烷氧基、烯基、亚烯基、炔基、亚炔基、烷基胺、环烷基、亚环烷基、杂环烷基、或杂亚环烷基。烷基链可以在互穿网络形成期间参与交联。在互穿网络形成期间，烷基链可以与发色聚合物和/或硅氧烷网络化学缔合。此外，官能性硅烷链可以包含官能团(“X”)，所述官能团(“X”)包括：羧基、胺、硫醇(-SH)、羧酸盐/酯或羧酸、马来酰亚胺、马来酸酐、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、醇(-OH)、或氰酸盐/酯、或适用于生物共轭的它们的组合。在一些实施方式中，混合聚合物点具有用适用于生物共轭的官能性物质官能化的表面。
图14提供了具有硅烷链和用于生物共轭的官能性链的共轭聚合物的一般示意图。在一些实施方式中，半导体发色聚合物可以包含多个单元M，所述单元M可以选自下组：
其中：
RF是
A0、A3、A6各自独立地是CnH2n或CnF2n；A1、A2、A4、A5、A7各自独立地是CmH2m+1或CmF2m+1；X1、X2、X3、X4各自独立地是含有一种或多种活性基团的官能团，所述活性基团包括但不限于：胺、羧酸盐/酯或羧酸、马来酰亚胺、马来酸酐、硫醇(-SH)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、或本文所述的任意其它官能团；n不小于1；并且m不小于1。在一些实施方式中，n不小于2、不小于3、不小于4、不小于5、不小于6、不小于7、不小于8、不小于9、或不小于10。在一些实施方式中，n不小于2。在一些实施方式中，n不大于40。在一些实施方式中，n不大于20。在一些实施方式中，n不小于1且不大于20。在一些实施方式中，n不小于2且不大于20。在一些实施方式中，m不小于2、不小于3、不小于4、不小于5、不小于6、不小于7、不小于8、不小于9、或不小于10。在一些实施方式中，m不小于3。在一些实施方式中，m不小于6。在一些实施方式中，m不大于5、不大于6、不大于7、不大于8、不大于9、或不大于10。在一些实施方式中，m不大于20。在一些实施方式中，m不大于40。在一些实施方式中，m不大于60。在一些实施方式中，m不小于1且不大于20。
在一些实施方式中，半导体发色聚合物可以包含适用于生物共轭的官能团(X)和烷氧基甲硅烷基或烷基甲硅烷基。
在一些实施方式中，硅氧烷网络可以包含多种相互连接的单元，其中，多种相互连接的单元可以包含选自下组的单元：
其中：A0、A1、A2、A3各自独立地是CpH2p+1、CpF2p+1、CpH2pX、或CpF2pX；D是LX，其中L是连接部分；并且p不小于1。在一些实施方式中，p不小于2，p不小于3，p不小于4、不小于5、不小于6、不小于7、不小于8、不小于9、或不小于10。在一些实施方式中，p不小于6。在一些实施方式中，p不大于20。在一些实施方式中，p不大于40。在一些实施方式中，p不大于60。在一些实施方式中，p不小于6且不大于20。在一些实施方式中，p不小于6且不大于15。在一些实施方式中，p不小于6且不大于10。
在一些实施方式中，有机硅烷用于形成包含有机硅氧烷网络的混合聚合物点，并且混合聚合物点中的硅氧烷网络和/或其组分(例如，硅)的重量百分比可根据需要变化。在一些实施方式中，对硅氧烷网络和/或其组分(例如，硅)的重量百分比进行选择以避免在所获得的混合聚合物点中形成芯-壳结构。在某些实施方式中，混合聚合物点中来自硅氧烷网络的硅的重量百分比为小于或等于约1％、小于或等于约5％、小于或等于约10％、小于或等于约15％、小于或等于约20％、小于或等于约25％、小于或等于约30％、小于或等于约35％、小于或等于约40％、小于或等于约45％、或小于或等于约47％。在某些实施方式中，混合聚合物点中来自硅氧烷网络的硅的重量百分比为大于或等于约1％、大于或等于约5％、大于或等于约10％、大于或等于约15％、大于或等于约20％、大于或等于约25％、大于或等于约30％、大于或等于约35％、大于或等于约40％、或大于或等于约45％。在某些实施方式中，混合聚合物点中来硅氧烷网络的硅的重量百分比的范围为约1％至约45％，或约1％至约47％。
在一些实施方式中，聚合物点可以包含至少两种正交反应性化学基团。在一些实施方式中，聚合物点含有的至少两种正交反应性化学基团中的至少一种具有式CnH2nX或CnF2nX，其中X是适用于生物共轭的官能团，并且n不小于1。在一些实施方式中，聚合物点的至少两种正交反应性化学基团中的至少一种含有X，并且X是适用于生物共轭的官能团。半导体发色聚合物可以包含至少两种正交反应性化学基团。在一些实施方式中，半导体发色聚合物含有的至少两种正交反应性化学基团中的至少一种具有式CnH2nX或CnF2nX，其中X是适用于生物共轭的官能团，并且n不小于1。在一些实施方式中，n不小于2，n不小于3，n不小于4、不小于5、不小于6、不小于7、不小于8、不小于9、或不小于10。在一些实施方式中，n不小于6。在一些实施方式中，n不大于20。在一些实施方式中，n不大于40。在一些实施方式中，n不大于60。在一些实施方式中，n不小于6且不大于20。在一些实施方式中，n不小于6且不大于15。在一些实施方式中，n不小于6且不大于10。
在混合聚合物点中使用的发色聚合物
本文所述的混合聚合物点可以包含各种类型的发色聚合物，例如，如本文所述发色聚合物类型中的一种或多种。混合聚合物点可以包含一种或多种发色聚合物(例如，半导体发色聚合物)，其已经坍缩成稳定的亚微米尺寸颗粒。
在一些实施方式中，本公开的混合聚合物点包含多种聚合物。在某些实施方式中，聚合物点可以包含多种半导体发色聚合物。在某些实施方式中，混合聚合物点可以包含发色聚合物和非发色聚合物的混合物。在某些实施方式中，混合聚合物点可以包含半导体发色聚合物的混合物。在某些实施方式中，混合聚合物点包含半导体发色聚合物的混合物。这些混合物可包括均聚物、共聚物和寡聚物的任意组合。可选择用于形成混合聚合物点的聚合物混合物以调整所得聚合物颗粒的性质，例如，以获得混合聚合物点的所需激发或发射光谱。
混合聚合物点可包含具有一个或多个重复单元的聚合物，所述重复单元可以固定、有序或随机构造和比例组合。重复单元可以是在整个聚合物上出现的单体或化学基元，例如芳族或杂环单元。这些聚合物可以是卤化的，例如，氟化、氯化、溴化或碘化。聚合物、重复单元、或单体可以在一个或多个位点处卤化。卤化聚合物(如氟化聚合物)可提供比非卤化类似聚合物更高水平的荧光。
任意合适数量和组合的发色聚合物类型可以纳入本文所述的混合聚合物点中，例如，一种或多种发色聚合物、两种或更多种发色聚合物、三种或更多种发色聚合物、四种或更多种发色聚合物、五种或更多种发色聚合物、六种或更多种发色聚合物、七种或更多种发色聚合物、八种或更多种发色聚合物、九种或更多种发色聚合物、十种或更多种发色聚合物、五十种或更多种发色聚合物、或者一百种或更多种发色聚合物。
发色聚合物可以是均聚物或杂聚物。在各种实施方式中，发色聚合物可以是半导体聚合物、非半导体聚合物、或它们的组合。例如，许多半导体聚合物适用于根据本公开的混合聚合物点。已使用范围为UV至红外(包括整个可见光谱)的发射波长来开发半导体聚合物。半导体聚合物的示例包括但不限于：基于聚芴的聚合物，包括但不限于：基于聚(9,9-二己基芴基-2,7-二基)(PDHF)聚合物和基于聚(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)(PFO)的聚合物；基于芴的共聚物，包括但不限于：基于聚[{9,9-二辛基-2,7-二亚乙烯基-亚芴基}-交替-共-{2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-l,4-亚苯基}](PFPV)的聚合物、基于聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-共-(l,4-苯并-{2,l,3}-噻二唑)](PFBT)的聚合物、基于聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-共-(4,7-二-2-噻吩基-2,1,3-苯并噻二唑)](PFTBT)的聚合物和基于聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-共-(4,7-二-2-噻吩基-2,l,3-苯并噻二唑)](PF-0.1TBT)的聚合物；基于亚苯基亚乙烯基的聚合物，包括但不限于：基于聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亚苯基亚乙烯基](MEH-PPV)的聚合物和基于聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-(1-氰基亚乙烯基-1,4-亚苯基)](CN-PPV)的聚合物；基于亚苯基亚乙炔基的聚合物，包括但不限于：基于聚(2,5-二(3’,7’-二甲基辛基)亚苯基-1,4-亚乙炔基(PPE)的聚合物；或者它们的组合。
多种发色聚合物结构适合用于根据各种实施方式的用途以及本公开的实施方式。在一些实施方式中，发色聚合物是线性聚合物。在其它实施方式中，发色聚合物是支化聚合物。在某些实施方式中，发色聚合物是树枝状聚合物。在某些实施方式中，发色聚合物是刷状聚合物。在某些实施方式中，发色聚合物是星形聚合物。
在一些实施方式中，发色聚合物可以包含在末端单体单元上官能化的聚合物，例如具有羧基、氨基、巯基、酯、琥珀酰亚胺酯、叠氮化物、炔、环辛炔、膦或类似官能团。该聚合物的示例包括但不限于：聚(甲基)丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酰胺聚合物、聚异丁烯、聚二烯、聚亚苯基、聚乙烯、聚乙二醇、聚丙交酯、聚苯乙烯、聚硅氧烷、聚(乙烯基吡啶)、聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚氨酯，其嵌段共聚物，其无规或交替共聚物等。
在本公开的一些实施方式中，本文提供的混合聚合物点包括聚合物CN-PPV(也也称为聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-(1-氰基亚乙烯基-1,4-亚苯基)])，其是一种亮、紧密且发橙色光的半导体聚合物颗粒。在某些实施方式中，CN-PPV具有优异的荧光性质，例如大吸收截面、高量子产率和快发射速率。在一些实施方式中，混合聚合物点包含基本由CN-PPV组成的聚合物。在一些实施方式中，该纳米颗粒包含CN-PPV和至少一种其它材料。例如，CN-PPV可以形成共聚物的一部分或与提供其它功能的共聚物或其它材料混合。
在一些实施方式中，本公开的聚合物点包含具有至少两种不同发色单元的半导体共聚物。例如，共轭共聚物或半导体共聚物可含有以给定比例存在的芴和苯并噻唑发色单元。用于合成半导体共聚物的典型发色单元包括但不限于：芴单元、亚苯基亚乙烯基单元、亚苯基单元、亚苯基亚乙炔基单元、苯并噻唑单元、噻吩单元、咔唑芴单元、氟硼荧单元，方酸菁单元，及它们的衍生物。不同的发色单元可以是隔开的(如同在嵌段共聚物中那样)或掺杂的。在一些实施方式中，通过书写主要发色物质的种类(identity)来表示发色共聚物。例如，PFBT是含有特定比例的芴和苯并噻唑单元的发色聚合物。在一些实施方式中，短划线用于表示次要发色物质的百分比，之后是次要发色物质的种类。例如，PF-0.1BT是含有90％PF和10％BT的发色共聚物。
在一些实施方式中，本公开的混合聚合物点包括具有窄带发射单元(如窄带单体和/或窄带单元)的聚合物。例如，本公开可包括均聚物或杂聚物，其包含窄带单体，如BODIPY和/或BODIPY衍生物单体、方酸菁和/或方酸菁衍生物、金属络合物和/或金属络合物衍生物单体、卟啉和/或卟啉衍生物单体、金属卟啉和/或金属卟啉衍生物单体、酞菁和/或酞菁衍生物单体、镧系络合物和/或镧系络合物衍生物单体、二萘嵌苯和/或二萘嵌苯衍生物单体、花青和/或花青衍生物单体、若丹明和/或若丹明衍生物单体、香豆素和/或香豆素衍生物单体，和/或呫吨和/或呫吨衍生物单体。在某些实施方式中，窄带单元可以是，例如，窄带单体或荧光纳米颗粒，其包埋在聚合物点中或与聚合物点接合。
在一些实施方式中，混合聚合物点可以包含芴聚合物、基于芴的聚合物或共聚物、基于亚苯基亚乙烯基的聚合物或共聚物、基于亚苯基亚乙炔基的聚合物或共聚物、和基于BODIPY的聚合物或共聚物。在一些实施方式中，混合聚合物点可以包括：聚(9,9-二己基芴基-2,7-二基)(PDHF)、聚(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)(PFO)、聚[{9,9-二辛基-2,7-二亚乙烯基-亚芴基}-交替-共-{2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亚苯基}](PFPV)、聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-共-(1,4-苯并-{2,1,3}-噻二唑)](PFBT)、聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-共-(4,7-二-2-噻吩基-2,1,3-苯并噻二唑)](PFTBT)、聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-9-共-(4,7-二-2-噻吩基-2,1,3-苯并噻二唑)](PF-0.1TBT)、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亚苯基亚乙烯基](MEH-PPV)、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-(1-氰基亚乙烯基-1,4-亚苯基)](CN-PPV)、BODIPY 570、BODIPY 590或BODIPY 690。
在一些实施方式中，混合聚合物点可以包含BODIPY衍生物。该BODIPY衍生物可具有式(I)的结构：
其中，R1、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A和R4B各自独立地选自下组、但不限于下组：氢(H)、氘(D)、卤素、直链或支化烷基、杂烷基、杂环烷基、杂亚环烷基、烷氧基、芳基、羟基、氰基、硝基、醚及其衍生物、酯及其衍生物、烷基酮、烷基酯、芳基酯、炔基、烷基胺、氟代烷基、氟代芳基和聚亚烷基(例如，甲氧基乙氧基乙氧基、乙氧基乙氧基和–(OCH2CH2)nOH，n＝1-50)、苯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯基、吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡啶基、二吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的二吡啶基、三吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的三吡啶基、呋喃基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的呋喃基、噻吩基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻吩基、吡咯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡咯基、吡唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡唑基、噁唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噁唑基、噻唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻唑基、咪唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的咪唑基、吡嗪基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡嗪基、苯并噁二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噁二唑基、苯并噻二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噻二唑基、芴基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的芴基、三苯基氨基取代的芴基、二苯基氨基取代的芴基、烷基取代的咔唑基、烷基取代的三苯基氨基和烷基取代的噻吩基。作为示例性实施方式，烷基取代的苯基可包括2-烷基苯基、3-烷基苯基、4-烷基苯基、2,4-二烷基苯基、3,5-二烷基苯基、3,4-二烷基苯基；烷基取代的芴基可包括9,9-二烷基取代的芴基、7-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、6-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、7-三苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基和7-二苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基；烷基取代的咔唑基可包括N-烷基取代的咔唑基、6-烷基取代的咔唑基和7-烷基取代的咔唑基；烷基取代的三苯基氨基可包括4’-烷基取代的三苯基氨基、3’-烷基取代的三苯基氨基、3’,4’-二烷基取代的三苯基氨基和4’,4”-烷基取代的三苯基氨基；烷基取代的噻吩基可包括2-烷基噻吩基、3-烷基噻吩基和4-烷基噻吩基、N-二烷基-4-苯基、N-二苯基-4-苯基和N-二烷氧基苯基-4-苯基。窄带单体可整合至聚合物的骨架中(例如，聚合在聚合物中)和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R1、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A、R4B的至少一个连接，或其组合)。
在一些实施方式中，本公开的混合聚合物点包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(II)的结构：
其中，R1、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A和R4B各自独立地选自(但不限于)：氢(H)、氘(D)、卤素、直链或支化烷基、杂烷基、杂环烷基、杂环亚烷基、烷氧基、芳基、羟基、氰基、硝基、醚及其衍生物、酯及其衍生物、烷基酮、烷基酯、芳基酯、炔基、烷基胺、氟代烷基、氟代芳基和聚亚烷基(例如，甲氧基乙氧基乙氧基、乙氧基乙氧基和–(OCH2CH2)nOH，n＝1-50)、苯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯基、吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡啶基、二吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的二吡啶基、三吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的三吡啶基、呋喃基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的呋喃基、噻吩基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻吩基、吡咯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡咯基、吡唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡唑基、噁唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噁唑基、噻唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻唑基、咪唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的咪唑基、吡嗪基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡嗪基、苯并噁二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噁二唑基、苯并噻二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噻二唑基、芴基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的芴基、三苯基氨基取代的芴基、二苯基氨基取代的芴基、烷基取代的咔唑基、烷基取代的三苯基氨基和烷基取代的噻吩基。作为示例性实施方式，烷基取代的苯基可包括2-烷基苯基、3-烷基苯基、4-烷基苯基、2,4-二烷基苯基、3,5-二烷基苯基、3,4-二烷基苯基；烷基取代的芴基可包括9,9-二烷基取代的芴基、7-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、6-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、7-三苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基和7-二苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基；烷基取代的咔唑基可包括N-烷基取代的咔唑基、6-烷基取代的咔唑基和7-烷基取代的咔唑基；烷基取代的三苯基氨基可包括4’-烷基取代的三苯基氨基、3’-烷基取代的三苯基氨基、3’,4’-二烷基取代的三苯基氨基和4’,4”-烷基取代的三苯基氨基；烷基取代的噻吩基可包括2-烷基噻吩基、3-烷基噻吩基和4-烷基噻吩基、N-二烷基-4-苯基、N-二苯基-4-苯基和N-二烷氧基苯基-4-苯基。窄带单体可整合至聚合物的骨架中(例如，聚合在聚合物中)和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R1、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A、R4B的至少一个连接，或其组合)。例如，该单体可通过连接至R3A和R3B基团来与聚合物的骨架整合。
在一些实施方式中，本公开的混合聚合物点包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(III)的结构：
其中，R1、R2A和R2B各自独立地选自下组、但不限于下组：氢(H)、氘(D)、卤素、直链或支化烷基、杂烷基、杂环烷基、杂亚环烷基、烷氧基、芳基、羟基、氰基、硝基、醚及其衍生物、酯及其衍生物、烷基酮、烷基酯、芳基酯、炔基、烷基胺、氟代烷基、氟代芳基和聚亚烷基(例如，甲氧基乙氧基乙氧基、乙氧基乙氧基和–(OCH2CH2)nOH，n＝1-50)、苯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯基、吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡啶基、二吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的二吡啶基、三吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的三吡啶基、呋喃基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的呋喃基、噻吩基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻吩基、吡咯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡咯基、吡唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡唑基、噁唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噁唑基、噻唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻唑基、咪唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的咪唑基、吡嗪基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡嗪基、苯并噁二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噁二唑基、苯并噻二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噻二唑基、芴基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的芴基、三苯基氨基取代的芴基、二苯基氨基取代的芴基、烷基取代的咔唑基、烷基取代的三苯基氨基和烷基取代的噻吩基。作为示例性实施方式，烷基取代的苯基可包括2-烷基苯基、3-烷基苯基、4-烷基苯基、2,4-二烷基苯基、3,5-二烷基苯基、3,4-二烷基苯基；烷基取代的芴基可包括9,9-二烷基取代的芴基、7-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、6-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、7-三苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基和7-二苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基；烷基取代的咔唑基可包括N-烷基取代的咔唑基、6-烷基取代的咔唑基和7-烷基取代的咔唑基；烷基取代的三苯基氨基可包括4’-烷基取代的三苯基氨基、3’-烷基取代的三苯基氨基、3’,4’-二烷基取代的三苯基氨基和4’,4”-烷基取代的三苯基氨基；烷基取代的噻吩基可包括2-烷基噻吩基、3-烷基噻吩基和4-烷基噻吩基、N-二烷基-4-苯基、N-二苯基-4-苯基和N-二烷氧基苯基-4-苯基。窄带单体可整合至聚合物的骨架中(例如在聚合物中聚合化)和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R1、R2A、R2B的至少一个连接，或其组合)。括号表示单体与聚合物骨架的接合点。
在一些实施方式中，本公开的混合聚合物点包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(IV)的结构：
其中，R1、R2A、R2B、R3A和R3B各自独立地选自(但不限于)：氢(H)、氘(D)、卤素、直链或支化烷基、杂烷基、杂环烷基、杂环亚烷基、烷氧基、芳基、羟基、氰基、硝基、醚及其衍生物、酯及其衍生物、烷基酮、烷基酯、芳基酯、炔基、烷基胺、氟代烷基、氟代芳基和聚亚烷基(例如，甲氧基乙氧基乙氧基、乙氧基乙氧基和–(OCH2CH2)nOH，n＝1-50)、苯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯基、吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡啶基、二吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的二吡啶基、三吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的三吡啶基、呋喃基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的呋喃基、噻吩基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻吩基、吡咯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡咯基、吡唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡唑基、噁唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噁唑基、噻唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻唑基、咪唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的咪唑基、吡嗪基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡嗪基、苯并噁二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噁二唑基、苯并噻二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噻二唑基、芴基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的芴基、三苯基氨基取代的芴基、二苯基氨基取代的芴基、烷基取代的咔唑基、烷基取代的三苯基氨基和烷基取代的噻吩基。作为示例性实施方式，烷基取代的苯基可包括2-烷基苯基、3-烷基苯基、4-烷基苯基、2,4-二烷基苯基、3,5-二烷基苯基、3,4-二烷基苯基；烷基取代的芴基可包括9,9-二烷基取代的芴基、7-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、6-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、7-三苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基和7-二苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基；烷基取代的咔唑基可包括N-烷基取代的咔唑基、6-烷基取代的咔唑基和7-烷基取代的咔唑基；烷基取代的三苯基氨基可包括4’-烷基取代的三苯基氨基、3’-烷基取代的三苯基氨基、3’,4’-二烷基取代的三苯基氨基和4’,4”-烷基取代的三苯基氨基；烷基取代的噻吩基可包括2-烷基噻吩基、3-烷基噻吩基和4-烷基噻吩基、N-二烷基-4-苯基、N-二苯基-4-苯基和N-二烷氧基苯基-4-苯基。窄带单体可整合至聚合物的骨架中(例如聚合在聚合物中)和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R1、R2A、R2B、R3A和R3B的至少一个连接，或其组合)。
在一些实施方式中，本公开的混合聚合物点包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(V)的结构：
其中，R1、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A、R4B、R5A和R5B各自独立地选自(但不限于)：氢(H)、氘(D)、卤素、直链或支化烷基、杂烷基、杂环烷基、杂环亚烷基、烷氧基、芳基、羟基、氰基、硝基、醚及其衍生物、酯及其衍生物、烷基酮、烷基酯、芳基酯、炔基、烷基胺、氟代烷基、氟代芳基和聚亚烷基(例如，甲氧基乙氧基乙氧基、乙氧基乙氧基和–(OCH2CH2)nOH，n＝1-50)、苯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯基、吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡啶基、二吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的二吡啶基、三吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的三吡啶基、呋喃基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的呋喃基、噻吩基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻吩基、吡咯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡咯基、吡唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡唑基、噁唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噁唑基、噻唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻唑基、咪唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的咪唑基、吡嗪基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡嗪基、苯并噁二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噁二唑基、苯并噻二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噻二唑基、芴基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的芴基、三苯基氨基取代的芴基、二苯基氨基取代的芴基、烷基取代的咔唑基、烷基取代的三苯基氨基和烷基取代的噻吩基。作为示例性实施方式，烷基取代的苯基可包括2-烷基苯基、3-烷基苯基、4-烷基苯基、2,4-二烷基苯基、3,5-二烷基苯基、3,4-二烷基苯基；烷基取代的芴基可包括9,9-二烷基取代的芴基、7-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、6-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、7-三苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基和7-二苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基；烷基取代的咔唑基可包括N-烷基取代的咔唑基、6-烷基取代的咔唑基和7-烷基取代的咔唑基；烷基取代的三苯基氨基可包括4’-烷基取代的三苯基氨基、3’-烷基取代的三苯基氨基、3’,4’-二烷基取代的三苯基氨基和4’,4”-烷基取代的三苯基氨基；烷基取代的噻吩基可包括2-烷基噻吩基、3-烷基噻吩基和4-烷基噻吩基、N-二烷基-4-苯基、N-二苯基-4-苯基和N-二烷氧基苯基-4-苯基。窄带单体可整合至聚合物的骨架中(例如，共聚在聚合物中)和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R1、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A、R4B、R5A、R5B的至少一个连接，或其组合)。在某些实施方式中，窄带单体可通过与R5A和R5B接合来整合至骨架中。
在一些实施方式中，本公开的混合聚合物点包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(VI)的结构：
其中，R1A、R1B、R2A、R2B、R3A和R3B各自独立地选自(但不限于)：氢(H)、氘(D)、卤素、直链或支化烷基、杂烷基、杂环烷基、杂环亚烷基、烷氧基、芳基、羟基、氰基、硝基、醚及其衍生物、酯及其衍生物、烷基酮、烷基酯、芳基酯、炔基、烷基胺、氟代烷基、氟代芳基和聚亚烷基(例如，甲氧基乙氧基乙氧基、乙氧基乙氧基和–(OCH2CH2)nOH，n＝1-50)、苯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯基、吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡啶基、二吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的二吡啶基、三吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的三吡啶基、呋喃基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的呋喃基、噻吩基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻吩基、吡咯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡咯基、吡唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡唑基、噁唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噁唑基、噻唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻唑基、咪唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的咪唑基、吡嗪基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡嗪基、苯并噁二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噁二唑基、苯并噻二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噻二唑基、芴基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的芴基、三苯基氨基取代的芴基、二苯基氨基取代的芴基、烷基取代的咔唑基、烷基取代的三苯基氨基和烷基取代的噻吩基。作为示例性实施方式，烷基取代的苯基可包括2-烷基苯基、3-烷基苯基、4-烷基苯基、2,4-二烷基苯基、3,5-二烷基苯基、3,4-二烷基苯基；烷基取代的芴基可包括9,9-二烷基取代的芴基、7-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、6-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、7-三苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基和7-二苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基；烷基取代的咔唑基可包括N-烷基取代的咔唑基、6-烷基取代的咔唑基和7-烷基取代的咔唑基；烷基取代的三苯基氨基可包括4’-烷基取代的三苯基氨基、3’-烷基取代的三苯基氨基、3’,4’-二烷基取代的三苯基氨基和4’,4”-烷基取代的三苯基氨基；烷基取代的噻吩基可包括2-烷基噻吩基、3-烷基噻吩基和4-烷基噻吩基、N-二烷基-4-苯基、N-二苯基-4-苯基和N-二烷氧基苯基-4-苯基。窄带单体可整合至聚合物的骨架中(例如，聚合在聚合物中)和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R1A、R1B、R2A、R2B、R3A、R3B的至少一个连接，或其组合)。
在一些实施方式中，本公开的混合聚合物点包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(VII)的结构：
其中，R2A、R2B、R3A、R3B、R4A、R4B、R5A和R5B各自独立地选自(但不限于)：氢(H)、氘(D)、卤素、直链或支化烷基、杂烷基、杂环烷基、杂环亚烷基、烷氧基、芳基、羟基、氰基、硝基、醚及其衍生物、酯及其衍生物、烷基酮、烷基酯、芳基酯、炔基、烷基胺、氟代烷基、氟代芳基和聚亚烷基(例如，甲氧基乙氧基乙氧基、乙氧基乙氧基和–(OCH2CH2)nOH，n＝1-50)、苯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯基、吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡啶基、二吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的二吡啶基、三吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的三吡啶基、呋喃基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的呋喃基、噻吩基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻吩基、吡咯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡咯基、吡唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡唑基、噁唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噁唑基、噻唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻唑基、咪唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的咪唑基、吡嗪基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡嗪基、苯并噁二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噁二唑基、苯并噻二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噻二唑基、芴基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的芴基、三苯基氨基取代的芴基、二苯基氨基取代的芴基、烷基取代的咔唑基、烷基取代的三苯基氨基和烷基取代的噻吩基。作为示例性实施方式，烷基取代的苯基可包括2-烷基苯基、3-烷基苯基、4-烷基苯基、2,4-二烷基苯基、3,5-二烷基苯基、3,4-二烷基苯基；烷基取代的芴基可包括9,9-二烷基取代的芴基、7-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、6-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、7-三苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基和7-二苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基；烷基取代的咔唑基可包括N-烷基取代的咔唑基、6-烷基取代的咔唑基和7-烷基取代的咔唑基；烷基取代的三苯基氨基可包括4’-烷基取代的三苯基氨基、3’-烷基取代的三苯基氨基、3’,4’-二烷基取代的三苯基氨基和4’,4”-烷基取代的三苯基氨基；烷基取代的噻吩基可包括2-烷基噻吩基、3-烷基噻吩基和4-烷基噻吩基、N-二烷基-4-苯基、N-二苯基-4-苯基和N-二烷氧基苯基-4-苯基。窄带单体可整合至聚合物的骨架中(例如，聚合在聚合物中)和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R2A、R2B、R3A、R3B、R4A、R4B、R5A、R5B的至少一个连接，或其组合)。
在一些实施方式中，本公开的混合聚合物点包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(VIII)的结构：
其中，R1、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A和R4B各自独立地选自(但不限于)：氢(H)、氘(D)、卤素、直链或支化烷基、杂烷基、杂环烷基、杂环亚烷基、烷氧基、芳基、羟基、氰基、硝基、醚及其衍生物、酯及其衍生物、烷基酮、烷基酯、芳基酯、炔基、烷基胺、氟代烷基、氟代芳基和聚亚烷基(例如，甲氧基乙氧基乙氧基、乙氧基乙氧基和–(OCH2CH2)nOH，n＝1-50)、苯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯基、吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡啶基、二吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的二吡啶基、三吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的三吡啶基、呋喃基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的呋喃基、噻吩基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻吩基、吡咯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡咯基、吡唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡唑基、噁唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噁唑基、噻唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻唑基、咪唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的咪唑基、吡嗪基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡嗪基、苯并噁二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噁二唑基、苯并噻二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噻二唑基、芴基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的芴基、三苯基氨基取代的芴基、二苯基氨基取代的芴基、烷基取代的咔唑基、烷基取代的三苯基氨基和烷基取代的噻吩基。作为示例性实施方式，烷基取代的苯基可包括2-烷基苯基、3-烷基苯基、4-烷基苯基、2,4-二烷基苯基、3,5-二烷基苯基、3,4-二烷基苯基；烷基取代的芴基可包括9,9-二烷基取代的芴基、7-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、6-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、7-三苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基和7-二苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基；烷基取代的咔唑基可包括N-烷基取代的咔唑基、6-烷基取代的咔唑基和7-烷基取代的咔唑基；烷基取代的三苯基氨基可包括4’-烷基取代的三苯基氨基、3’-烷基取代的三苯基氨基、3’,4’-二烷基取代的三苯基氨基和4’,4”-烷基取代的三苯基氨基；烷基取代的噻吩基可包括2-烷基噻吩基、3-烷基噻吩基和4-烷基噻吩基、N-二烷基-4-苯基、N-二苯基-4-苯基和N-二烷氧基苯基-4-苯基，其中，R5A、R5B、R6A和R6B各自独立地选自(但不限于)：氢(H)、氘(D)、卤素、直链或支化烷基、杂烷基、杂环烷基、杂环亚烷基、烷氧基、芳基、羟基、氰基、硝基、醚及其衍生物、酯及其衍生物、烷基酮、烷基酯、芳基酯、炔基、烷基胺、氟代烷基、氟代芳基和聚亚烷基(例如，甲氧基乙氧基乙氧基、乙氧基乙氧基和–(OCH2CH2)nOH，n＝1-50)、苯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯基、吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡啶基、二吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的二吡啶基、三吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的三吡啶基、呋喃基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的呋喃基、噻吩基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻吩基、吡咯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡咯基、吡唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡唑基、噁唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噁唑基、噻唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻唑基、咪唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的咪唑基、吡嗪基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡嗪基、苯并噁二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噁二唑基、苯并噻二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噻二唑基、芴基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的芴基、三苯基氨基取代的芴基、二苯基氨基取代的芴基、烷基取代的咔唑基、烷基取代的三苯基氨基和烷基取代的噻吩基。作为示例性实施方式，烷基取代的苯基可包括2-烷基苯基、3-烷基苯基、4-烷基苯基、2,4-二烷基苯基、3,5-二烷基苯基、3,4-二烷基苯基；烷基取代的芴基可包括9,9-二烷基取代的芴基、7-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、6-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、7-三苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基和7-二苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基；烷基取代的咔唑基可包括N-烷基取代的咔唑基、6-烷基取代的咔唑基和7-烷基取代的咔唑基；烷基取代的三苯基氨基可包括4’-烷基取代的三苯基氨基、3’-烷基取代的三苯基氨基、3’,4’-二烷基取代的三苯基氨基和4’,4”-烷基取代的三苯基氨基；烷基取代的噻吩基可包括2-烷基噻吩基、3-烷基噻吩基和4-烷基噻吩基、N-二烷基-4-苯基、N-二苯基-4-苯基和N-二烷氧基苯基-4-苯基。窄带单体可整合至聚合物的骨架中(例如，共聚在聚合物中)和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R1、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A、R4B、R5A、R5B、R6A、R6B的至少一个连接，或其组合)。
在一些实施方式中，本公开的混合聚合物点包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(IX)的结构：
其中，X具有式(X)、(XI)、(XII)和(XIII)中任一种或其衍生物的结构：
并且其中，式(X)、(XI)、(XII)和(XIII)中的R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14和R15各自独立地选自(但不限于)：氢(H)、氘(D)、卤素、直链或支化烷基、杂烷基、杂环烷基、杂亚环烷基、烷氧基、芳基、羟基、氰基、硝基、醚及其衍生物、酯及其衍生物、烷基酮、烷基酯、芳基酯、炔基、烷基胺、氟代烷基、氟代芳基和聚亚烷基(例如，甲氧基乙氧基乙氧基、乙氧基乙氧基和–(OCH2CH2)nOH，n＝1-50)、苯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯基、吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡啶基、二吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的二吡啶基、三吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的三吡啶基、呋喃基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的呋喃基、噻吩基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻吩基、吡咯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡咯基、吡唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡唑基、噁唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噁唑基、噻唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻唑基、咪唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的咪唑基、吡嗪基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡嗪基、苯并噁二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噁二唑基、苯并噻二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噻二唑基、芴基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的芴基、三苯基氨基取代的芴基、二苯基氨基取代的芴基、烷基取代的咔唑基、烷基取代的三苯基氨基和烷基取代的噻吩基。作为示例性实施方式，烷基取代的苯基可包括2-烷基苯基、3-烷基苯基、4-烷基苯基、2,4-二烷基苯基、3,5-二烷基苯基、3,4-二烷基苯基；烷基取代的芴基可包括9,9-二烷基取代的芴基、7-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、6-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、7-三苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基和7-二苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基；烷基取代的咔唑基可包括N-烷基取代的咔唑基、6-烷基取代的咔唑基和7-烷基取代的咔唑基；烷基取代的三苯基氨基可包括4’-烷基取代的三苯基氨基、3’-烷基取代的三苯基氨基、3’,4’-二烷基取代的三苯基氨基和4’,4”-烷基取代的三苯基氨基；烷基取代的噻吩基可包括2-烷基噻吩基、3-烷基噻吩基和4-烷基噻吩基、N-二烷基-4-苯基、N-二苯基-4-苯基和N-二烷氧基苯基-4-苯基。当X代表萘及其衍生物时，窄带单体可整合至聚合物的骨架中(例如，聚合在聚合物中)和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13的至少一个连接，或其组合)。当X代表蒽及其衍生物时，窄带单体可整合至聚合物的骨架中和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15的至少一个连接，或其组合)。
本公开的窄带单体还可以包括二吡咯甲烯(dipyrrin)衍生物。二吡咯甲烯和二吡咯甲烯衍生物可进行聚合以形成聚合物(如均聚物或杂聚物)和/或可接合(如共价接合)至聚合物骨架、侧链和/或末端。例如，本公开的混合聚合物点可以包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(XIV)的结构：
其中，M是金属。M的示例包括但不限于：Na、Li、Zn、Co或Si。X可以包括取代基，例如但不限于：卤素、烷基、苯基、烷基苯基、噻吩基、烷基噻吩基、烷氧基、烷氧基苯基、烷基噻吩基、酯或羟基。X基团的数量(n)可以是1个或超过1个，并且n可以是0、1、2、3、4。R1、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A和R4B可以各自独立地选自(但不限于)：氢(H)、氘(D)、卤素、直链或支化烷基、杂烷基、杂环烷基、杂环亚烷基、烷氧基、芳基、羟基、氰基、硝基、醚及其衍生物、酯及其衍生物、烷基酮、烷基酯、芳基酯、炔基、烷基胺、氟代烷基、氟代芳基和聚亚烷基(例如，甲氧基乙氧基乙氧基、乙氧基乙氧基和–(OCH2CH2)nOH、n＝1-50)、苯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯基、吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡啶基、二吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的二吡啶基、三吡啶基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的三吡啶基、呋喃基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的呋喃基、噻吩基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻吩基、吡咯基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡咯基、吡唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡唑基、噁唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噁唑基、噻唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的噻唑基、咪唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的咪唑基、吡嗪基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的吡嗪基、苯并噁二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噁二唑基、苯并噻二唑基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的苯并噻二唑基、芴基、烷基(烷氧基、芳基、氟代烷基、氟代芳基)取代的芴基、三苯基氨基取代的芴基、二苯基氨基取代的芴基、烷基取代的咔唑基、烷基取代的三苯基氨基和烷基取代的噻吩基。作为示例性实施方式，烷基取代的苯基可包括2-烷基苯基、3-烷基苯基、4-烷基苯基、2,4-二烷基苯基、3,5-二烷基苯基、3,4-二烷基苯基；烷基取代的芴基可包括9,9-二烷基取代的芴基、7-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、6-烷基-9,9-二烷基取代的芴基、7-三苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基和7-二苯基氨基-9,9-二烷基取代的芴基；烷基取代的咔唑基可包括N-烷基取代的咔唑基、6-烷基取代的咔唑基和7-烷基取代的咔唑基；烷基取代的三苯基氨基可包括4’-烷基取代的三苯基氨基、3’-烷基取代的三苯基氨基、3’,4’-二烷基取代的三苯基氨基和4’,4”-烷基取代的三苯基氨基；烷基取代的噻吩基可包括2-烷基噻吩基、3-烷基噻吩基和4-烷基噻吩基、N-二烷基-4-苯基、N-二苯基-4-苯基和N-二烷氧基苯基-4-苯基。窄带单体可整合至聚合物的骨架中(例如，聚合在聚合物中)和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R1、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A、R4B的至少一个连接，或其组合)。
在一些实施方式中，用于制备混合聚合物点的窄带发射聚合物包括方酸菁和方酸菁衍生物作为窄带单体。方酸菁衍生物包括但不限于：其烷基衍生物、芳基衍生物、炔衍生物、芳族衍生物、醇盐衍生物、氮杂衍生物、其扩展系统和类似物。窄带发射聚合物还可包括任何其它单体。方酸菁和方酸菁衍生物可以是能量受体且其它单体可以是能量供体，从而使最终混合聚合物点可表现出窄带发射。良好溶剂中的窄带发射发色聚合物可显示宽发射或窄发射。然而，在一些实施方式中，其纳米颗粒形式提供了窄带发射。在一些实施方式中，上述混合聚合物点的发射半峰全宽(FWHM)小于70nm。在一些实施方式中，FWHM小于60nm、小于50nm、小于40nm、小于30nm、或小于20nm。
在本公开中使用的合适方酸菁衍生物可以包括如下所述的以下结构。方酸菁和方酸菁衍生物可进行聚合以形成聚合物(如均聚物或杂聚物)和/或可接合(如共价接合)至聚合物骨架、侧链和/或末端。本公开的混合聚合物点可以包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(XV)的结构：
其中，X1和X2各自独立地选自：氧、硫和氮；R1A和R1B各自独立地选自(但不限于)：亚烷基、亚烯基、亚芳基、杂亚芳基、亚苯基、薁、亚环烷基、杂亚环烷基；R2A和R2B各自是独立地选自(但不限于)卤素、羟基和氨基的反应性基团。也可使用其它反应性基团。在一些实施方式中，卤化物是氯、溴或碘基团。反应性基团可以用于将单体整合到聚合物中，例如，沿着聚合物的骨架整合(例如，通过聚合在聚合物中)，和/或通过共价结合将单体接合至聚合物的骨架、末端或侧链。窄带单体可整合至聚合物的骨架中(例如，聚合在聚合物中)和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R1A、R1B、R2A、R2B的至少一个连接，或其组合)。
本公开可以包括含氧方酸菁衍生物。本公开的混合聚合物点可以包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(XVI)的结构：
其中，R1A和R1B各自独立地选自(但不限于)：亚烷基、亚烯基、亚芳基、杂亚芳基、亚苯基、薁、亚环烷基、杂亚环烷基；并且R2A和R2B各自是独立地选自(但不限于)卤素、羟基和氨基的反应性基团。也可使用其它反应性基团。在一些实施方式中，卤化物是氯、溴或碘基团。反应性基团可以用于将单体整合到聚合物中(例如，沿着聚合物的骨架聚合在聚合物中)，和/或通过共价结合将单体接合至聚合物的骨架、末端或侧链。
本公开的混合聚合物点可以包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(XVII)的结构：
其中，R1A和R1B各自独立地选自(但不限于)：氢、甲基、烷基、苯基、芳烷基(araalkyl)和烷氧基苯基；R2A和R2B各自独立地选自(但不限于)：氢、甲基、烷基、苯基、芳烷基、和烷氧基苯基；R3A和R3B各自是独立地选自氯、溴、碘和羟基的反应性基团；R4A和R4B各自独立地选自(但不限于)：羟基、氢、烷基、苯基、芳烷基、和烷氧基苯基；R5A和R5B各自独立地选自(但不限于)：氢、甲基、烷基、苯基、芳烷基、和烷氧基苯基。也可使用其它反应性基团。反应性基团可以用于将单体整合到聚合物中(例如，沿着聚合物的骨架聚合在聚合物中)，和/或通过共价结合将单体接合至聚合物的骨架、末端或侧链。
本公开的混合聚合物点可以包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(XVII)的结构：
其中，R1A和R1B各自是独立地选自氯、溴、碘和羟基的反应性基团；R2A和R2B各自独立地选自(但不限于)：氢、甲基、烷基、苯基、芳烷基、和烷氧基苯基。也可使用其它反应性基团。反应性基团可以用于将单体整合到聚合物中(例如，沿着聚合物的骨架聚合在聚合物中)，和/或通过共价结合将单体接合至聚合物的骨架、末端或侧链。
本公开的混合聚合物点可以包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(XIX)的结构：
其中，X1和X2各自独立地选自：碳、硫、氮和硒；R1A和R1B各自是独立地选自氯、溴、碘和羟基的反应性基团；R2A和R2B各自独立地选自(但不限于)：氢、甲基、烷基、苯基、芳烷基、烷氧基苯基、N-二烷基-4-苯基、N-二苯基-4-苯基、和N-二烷氧基苯基-4-苯基。也可使用其它反应性基团。反应性基团可以用于将单体整合到聚合物中(例如，沿着聚合物的骨架聚合在聚合物中)，和/或通过共价结合将单体接合至聚合物的骨架、末端或侧链。
本公开的混合聚合物点可以包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(XX)的结构：
其中，R2A和R2B各自是独立地选自氯、溴、碘和羟基的反应性基团；R1A和R1B各自独立地选自(但不限于)：氢、甲基、烷基、苯基、芳烷基、烷氧基苯基、N-二烷基-4-苯基、N-二苯基-4-苯基、和N-二烷氧基苯基-4-苯基。也可使用其它反应性基团。反应性基团可以用于将单体整合到聚合物中(例如，沿着聚合物的骨架聚合在聚合物中)，和/或通过共价结合将单体接合至聚合物的骨架、末端或侧链。
本公开可以包括含硫方酸菁衍生物。本公开的混合聚合物点可以包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(XXI)的结构：
其中，R1A和R1B各自独立地选自(但不限于)：亚烷基、亚烯基、亚芳基、杂亚芳基、亚苯基、薁、亚环烷基、杂亚环烷基；并且R2A和R2B各自是独立地选自(但不限于)卤素、羟基和氨基的反应性基团。在一些实施方式中，卤化物是氯、溴或碘基团。也可使用其它反应性基团。反应性基团可以用于将单体整合到聚合物中(例如，沿着聚合物的骨架聚合在聚合物中)，和/或通过共价结合将单体接合至聚合物的骨架、末端或侧链。
本公开的混合聚合物点可以包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(XXII)的结构：
其中，X1和X2各自独立地选自：碳、硫、氮和硒；R1A和R1B各自是独立地选自氯、溴、碘和羟基的反应性基团；R2A和R2B各自独立地选自(但不限于)：氢、甲基、烷基、苯基、芳烷基、烷氧基苯基、N-二烷基-4-苯基、N-二苯基-4-苯基、和N-二烷氧基苯基-4-苯基。也可使用其它反应性基团。在一些实施方式中，卤化物是氯、溴或碘基团。反应性基团可以用于将单体整合到聚合物中(例如，沿着聚合物的骨架聚合在聚合物中)，和/或通过共价结合将单体接合至聚合物的骨架、末端或侧链。
本公开可以包括含氮方酸菁衍生物。本公开的混合聚合物点可以包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(XXIII)的结构：
其中，R1A和R1B各自独立地选自(但不限于)：亚烷基、亚烯基、亚芳基、杂亚芳基、亚苯基、薁、亚环烷基、杂亚环烷基；R2A和R2B各自是独立地选自(但不限于)卤素、羟基和氨基的反应性基团；并且R3A和R3B各自独立地选自(但不限于)：氢、甲基、烷基、苯基、芳烷基和烷氧基苯基。也可使用其它反应性基团。在一些实施方式中，卤化物是氯、溴或碘基团。反应性基团可以用于将单体整合到聚合物中(例如，沿着聚合物的骨架聚合在聚合物中)，和/或通过共价结合将单体接合至聚合物的骨架、末端或侧链。
本公开的混合聚合物点可以包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(XXIV)的结构：
其中，R1A、R1B、R2A和R2B各自独立地选自(但不限于)：氢、氘、烷基、芳基、乙酰基和羟基；R3A、R3B、R4A和R4B各自独立地选自(但不限于)：氢、氘、烷基、芳基、氨基、硫化物、醛、酯、醚、羧基、羟基和卤化物。窄带单体可整合至聚合物的骨架中(例如，沿着聚合物骨架聚合在聚合物中)，和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R1A、R1B、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A、R4B的至少一个连接，或其组合)。
本公开的混合聚合物点可以包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(XXV)的结构：
其中，R1A、R1B、R2A和R2B各自独立地选自(但不限于)：氢、氘、烷基、芳基、乙酰基和羟基；R3A、R3B、R4A、R4B、R5A、R5B、R6A和R6B各自独立地选自(但不限于)：氢、氘、烷基、芳基、氨基、硫化物、醛、酯、醚、羧基、羟基和卤化物。窄带单体可整合至聚合物的骨架中(例如，沿着聚合物骨架聚合在聚合物中)，和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R1A、R1B、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A、R4B、R5A、R5B、R6A和R6B的至少一个连接，或其组合)。
本公开的混合聚合物点可以包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(XXVI)的结构：
其中，R1A、R1B、R1C、R2A、R2B、R2C、R3A、R3B、R3C、R4A、R4B、R4C、R5A、R5B、R5C、R6A、R6B和R6C各自独立地选自(但不限于)：氢、氘、烷基、芳基、氨基、硫化物、醛、酯、醚、羧基、羟基和卤化物；R7A、R7B和R7C各自独立地选自(但不限于)：氢、氘、烷基、芳基、和乙酰基。窄带单体可整合至聚合物的骨架中(例如，沿着聚合物骨架聚合在聚合物中)，和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R1A、R1B、R1C、R2A、R2B、R2C、R3A、R3B、R3C、R4A、R4B、R4C、R5A、R5B、R5C、R6A、R6B、R6C、R7A、R7B和R7C的至少一个连接，或其组合)。或者，如本文所示，本文所述单体可以通过如括号所示的连接与聚合物整合。
本公开的混合聚合物点可以包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(XXVII)的结构：
其中，R1A和R1B各自独立地选自(但不限于)：氢、氘、烷基和芳基；R2A、R2B、R3A、R3B、R4A、R4B、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和R12各自独立地选自(但不限于)：氢、氘、烷基、芳基、氰基、氨基、硫化物、醛、酯、醚、羧基、羟基和卤化物。窄带单体可整合至聚合物的骨架中(例如，沿着聚合物骨架聚合在聚合物中)，和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R1A、R1B、R2A、R2B、R3A、R3B、R4A、R4B、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和R12的至少一个连接，或其组合)。
本公开的混合聚合物点可以包括包含窄带单体的聚合物，所述窄带单体具有式(XXVIII)的结构：
其中，R13A和R13B各自独立地选自(但不限于)：氢、氘、烷基和芳基；R14A、R14B、R15A、R15B、R16A、R16B、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23和R24各自独立地选自(但不限于)：氢、氘、烷基、芳基、氰基、氨基、硫化物、醛、酯、醚、羧基、羟基和卤化物。窄带单体可整合至聚合物的骨架中(例如，沿着聚合物骨架聚合在聚合物中)，和/或共价接合至聚合物的骨架、末端或侧链(通过与R13A、R13B、R14A、R14B、R15A、R15B、R16A、R16B、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23和R24的至少一个连接，或其组合)。
在一些实施方式中，用于制备混合聚合物点的窄带发射聚合物包括金属络合物和其衍生物作为窄带单体。金属络合物和其衍生物包括但不限于：其烷基衍生物、芳基衍生物、炔衍生物、芳族衍生物、醇盐衍生物、氮杂衍生物、其扩展系统和类似物。窄带发射聚合物还可包括任何其它单体。金属可以是任意金属，例如，Na、Li、Zn、Mg、Fe、Mn、Co、Ni、Cu、In、Si、Ga、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Re、Os、Ir、Ag、Au等。在一些实施方式中，金属可以是Fe、Ni、Co、Ga、或Au。在一些实施方式中，金属可以是Fe、Ni、Co、Ga，其氧化物、其合金、其络合物、其组合物、以及其与非磁性或非磁性金属的组合和络合物。金属络合物可以是能量受体且其它单体可以是能量供体，从而使最终混合聚合物点可表现出窄带发射。良好溶剂中的窄带发射发色聚合物可显示宽发射或窄发射。然而，在一些实施方式中，其纳米颗粒形式提供了窄带发射。在一些实施方式中，上述混合聚合物点的发射FWHM小于70nm。在一些实施方式中，FWHM小于60nm、小于50nm、小于40nm、小于30nm、或小于20nm。金属络合物和金属络合物衍生物可进行聚合以形成聚合物(如均聚物或杂聚物)和/或可接合(如共价接合)至聚合物骨架、侧链和/或末端。
在一些实施方式中，用于制备混合聚合物点的窄带发射聚合物包括卟啉、金属卟啉和其衍生物作为窄带单体。卟啉、金属卟啉和其衍生物可进行聚合以形成聚合物(如均聚物或杂聚物)和/或可接合(如共价接合)至聚合物骨架、侧链和/或末端。卟啉、金属卟啉和其衍生物包括但不限于：其烷基衍生物、芳基衍生物、炔衍生物、芳族衍生物、醇盐衍生物、氮杂衍生物、其扩展系统和类似物。金属卟啉中的金属可以是任意金属，例如，Na、Li、Zn、Mg、Fe、Mn、Co、Ni、Cu、In、Si、Ga、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Re、Os、Ir、Ag、Au等。在一些实施方式中，金属可以是Fe、Ni、Co、Ga、或Au。在一些实施方式中，金属可以是Fe、Ni、Co、Ga，其氧化物、其合金、其络合物、其组合物、以及其与磁性或非磁性金属的组合和络合物。窄带发射聚合物还可包括任何其它单体。卟啉、金属卟啉和其衍生物可以是能量受体且其它单体可以是能量供体，从而使最终混合聚合物点可表现出窄带发射。良好溶剂中的窄带发射发色聚合物可显示宽发射或窄发射。然而，在一些实施方式中，其纳米颗粒形式提供了窄带发射。在一些实施方式中，上述混合聚合物点的发射FWHM小于70nm。在一些实施方式中，FWHM小于60nm、小于50nm、小于40nm、小于30nm、或小于20nm。
在一些实施方式中，用于制备混合聚合物点的窄带发射聚合物包括酞菁和酞菁衍生物作为单体。酞菁和酞菁衍生物可进行聚合以形成聚合物(如均聚物或杂聚物)和/或可接合(如共价接合)至聚合物骨架、侧链和/或末端。酞菁衍生物包括但不限于：其烷基衍生物、芳基衍生物、炔衍生物、芳族衍生物、醇盐衍生物、氮杂衍生物、其扩展系统和类似物。酞菁衍生物中的金属可以是任意金属，例如，Na、Li、Zn、Mg、Fe、Mn、Co、Ni、Cu、In、Si、Ga、Al、Pt、Pd、Ru、Rh、Re、Os、Ir、Ag、Au或Pd。在一些实施方式中，金属可以是Fe、Ni、Co、Ga、或Au。在一些实施方式中，金属可以是Fe、Ni、Co、Ga，其氧化物、其合金、其络合物、其组合物、以及其与磁性或非磁性金属的组合和络合物。窄带发射聚合物还可包括任何其它单体。酞菁衍生物可以是能量受体，从而使最终混合聚合物点可表现出窄带发射。良好溶剂中的窄带发射发色聚合物可显示宽发射或窄发射。然而，在一些实施方式中，其纳米颗粒形式提供了窄带发射。在一些实施方式中，上述混合聚合物点的发射FWHM小于70nm。在一些实施方式中，FWHM小于60nm、小于50nm、小于40nm、小于30nm、或小于20nm。
根据本文中实施方式，可以使用各种发色聚合物，例如本文所述实施例以及公开于例如PCT/US2010/056079和PCT/US2012/071767中的其它聚合物点，上述文献各自通过引用全文纳入本文且具体涉及本文所述的特定发色聚合物颗粒组合物和制备这些组合物的相应方法。
混合聚合物点的官能化和生物共轭
在一些实施方式中，本公开提供了混合聚合物点，其具有物理和/或化学接合至聚合物点的官能团(例如，“X”)，其在本文中也称为官能化混合聚合物点。在一些实施方式中，术语“官能团”是指满足下述条件的任何化学单元，其可与混合聚合物点接合(如通过任何稳定的物理或化学接合)，从而使混合聚合物点的表面可用于共轭或生物共轭。在一些实施方式中，发生官能化使得适用于生物共轭的官能团在聚合物点的表面上取向。例如，本文的有机-无机混合聚合物点可以具有用官能硅烷物质官能化的表面，所述官能硅烷物质包括：羧基、胺、硫醇(-SH)、羧酸盐/酯或羧酸、马来酰亚胺、马来酸酐、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)、醇(-OH)、氰酸盐/酯、或适用于生物共轭的它们的组合。
在一些实施方式中，官能团可以是疏水性官能团。疏水性官能团的示例包括但不限于炔、应变炔(strained alkyne)、叠氮化物、二烯、烯烃、环辛炔和膦基团(用于点击(click)化学)。在一些实施方式中，官能团可以是亲水性官能团。在一些方面中，亲水性官能团包括但不限于：羧酸或其盐、氨基、巯基、叠氮基、重氮基、醛、酯、羟基、羰基、硫酸盐/酯、磺酸盐/酯、磷酸盐/酯、氰酸盐/酯、琥珀酰亚胺酯、其经取代的衍生物。本领域的普通技术人员可在例如Bioconjugate Techniques(《生物共轭技术》)(学术出版社(AcademicPress)，纽约，1996年或之后的版本)中找到这类官能团，其内容通过引用全文纳入本文用于所有目的。
在一些实施方式中，混合聚合物点使用包括但不限于如下的官能团进行官能化：醛、烯、烷基、炔、应变炔、氨基、叠氮基、羰基、羧基、氰基、环辛炔、二烯、酯、琥珀酰亚胺酯、卤代烷基、羟基、亚氨基、酮、马来酰亚胺、巯基、磷酸盐/酯、膦、硫酸盐/酯、磺酸盐/酯，其取代的衍生物或其组合。
在一些实施方式中，通过与发色聚合物的骨架、侧链或末端单元共价接合来产生官能团。因此，所获得的混合聚合物点呈现出窄带发射，并且同时具有用于生物共轭的官能团。本领域的普通技术人员可在例如《生物共轭技术》(学术出版社(Academic Press)，纽约，1996年或之后的版本)中找到这类官能团，其内容通过引用全文纳入本文用于所有目的。在一些实施方式中，各混合聚合物点仅具有一个官能团。在一些实施方式中，各混合聚合物点仅具有两个官能团。这两个官能团可以是相同或不同的。在一些实施方式中，各混合聚合物点具有三个或更多个官能团。三个或更多个官能团可以是相同或不同的。
在本公开的某些实施方式中，混合聚合物点的官能化程度可以按需要进行变化。在一些实施方式中，本文提供的混合聚合物点可以进行修饰以形成单价、二价或多价的单分子聚合物颗粒。该修饰旨在从颗粒中除去一些聚合物分子，但仅留下一个可只具有一个官能团、两个或更多个官能团的分子。在一个实施方式中，经工程改造的表面可用于促进修饰。该工程改造的表面可具有某些官能团，例如醛、烯、烷基、炔、应变炔、氨基、叠氮基、羰基、羧基、氰基、环辛炔、二烯、酯、琥珀酰亚胺酯、卤代烷基、羟基、亚胺基、酮、马来酰亚胺基、巯基、磷酸盐/酯、膦、硫酸盐/酯、磺酸盐/酯，其取代的衍生物，及它们组合。通常，可以使用适用于生物共轭的任何其它官能团。本领域的普通技术人员可在例如《生物共轭技术》(美国纽约学术出版社，1996年及以后版本)中找到这种官能团。该表面可以是平坦的表面(如盖玻片)或者来自任何颗粒的弯曲的表面。这些表面可以是二氧化硅、金属、半导体、硅和不同聚合物表面。上文所述官能化多分子混合聚合物点经由任何稳定的物理或化学缔合仅通过一个发色聚合物分子与表面接合。混合聚合物点中的所有游离分子(与表面缔合的分子除外)都可移除，例如通过使用有机溶剂清洗表面，从而仅保留一个分子与表面缔合。随后可通过任何物理或化学方法从表面上释放单分子混合聚合物点。所得单分子颗粒可以是单价、二价或多价，这取决于原始聚合物分子中官能团的数目。在另一实施方式中，混合聚合物点中的所有官能团(除了与表面缔合的官能团之外)可以失活或反应以形成用于生物共轭的其它类型的非反应性化学基团或官能团，以使得在从表面释放后，剩余的官能团(接合至表面的官能团)可以用于生物共轭。
在一些实施方式中，优势可来自于使用包含单个聚合物分子的聚合物点，所述聚合物分子在末端单元处具有至少一个官能团。例如，可在聚合物合成中良好地控制仅一个官能团与发色聚合物末端单元的接合。例如，包含官能团的化学单元可用作聚合引发剂以及聚合物合成中的生长催化剂，且在该方法中各聚合物分子在末端处仅包含一个官能团。还可在聚合物合成中良好地控制官能团仅与线性发色聚合物的两个末端单元接合。例如，包含官能团的化学单元可用作封端剂以终止聚合物合成中的聚合物生长，从而导致各线性聚合物分子仅在两个末端单元中包含两个官能团。类似地，可在聚合物合成中良好地控制多价聚合物颗粒的官能团的接合，例如，可仅将官能团添加至三臂支化聚合物的三个末端单元。
在一些实施方式中，本公开提供了混合聚合物点的生物共轭物。生物共轭物也包括上述的混合聚合物点，其与生物颗粒如病毒、细菌、细胞、生物或合成囊泡(如脂质体)或其组合缔合。在一些实施方式中，术语“生物分子”或“生物学分子”可交换地使用，用于描述合成的或天然产生的蛋白质、糖蛋白、肽、氨基酸、代谢物、药物、毒素、核酸、核苷酸、碳水化合物、糖、脂质、脂肪酸等，或它们的组合。在一些实施方式中，生物分子是多肽或多核苷酸。在一些实施方式中，该生物分子是抗体、亲和素、生物素、核酸、或它们的组合。在一些实施方式中，生物共轭物通过生物分子与混合聚合物点的一个或多个官能团接合而形成。接合可以是直接或间接的。任选地，生物分子通过共价键与混合聚合物点的官能团接合。例如，如果聚合物颗粒的官能团是羧基，蛋白质生物分子可通过使该羧基与蛋白质分子的氨基交联来直接接合至混合聚合物点。在一些实施方式中，各聚合物点仅具有一种类型的接合的生物分子。在一些实施方式中，生物分子共轭不显著改变混合聚合物点的发射性质。例如，生物共轭并不显著改变发射光谱、不会降低荧光或发光量子产率，不会显著改变光稳定性等。
混合聚合物点的官能团中的一些可以“适于生物共轭”，其是指与生物分子(如抗体、蛋白质、核酸、链霉亲和素或生物相关的其它分子)共价结合的官能团，或者能够与所述生物分子共价结合的官能团。官能团可以使得混合聚合物点的表面可以用于共轭或生物共轭。混合聚合物点可以包含由硅氧烷网络形成的一个或多个官能团。本领域的普通技术人员可在例如《生物共轭技术》(学术出版社(Academic Press)，纽约，1996年或之后的版本)中找到这类官能团，其内容通过引用全文纳入本文用于所有目的。在一些实施方式中，适于生物共轭的官能团可以包括能够在多种条件下(如在极性或非极性溶剂中)与生物分子共轭的官能团。在某些实施方式中，适于生物共轭的官能团可以包括在水性溶液中可以与生物分子共轭的官能团。在一些实施方式中，适于生物共轭的官能团可包括在水性溶液中可与生物分子共轭的官能团，其中，生物分子在该水性溶液中保留其生物活性(例如，对抗体的单克隆结合特异性)。
在某些实施方式中，适于生物共轭的官能团与生物分子共价结合。例如，官能团与生物分子的典型共价结合的接合方式可以包括：例如，与生物分子上的胺反应以形成酰胺键的羧基官能团、与生物分子上的巯基反应以形成半胱氨酸键的巯基官能团、或与生物分子上的羧基反应以形成酰胺键的氨基官能团。生物分子可以通过官能团直接或间接接合至混合聚合物点，以形成生物共轭物。生物分子可以通过共价键与混合聚合物点的官能团接合。例如，如果混合聚合物点的官能团是羧基，则蛋白质生物分子可通过使羧基与蛋白质分子的氨基进行交联来直接接合至聚合物点。
适用于生物共轭的官能团可以包括：胺、羧酸盐/酯、羧基、马来酰亚胺、硫醇(-SH)、马来酸酐、N-羟基琥珀酰亚胺酯、巯基、叠氮基、炔、醛、羟基、羰基、硫酸盐/酯、磺酸盐/酯、磷酸盐/酯、氰酸盐/酯、琥珀酰亚胺酯、应变炔、叠氮化物、二烯烃、烯烃、四嗪、应变烯烃(strained alkene)、环辛炔或膦。在一些实施方式中，适用于生物共轭的官能团是羧基基团。
生物分子与混合聚合物点的间接接合可通过使用连接部分(例如“L”)发生，例如，亲和素、链霉亲和素、中性亲和素、生物素或类似分子。连接部分可以选自：化学键、氨基酸、酯、酰胺、氨基甲酸酯、醚、亚烷基、亚烯基、亚炔基、亚芳基、聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨基甲酸酯、聚芳基、聚苯乙烯、聚乙二醇、或聚烯烃、或其氟化或部分氟化的衍生物、或它们的组合。在一些实施方式中，连接部分是两亲性的。在一些实施方式中，连接部分是水溶性聚合物。例如，水溶性聚合物可以是聚乙二醇。在一些实施方式中，连接部分是化学键。
适用于生物共轭的官能团可以与连接部分组合以促进生物共轭。在本文所述的混合聚合物点中，与连接部分(例如“D”或“LX”)组合的适用于生物共轭的至少一种官能团可以位于混合聚合物点的表面上。在一些实施方式中，生物学分子和与连接部分组合的适用于生物共轭的官能团共轭。在一些实施方式中，生物学分子和适用于生物共轭的官能团共轭，所述适用于生物共轭的官能团与位于混合聚合物点表面上的连接部分组合。在一些实施方式中，生物学分子包括蛋白质或核酸。在一些实施方式中，生物学分子包括抗体。在一些实施方式中，生物学分子包括链霉亲和素。
在本公开的多个实施方式中，交联剂可用于促进混合聚合物点的生物共轭。在一些实施方式中，术语“交联剂”用于描述能够在类似或不类似的分子上的分子基团之间形成化学键以将这些分子共价连接在一起的化合物或部分。常见交联剂的示例是本领域已知的。参见，例如，《生物共轭技术》(学术出版社(Academic Press)，纽约，1996或更新版本)。生物分子与混合聚合物点的间接连接可通过使用“连接”分子发生，例如，亲和素、链霉亲和素、中性亲和素、生物素或类似分子。
在一些实施方式中，使用与特异性结合至目标分子的生物分子共轭的混合聚合物点实现了目标分析物分子(例如蛋白质)的分析。
在一些实施方式中，荧光和/或发光混合聚合物点与一种或多种提供某项功能或其它益处(包括但不限于对目标分析物的结合亲和力)的分子共轭。
在一些实施方式中，分析物是多肽、多核苷酸、细胞、病毒、小分子、药物、毒素、碳水化合物、糖、脂质、或脂肪酸。
在一些实施方式中，该目标分析物分子是多肽，例如蛋白质，并且与混合聚合物点共轭的生物分子是特异性结合至该目标分析物蛋白质的一抗。
在其它实施方式中，该目标分析物分子是感兴趣的蛋白质，其结合至所述蛋白质的一抗，并且与混合聚合物点共轭的生物分子是特异性结合至该一抗的二抗。
在其它实施方式中，该目标分析物分子是感兴趣的生物素化蛋白质，与混合聚合物点共轭的生物分子是特异性结合至该生物素化蛋白质的亲和素(如链霉亲和素)。
在一些实施方式中，本文所用术语“生物素”指能够与亲和素有效结合的多种生物素衍生物和类似物中的任一种。合适的生物素部分包括能够通过亲和素和相关亲和素蛋白来分离生物素化肽片段的那些部分。代表性生物素部分包括生物素衍生物(如亚氨基生物素、生物胞素和己酰基氨基生物素)和生物素类似物(如脱硫生物素和生物素砜)。
在一些实施方式中，术语“亲和素”是指结合生物素的不同于免疫球蛋白的任何生物素结合蛋白，包括天然蛋白质以及重组和遗传工程改造的蛋白质。该术语包括两种常见的生物素结合蛋白，称为“蛋白(egg white)”或“禽”亲和素和“链霉亲和素”。通常简称为亲和素的蛋白或禽亲和素是一种蛋白质，其是蛋白的组分且与生物素形成非共价络合物。链霉亲和素是一种亲和素蛋白，其分离自放线菌链霉菌(Streptomyces avidinii)且也与生物素形成非共价络合物。生物素结合蛋白的其它细菌来源也是已知的。蛋白亲和素和链霉亲和素都是四聚体蛋白质，其中生物素结合位点成对排列在亲和素分子的相对面上。该术语还指亲和素衍生物，包括琥珀酰亲和素、铁蛋白亲和素、酶亲和素和交联亲和素。
在一些实施方式中，该目标分析物分子是多核苷酸，例如DNA、RNA或PNA,，并且与混合聚合物点共轭的生物分子是特异性结合至该目标分析物多核苷酸的互补多核苷酸。
在一些实施方式中，混合聚合物点可与一种或多种改变聚合物颗粒其它性质(例如其尺寸、荧光、疏水性、非特异性结合或吸收性质等)的分子共轭。
在一些实施方式中，生物分子与混合聚合物点的共轭可包括官能团的接合，包括但不限于羧基基团与聚合物颗粒的接合。在一些实施方式中，羧基基团可在碳二亚胺[如盐酸1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳二亚胺(EDC)]存在下与N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)反应以产生羧酸根/羧酸酯基团的氨基反应性酯(amine-reactive ester)用于与某些生物分子上存在的伯胺基团交联。
在一些实施方式中，通过将混合聚合物点与生物分子进行混合使羧化混合聚合物点与生物分子(如蛋白质)共轭，例如在含有0.1％PEG(MW3350)的HEPES缓冲液(20mM,pH＝7.4)中进行。可通过EDC催化来形成聚合物颗粒上的羧基基团与生物分子上的氨基之间的肽键。然而，在一些实施方式中，由于聚合物颗粒的内在疏水本质，生物分子倾向于非特异性吸附在颗粒表面上。在一些实施方式中，引入曲通X-100和/或牛血清白蛋白(BSA)以减少生物分子在聚合物颗粒表面上的非特异性吸附。
除了本文所述示例之外，在一些实施方式中可使用其它策略和方法以使生物分子与混合聚合物点共轭，例如公开于PCT/US2010/056079和PCT/US2012/071767中的那些。本领域的普通技术人员可在例如《生物共轭技术》(学术出版社(Academic Press)，纽约，1996年或之后的版本)中找到用于使生物分子与混合聚合物点共轭的其它策略和方法。
制备有机-无机混合聚合物点的方法
本公开提供了制备如本文所公开的混合聚合物点的方法。在某些实施方式中，一种或多种聚合物塌缩、沉淀或缩合以形成有机网络和无机网络，所述有机网络和无机网络一起形成如本文所述有机-无机互穿网络。
例如，所述方法可包括：提供溶液(例如，有机溶液)，其中所述溶液包含溶剂、半导体发色聚合物、和有机硅烷；以及将所述溶液与水性溶液混合，其中，所述溶液和/或所述水性溶液包含含有X的有机硅烷，其中X是适用于生物共轭的官能团。例如，如果含有X的有机硅烷是相对疏水性的，其可以在溶液中与溶剂一起提供。相反，如果含有X的有机硅烷是相对亲水性的，其可以与水性溶液一起提供。
图1显示了制备混合Pdot的示例性示意说明。在一些实施方式中，提供含有聚合物(例如，半导体发色聚合物)和烷基硅烷的有机溶液(例如，THF溶液)。将有机溶液注入水性溶液中。在某些实施方式中，有机溶液包含具有一个或多个官能团(例如X)的硅烷。作为替代方式或组合方式，水性溶液包含具有一个或多个官能团(例如X)的硅烷。将有机溶液引入水性溶液中产生了具有官能团的混合聚合物点。
任选地，有机溶液还包含硅烷。在一些实施方式中，在有机溶液中包含硅烷减小了所得混合聚合物点的整体尺寸。
在一些实施方式中，有机硅烷选自：
其中：A1、A2、A3、A6、A7、A11、A16、A17、A18、A19、A20和A21各自独立地是CnH2n+1、CnH2nX、CnF2n+1、或CnF2nX；
A0、A4、A5、A8、A9、A10、A12、A13、A14和A15各自独立地是CmH2m+1、CmH2mX、CmF2m+1、或CmF2mX；n不小于1；并且m不小于1。在一些实施方式中，n不小于2、不小于3、不小于4、不小于5、不小于6、不小于7、不小于8、不小于9、或不小于10。在一些实施方式中，n不小于6。在一些实施方式中，n不大于20。在一些实施方式中，n不大于40。在一些实施方式中，n不大于60。在一些实施方式中，n不小于6且不大于20。在一些实施方式中，n不小于6且不大于15。在一些实施方式中，n不小于6且不大于10。在一些实施方式中，m不小于2、不小于3、不小于4、不小于5、不小于6、不小于7、不小于8、不小于9、或不小于10。在一些实施方式中，m不大于5、不大于6、不大于7、不大于8、不大于9、或不大于10。在一些实施方式中，m不大于20。在一些实施方式中，m不大于40。在一些实施方式中，m不大于60。在一些实施方式中，m不小于1且不大于20。
含有X的有机硅烷可以选自：
其中：A0、A1、A2、A3、A4和A5各自独立地是CmH2m+1、CmH2mX、CmF2m+1、或CmF2mX；D是LX，其中L是连接部分；并且m不小于1。在一些实施方式中，L可以是(但不限于)：氨基酸、酯、酰胺、氨基甲酸酯、醚、亚烷基、亚烯基、亚炔基、亚芳基、聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨基甲酸酯、聚芳基、聚苯乙烯、或聚烯烃、或其氟化或部分氟化的衍生物、或它们的组合。在一些实施方式中，L是水溶性聚合物。在某些实施方式中，水溶性聚合物可以是聚乙二醇。在其它实施方式中，L可以是化学键。在一些实施方式中，m不小于3。在一些实施方式中，m不小于6。在一些实施方式中，m不大于5、不大于6、不大于7、不大于8、不大于9、或不大于10。在一些实施方式中，m不大于20。在一些实施方式中，m不大于40。在一些实施方式中，m不大于60。在一些实施方式中，m不小于1且不大于20。
在一些实施方式中，n不小于1、不小于2、不小于3、不小于4、不小于5、不小于6、不小于7、不小于8、不小于9、或不小于10。在一些实施方式中，n不小于6。在一些实施方式中，n不大于20。在一些实施方式中，n不大于40。在一些实施方式中，n不大于60。在一些实施方式中，n不小于6且不大于20。
在一些实施方式中，m不小于1、不小于2、不小于3、不小于4、不小于5、不小于6、不小于7、不小于8、不小于9、或不小于10。在一些实施方式中，m不小于6。在一些实施方式中，m不大于20。在一些实施方式中，m不大于40。在一些实施方式中，m不大于60。在一些实施方式中，m不小于1且不大于20。
有机硅烷可以选自：烷基硅烷、烷氧基硅烷、氯硅烷、原硅酸酯、硅氧烷、α硅烷、乙酰氧基硅烷、氨基硅烷、双硅烷、环氧硅烷、卤代硅烷、氢硅烷、羟基硅烷、酯硅烷、芳基硅烷、丙烯酰基硅烷、甲基丙烯酰基硅烷、苯乙烯基硅烷、乙烯基硅烷、烯烃硅烷、硫硅烷、膦硅烷、磷酸酯硅烷、异氰酸酯硅烷、叠氮硅烷、酸酐硅烷、氢硅氧烷或它们的组合。具体来说，有机硅烷可以选自：十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷、四乙基原硅酸酯、三氟丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三氯硅烷、缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、环氧基己基三乙氧基硅烷、羟甲基三乙氧基硅烷、碘丙基三甲氧基硅烷、异氰基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、苯乙烯基乙基三甲氧基硅烷、或它们的组合。更具体地说，有机硅烷可以选自下：十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷、或四乙基原硅酸酯、或它们的组合。
在一些实施方式中，有机硅烷用于形成包含有机硅氧烷网络的混合聚合物点，并且混合聚合物点中的硅氧烷网络和/或其组分(例如，硅)的重量百分比可根据需要变化。在一些实施方式中，对硅氧烷网络和/或其组分(例如，硅)的重量百分比进行选择以避免在所获得的混合聚合物点中形成芯-壳结构。在某些实施方式中，混合聚合物点中来自硅氧烷网络的硅的重量百分比为小于或等于约1％、小于或等于约5％、小于或等于约10％、小于或等于约15％、小于或等于约20％、小于或等于约25％、小于或等于约30％、小于或等于约35％、小于或等于约40％、小于或等于约45％、或小于或等于约47％。在某些实施方式中，混合聚合物点中来自硅氧烷网络的硅的重量百分比为大于或等于约1％、大于或等于约5％、大于或等于约10％、大于或等于约15％、大于或等于约20％、大于或等于约25％、大于或等于约30％、大于或等于约35％、大于或等于约40％、或大于或等于约45％。在某些实施方式中，混合聚合物点中来硅氧烷网络的硅的重量百分比的范围为约1％至约45％，或约1％至约47％。
在一些实施方式中，所述方法包括：提供包含官能团的第一有机硅烷和任选的第二有机硅烷。第一有机硅烷可以在水性溶液和/或有机溶液中提供。任选的第二有机硅烷可以在有机溶液中提供。有机溶液和水性溶液可以组合，以形成混合聚合物点。
在一些实施方式中，本文所公开的方法可以包括：加热有机溶液或水性溶液、或它们的组合。水性溶液可以是碱性的。在一些实施方式中，水性溶液的pH可以为不小于9。在一些实施方式中，水性溶液的pH可以为不小于10且不大于11。
水性溶液可以是酸性的。在一些实施方式中，水性溶液的pH可以为不大于6。在一些实施方式中，水性溶液的pH可以为不大于5。在一些实施方式中，水性溶液的pH可以为不大于4。
在一些实施方式中，根据本文所公开方法制备的混合聚合物点可以包含各种类型的聚合物，例如，一种或多种如本文所述发色聚合物。在一些实施方式中，聚合物点可以包含多个半导体发色聚合物。在一些实施方式中，聚合物点可以包含半导体聚合物的混合物。在一些实施方式中，聚合物点可包含半导体聚合物和非半导体聚合物的混合物。在一些实施方式中，聚合物点可以包含半导体发色聚合物。在一些实施方式中，聚合物点可以包含半导体发色聚合物的混合物。在一些实施方式中，半导体发色聚合物可以包含芴聚合物、基于芴的聚合物或共聚物、基于亚苯基亚乙烯基的聚合物或共聚物、基于亚苯基亚乙炔基的聚合物或共聚物、或基于BODIPY的聚合物或共聚物。在其它实施方式中，半导体发色聚合物可以包括：聚(9,9-二己基芴基-2,7-二基)(PDHF)、聚(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)(PFO)、聚[{9,9-二辛基-2,7-二亚乙烯基-亚芴基}-交替-共-{2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亚苯基}](PFPV)、聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-共-(1,4-苯并-{2,1,3}-噻二唑)](PFBT)、聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-共-(4,7-二-2-噻吩基-2,1,3-苯并噻二唑)](PFTBT)、聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-9-共-(4,7-二-2-噻吩基-2,1,3-苯并噻二唑)](PF-0.1TBT)、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亚苯基亚乙烯基](MEH-PPV)、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-(1-氰基亚乙烯基-1,4-亚苯基)](CN-PPV)、或含有BODIPY单体的和发射单元的半导体聚合物(包括BODIPY 570、BODIPY 590或BODIPY 690)。聚合物点可以包含BODIPY衍生物。在一些实施方式中，该BODIPY衍生物具有式(I)的结构：
其中，R1、R2A、R2B、R3A、R4A和R4B各自独立地选自氢、烷基、芳烷基、芳基和烷氧基芳基，并且所述BODIPY衍生物通过接合R1、R2A、R2B、R3A、R4A和R4B或其组合整合至发色聚合物中。
X可以包括：胺、羧酸盐/酯、羧基、马来酰亚胺、硫醇(-SH)、马来酸酐、N-羟基琥珀酰亚胺酯、巯基、叠氮基、炔、醛、羟基、羰基、硫酸盐/酯、磺酸盐/酯、磷酸盐/酯、氰酸盐/酯、琥珀酰亚胺酯、应变炔、叠氮化物、二烯烃、烯烃、四嗪、应变烯烃、环辛炔或膦。具体来说，X可以包括羧基基团。
L可以选自：化学键、氨基酸、酯、酰胺、氨基甲酸酯、醚、亚烷基、亚烯基、亚炔基、亚芳基、聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨基甲酸酯、聚芳基、聚苯乙烯、或聚烯烃、或其氟化或部分氟化的衍生物、或它们的组合。具体来说，L可以是水溶性聚合物。水溶性聚合物可以是聚乙二醇。或者，L可以是化学键。
至少一个D可以位于根据本文所公开的方法制备的聚合物点表面上。在一些实施方式中，生物学分子与D共轭。在一些实施方式中，生物学分子与位于聚合物点表面上的至少一个D共轭。在一些实施方式中，生物学分子与位于纳米颗粒表面上的D共轭。在一些实施方式中，生物学分子可以包括蛋白质或核酸。在一些实施方式中，生物学分子可以包括抗体。在一些实施方式中，生物学分子可以包括链霉亲和素。
使用有机-无机混合聚合物点的方法
本公开提供了使用如本文所描述的混合聚合物点的方法。例如，本公开提供了基于荧光的检测方法，其使用本文公开的聚合物点作为新型荧光探针及其用于各种应用的生物共轭物。这些包括但不限于：流式细胞术、荧光激活分选、免疫荧光、免疫组织化学、荧光多重化(fluorescence multiplexing)、DNA和基因分析、荧光原位杂交(FISH)、聚合酶链反应(PCR)分析、基于等温DNA或RNA扩增的分析、蛋白质分析、代谢物分析、脂质分析、基于共振能量转移(FRET)的传感器、高通量筛选、细胞检测、细菌检测、病毒检测、生物标志物检测、细胞成像、体内成像、生物正交标记、Pdot传感器、基于Pdot转导器(Pdottransducer)的传感器、基于荧光的生物试验(如免疫试验和基于酶的试验)、以及生物试验和测定中的各种荧光技术。在某些实施方式中，本文的混合聚合物点具有用作检测剂的许多优点，例如用于检测蛋白质或肽，例如在Western印迹分析过程中。根据本公开的混合聚合物点可包含一个或多个任意合适的聚合物次单元，其可促进蛋白质或肽(且特别是蛋白质)的检测。根据本公开的混合聚合物点可包含一个或多个任意合适的聚合物次单元，其能够检测核酸(且特别是DNA或RNA)。
在一些实施方式中，混合聚合物点可以提供出色的光物理性质，例如用于基于荧光的检测方法的高发射亮度。在一些实施方式中，混合聚合物点可以提供优异的特异性细胞靶向能力，例如最小的非特异性吸附或者与靶细胞或细胞结构或固定的生物分子的相互作用。在一些实施方式中，基于荧光的检测方法可以包括：检测从含有半导体发色聚合物和无机网络的有机-无机混合聚合物点发射出的光，其中，半导体发色聚合物和无机网络形成了有机-无机互穿网络。无机网络可以是例如硅氧烷网络、氧化钛网络或钛硅氧烷网络、或本文所述的任何其它无机网络。
本文所公开的混合聚合物点可以与生物学分子(例如细胞)共轭。混合聚合物点可以包含发色聚合物，所述发色聚合物提供荧光源，可用于标记、检测和跟踪该共轭的生物分子。可以利用这种标记，通过诸如荧光激活细胞分选(FACS)这样的方法在流式细胞术中分选颗粒。该标记可用于例如使用免疫试验(例如ELISA)检测分子的存在。该标记可用于例如使用核酸扩增方案检测核酸的存在，其可采用热循环(例如PCR)或可采用等温方案(例如LAMP、NASBA、RPA、RCA等)。该标记可用于例如使用非扩增方案(例如，利用分子信标(Molecular Beacons))检测核酸的存在。混合聚合物点的荧光性质可以通过与生物颗粒共轭而改变，允许根据它们的共轭状态分选颗粒。共轭的混合聚合物点也可用于溶液中或粘附于固体表面的细胞或其它生物颗粒的光学鉴定。混合聚合物点提供标记生物颗粒的能力，同时保持生物相容性并且具有高密度和比许多先前公开的聚合物点中可获得的尺寸更小的尺寸。
在一些实施方式中，提供了检测分析物的方法，所述方法包括：使含有分析物的样品与混合聚合物点接触。在其它实施方式中，所述方法包括：使含有分析物的样品与混合聚合物点的悬浮液接触。在一些实施方式中，样品包括血液、尿液、粪便、淋巴液、唾液、泪液、或脑脊髓液。在一些实施方式中，样品源自对象，例如人对象、动物或单细胞有机体。在一些实施方式中，样品包括活的生物或组织。在一些实施方式中，分析物对接合于混合聚合物点的生物分子具有结合亲和力。在一些实施方式中，分析物包括：多肽、多核苷酸、细胞、细胞组分、病毒、药物、毒素、碳水化合物、糖、脂质、或脂肪酸。
在一些实施方式中，所述方法还包括：测定样品、悬浮液、和/或混合聚合物点所发出的信号。在一些实施方式中，所述方法还包括：使用样品、和/或悬浮液发出的信号以测定分析物。
在一些实施方式中，所述方法还包括：用电磁辐射源激发样品、悬浮液、和/或混合聚合物点。在一些实施方式中，电磁辐射通过滤光片、多向色镜或其组合。在一些实施方式中，激发样品的电磁辐射的峰值波长为约200nm至约300nm、约250nm至约350nm、约300nm至约400nm、约350nm至约450nm、约400nm至约500nm、约450nm至约550nm、约500nm至约600nm、约550nm至约650nm、约600nm至约700nm、约650nm至约750nm、约700nm至约800nm、约750nm至约850nm、约800nm至约900nm、约850nm至约950nm、或约900nm至约1000nm。
在一些实施方式中，所述方法还包括：从样品中分离分析物。在一些实施方式中，从样品中分离分析物包括将与分析物缔合的混合聚合物点引导至流式细胞仪或微流体装置的流动池。在一些实施方式中，从样品中分离分析物包括使与分析物缔合的混合聚合物点附着至固体支持物。在一些实施方式中，从样品中分离分析物包括使与分析物缔合的混合聚合物点附着至颗粒(例如，珠或磁珠)。
在一些实施方式中，本公开的组合物、方法和系统用于免疫试验，所述免疫试验包括但不限于：基于免疫细胞化学、免疫组化和酶的试验。在一些实施方式中，免疫试验用于检测包含多肽(如蛋白质)的分析物。在一些实施方式中，抗体与混合聚合物点间接结合，例如通过与接合至聚合物点的官能团共轭来间接结合。在一些实施方式中，所述抗体是一抗。在一些实施方式中，所述抗体是二抗。在一些实施方式中，一抗和二抗都间接结合至混合聚合物点。在一些实施方式中，试验在与组织分离的细胞上进行。在其它实施方式中，试验在完整(非分离)的组织上进行。在一些实施方式中，混合聚合物点用于进行基于酶的试验，例如，酶联免疫吸附试验(ELISA)。
在一些实施方式中，本公开的组合物、方法和系统用于多核苷酸的分析，包括但不限于聚合酶链式反应、逆转录酶PCR、连接酶链式反应、环介导的扩增、逆转录环介导的扩增、解旋酶依赖性扩增、逆转录解旋酶依赖性扩增、重组酶聚合酶扩增、逆转录重组酶聚合酶扩增、催化发夹组装反应(catalytic hairpin assembly reaction)、杂交链反应、熵驱动催化、链置换扩增、逆转录链置换扩增、基于核酸序列的扩增、转录介导的扩增、自主维持序列复制、单引物等温扩增、RNA技术的信号介导扩增、滚环扩增、超支化滚环扩增、指数扩增反应、斯玛特扩增(smart amplification)、等温和嵌合引物引起的核酸扩增、多重置换扩增和/或原位杂交。
在一些实施方式中，本公开的组合物、方法和系统用于代谢物分析，所述代谢物包括脂质、糖、核苷酸、氨基酸、脂肪酸和其它代谢物。
在一些实施方式中，本公开的组合物、方法和系统用于检测细胞，所述细胞包括但不限于：体外真核细胞、体内真核细胞和原核细菌细胞。
在一些实施方式中，本公开的组合物、方法和系统用于检测细胞器和其它亚细胞组分，包括但不限于线粒体、内质网和/或突触体。
在一些实施方式中，本公开的组合物、方法和系统用于检测生物试验中的生物标志物。生物标记物可以是(但不限于)：多肽(例如蛋白质)、多核苷酸(例如DNA和/或RNA)、代谢物(例如脂质、脂肪酸、糖、核苷酸或氨基酸)、细胞、病毒或病毒颗粒。
虽然本文显示和描述了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员显然了解这些实施方式仅以举例方式提供。本领域技术人员在不背离本发明的情况下可以作出多种改变、变化和替代。应理解，本文所述的本发明实施方式的各种替代形式可用于实施本发明。下列权利要求书确定了本发明范围，这些权利要求范围内的方法和结构以及其等同物均为本发明所涵盖。
实施例
通过下述非限制性实施例，进一步阐述本公开的组合物和方法。
实施例1
使用TEOS制备混合聚合物点
该实施例说明了制备用于随后的表征、生物共轭和生物应用的有机-无机混合聚合物点的方法。该方法包括使用原硅酸四乙酯(TEOS)。
分别制备含有半导体聚合物、烷基硅烷和原硅酸四乙酯(TEOS)的三种四氢呋喃(THF)溶液，并将所有THF溶液混合以形成均匀溶液。将混合溶液快速注入超声清洗浴中在超声波作用下的水性溶液中。水性溶液包含具有适于生物共轭的官能团(例如羧酸、羧酸盐或伯胺)的烷基硅烷。用氨将水性溶液的pH值调节为约11的pH。
在用N2汽提加热除去THF后获得混合聚合物点。在硅烷和氨的水解过程中形成的醇与THF一起被除去。最终的混合Pdot溶液显示接近中性的pH值，即约7。
实施例2
制备混合聚合物点而不用TEOS
该实施例说明了制备用于随后的表征、生物共轭和生物应用的有机-无机混合聚合物点的方法。该方法不包括使用原硅酸四乙酯(TEOS)。
分别制备含有半导体聚合物和烷基硅烷的两种四氢呋喃(THF)溶液，并将两种THF溶液混合以形成均匀溶液。将混合溶液快速注入超声清洗浴中在超声波作用下的水性溶液中。水性溶液包含具有适于生物共轭的官能团(例如羧酸、羧酸盐或伯胺)的烷基硅烷。用氨将水性溶液的pH值调节为约11的pH。
在用N2汽提加热除去THF后获得混合聚合物点。在硅烷和氨的水解过程中形成的醇与THF一起被除去。最终的混合Pdot溶液显示接近中性的pH值，即约7。
实施例3
混合聚合物点的制备和表征
该实施例说明了根据实施例1的方法制备用于随后的表征、生物共轭和生物应用的有机-无机混合聚合物点的方法。
分别制备含有半导体聚合物、烷基硅烷和TEOS的三种四氢呋喃(THF)溶液。表1提供了所用的半导体聚合物，并且另外提供了聚合物与烷基硅烷和TEOS的组成比例。所用的烷基硅烷是原硅酸四甲酯或TCOS(图2所示的化学结构)，如表1中所提供的。
将所有的THF溶液混合以形成均匀溶液。将混合溶液快速注入超声清洗浴中在超声波作用下的水性溶液中。水性溶液包含具有适于生物共轭的官能团(例如羧酸、羧酸盐或伯胺)的烷基硅烷。用氨将水性溶液的pH值调节为约11的pH。
在用N2汽提加热除去THF后获得混合聚合物点。在硅烷和氨的水解过程中形成的醇与THF一起被除去。最终的混合Pdot溶液显示接近中性的pH值，即约7。
表1显示了通过动态光散射(DLS)、ζ电位(ξ)和荧光量子产率(QY)测定的聚合物点的尺寸。如表1所示，混合聚合物点显示出比对应裸聚合物点更高的荧光量子产率。这表明形成有机-无机互穿结构的重要性。这些结果还着重于该用于改进聚合物点的光学性质和稳定性的一般策略。
表1
实施例4
使用PFBT制备混合聚合物点
该实施例说明了制备用于随后的表征、生物共轭和生物应用的有机-无机混合聚合物点的方法。
通过在惰性气氛下搅拌将PFBT(一种发色聚合物)溶解在四氢呋喃(THF)中，制成浓度为1mg/mL的溶液。将TMOS(一种有机烷基硅烷)溶解在THF中，制成浓度为1mg/mL的溶液。或者，TCOS可以用作有机烷基硅烷。将TEOS(一种有机硅烷)溶解在THF中，制成浓度为1mg/mL的溶液。将PFBT、TMOS(或TCOS)和TEOS溶液稀释到THF中以形成2mL混合的均匀溶液，其含有浓度为0.1mg/mL的PFBT。然后制备10-3M的硅烷-COONa的水性溶液，并将该溶液的pH值调节至约11。将2mL量的PFBT溶液混合物快速加入10mL上述制备的硅烷-COONa水性溶液中，同时对混合物进行超声处理。通过氮气汽提除去THF，并通过在90℃的热板上连续氮气汽提至2mL来浓缩溶液，然后通过0.2微米过滤器进行过滤。
图2提供了发色聚合物聚芴-苯并噻二唑以及有机烷基硅烷分子(例如TMOS，TCOS和TEOS)的化学结构。图2中还显示了具有羧酸盐基团的官能性硅烷分子，例如硅烷-COONa。
得到的纳米颗粒分散体是澄清的，且稳定数月而没有聚集迹象。混合聚合物点得到进一步表征并与生物分子共轭，用于荧光成像应用。
实施例5
裸聚合物点和混合聚合物点的制备
该实施例说明了根据实施例1或2的方法制备用于随后的表征、生物共轭和生物应用的有机-无机混合聚合物点的方法。
根据实施例1或2制备混合聚合物点，其中如表2提供聚合物、烷基硅烷和任选的TEOS。
如表2所示，混合聚合物点显示出比对应裸聚合物点(没有无机网络的聚合物点)更高的荧光量子产率。这表明形成有机-无机互穿结构的重要性。这些结果还强调了该用于改进聚合物点的光学性质和稳定性的一般策略。
表2
实施例6
混合聚合物点的尺寸、表面电势和荧光量子产率表征
该实施例说明了混合聚合物点的粒度、表面电势和荧光量子产率的评估。
根据实施例1或2制备混合聚合物点，其中如表3提供聚合物、烷基硅烷和任选的TEOS。
混合聚合物点的粒度和表面电势通过使用马尔文纳米筛选仪(MalvernNanosizer)进行测定。紫外-可见吸收光谱使用DU 720分光光度计，使用1cm石英比色皿进行记录。用Fluorolog-3荧光分光仪使用1cm石英比色皿来获取荧光光谱。用150W CW氙灯的460nm激发，使用积分球(型号C9920-02，浜松光子学株式会社(Hamamatsu Photonics))来获取混合聚合物点的荧光量子产率。
表3总结了粒度、表面电势和荧光量子产率。如表3所示，混合聚合物点具有与裸聚合物点相比相当或更小的粒度。然而，混合聚合物点具有比裸聚合物点更高的量子产率。这表明混合聚合物点的荧光性质得到改进。
表3
实施例7
混合聚合物点的透射电子显微镜表征
该实施例说明了通过透射电子显微镜评估混合聚合物点的粒度、形态和单分散性。
根据实施例1制备混合聚合物点，以使用PFBT、TMOS和TEOS；PFBT、TCOS、和TEOS；和MEH-PPV、TMOS和TEOS制造混合聚合物点。
TEM测定通过将一滴混合聚合物点分散体置于铜网格上来进行。在水从分散体中蒸发之后，使用TEM(FEI Tecnai F20，200kV)对表面成像。图3显示出混合聚合物点和裸聚合物点的代表性TEM图像。TEM结果显示出混合聚合物点具有与裸聚合物点相比改进的单分散性。显然，混合聚合物点的放大TEM图像显示出混合聚合物点不具有芯-壳或芯-帽结构。这表明有机硅烷的水解形成了二氧化硅网络，并且形成了二氧化硅网络和半导体聚合物的互穿混合网络。
实施例8
混合聚合物点的单颗粒亮度
该实施例说明了对混合聚合物点和裸聚合物点的单颗粒发射亮度的平行评价和比较。
根据实施例1制备混合聚合物点，其中如表4提供聚合物、烷基硅烷和TEOS。
混合聚合物点在Milli-Q水中稀释，在清洁的盖玻片上真空干燥，并在荧光显微镜上成像。使用实验室搭建的转向光学器件将来自蓝宝石激光器(美国加利福尼亚州圣克拉拉市的粘合有限公司(Coherent，Santa Clara，CA，USA))的488nm激光束导入倒置显微镜(Nikon TE2000U，美国纽约州梅尔维尔市)。在物镜前在物镜转换器处测定激光激发功率。用于照明和光收集的物镜是1.45NA 10 0×物镜(美国纽约州梅尔维尔市的尼康公司)。通过500nm长通滤光器(HQ500LP；美国佛蒙特州罗丁汉姆的克罗姆公司(Chroma，Rockingham，VT，USA))过滤荧光信号，并在EMCCD照相机(光度级联(Photometrics Cascade)：512B，美国亚利桑那州图森)上成像。通过对荧光点上的CCD信号积分来评价给定颗粒每帧发射的荧光强度。
图4显示了在相同采集和激光激发条件下从荧光图像获得的单颗粒强度柱状图。表4中总结的结果显示出，与裸聚合物点相比，根据本文公开的方法制备的混合聚合物点显示出荧光信号的改进。荧光亮度是峰值吸收截面和荧光量子产率的乘积。基于量子产率值，这种改进表明混合聚合物点的每颗粒吸收截面与裸聚合物点的相当。这表明填充在混合聚合物点中的发色聚合物链的数量与裸聚合物点中相似。这表明，尽管裸聚合物点通常比混合聚合物点更大，但混合聚合物点具有更紧凑的内部结构。此外，互穿网络的形成可以在聚合物紧密地压在一起时减少聚合物的自猝灭。
表4
实施例9
用于细胞标记的混合聚合物点的生物共轭
该实施例说明了在混合聚合物点上的羧基和生物分子上的氨基之间采用EDC-催化反应的生物共轭。
根据实施例1制备混合聚合物点，以使用2:1:1和2:2:2比例的PFBT、TMOS和TEOS；2:1:1和2:2:2比例的PFBT、TCOS和TEOS制造混合聚合物点。
向3mL的混合聚合物点溶液(MilliQ水中50μg/mL)中加入60μL的聚乙二醇(5％w/vPEG,MW 3350)和60μL的浓缩HEPES缓冲液(1M)，得到了pH为7.3的20mM的HEPES缓冲液中的混合聚合物点溶液。然后，将180μL链霉亲和素加入上述溶液，通过涡流充分混合。或者，可以使用IgG抗体(1mg/mL)替代180μL链霉亲和素。向形成涡流的溶液加入60μL的盐酸1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳化二亚胺(EDC)溶液(5mg/mL在MilliQ水中)，并将混合物在室温下放置在旋转摇荡器上4小时。所获得的混合聚合物点-链霉亲和素生物共轭物使用Sephacryl HR-300凝胶介质通过凝胶过滤与游离生物分子分离。
MCF-7和SK-BR-3乳腺癌细胞系订购自美国典型培养物保藏中心(ATCC，美国弗吉尼亚州玛纳萨斯)。细胞在补充有10％胎牛血清(FBS)、50单位/毫升青霉素和含50μg/mL链霉素的依氏最低必需培养基(对于MCF-7)或McCoy's5A培养基(对于SK-BR-3)中在37℃、5％CO2下培养。在实验前预培养细胞直至达到融合。通过使用培养基简单清洗从培养烧瓶中收集细胞，随后与5mL的胰蛋白酶-EDTA溶液(0.25％w/v胰蛋白酶，0.53mM EDTA)在37℃下孵育5-15分钟。完全脱离后，清洗细胞，离心，并重悬在标记缓冲液中(1×PBS,2mM EDTA,1％BSA)。使用血球计数板通过显微镜测定细胞浓度。
混合聚合物点-链霉亲和素共轭物用作探针以检测EpCAM。为了用混合聚合物点-链霉亲和素共轭物标记细胞表面标记物，将玻璃底培养皿中的活MCF-7细胞依次与5μg/mL抗人CD326一抗、5μg/mL生物素化二抗小鼠IgG(拜来及公司(Biolegend)(圣地亚哥，加利福尼亚))和5nM混合Pdot-链霉亲和素一起孵育各30分钟。每次孵育后进行两个洗涤步骤。混合聚合物点-标签细胞立即在荧光共聚焦显微镜(Zeiss LSM 510)上成像。如共聚焦成像所示，混合聚合物点-链霉亲和素生物共轭物与生物素化抗EpCAM一抗一起有效标记了活的MCF-7细胞表面上的EpCAM。
当在没有生物素一抗的情况下将细胞与混合聚合物点-链霉亲和素生物共轭物一起孵育时，在细胞表面上未观察到荧光，这表明混合聚合物点-链霉亲和素生物共轭物的高度特异性结合。缺乏信号还表明在该生物素-链霉抗生物素蛋白标记系统中不存在非特异性结合。
图6和图8提供了用混合聚合物点共轭物标记的MCF细胞的荧光成像。
除了荧光成像之外，还使用流式细胞术来评价混合聚合物点-链霉亲和素生物共轭物的标记亮度。图11显示了用混合聚合物点标记的MCF-7细胞的流式细胞术结果。“N-1”表示用不含链霉亲和素的混合聚合物点所孵育的对照细胞。“N-2”表示在没有生物素化的一抗的情况下用混合聚合物点-链霉亲和素生物共轭物孵育的对照细胞。“P”表示用混合聚合物点-链霉亲和素生物共轭物和生物素化的一抗孵育的细胞。仅观察到“P”组的荧光，表明混合聚合物点-链霉亲和素生物共轭物的高度特异性结合。
图5显示了与裸聚合物点生物共轭物相比，用混合聚合物点-链霉亲和素生物共轭物标记的MCF-7细胞的流式细胞术结果。在图5中，Pdot-1为PFBT/PS-PEG-COOH(20％)；Pdot-2是PFBT/TMOS/TEOS＝2/1/1；Pot-3是PFBT/TMOS/TEOS＝2/2/2；Pdot-4是PFBT/TCOS/TEOS＝2/1/1；Pdot-5是PFBT/TMOS/TEOS＝2/2/2；-N表示阴性对照物，其中细胞不用生物素化一抗孵育，且用不含生物素化一抗的混合聚合物点-链霉亲和素共轭物直接孵育；并且-P表示阳性标记。结果表明，与通过PS-PEG-COOH掺混方法官能化的聚合物点(裸聚合物点)相比，混合聚合物点呈现相似或略高的细胞标记亮度。
实施例10
用于细胞标记的混合聚合物点的光稳定性
该实施例说明了用混合聚合物点生物共轭物标记的细胞的光稳定性测定。
根据实施例1制备混合聚合物点，以使用2:1:1和2:2:2比例的PFBT、TMOS和TEOS；2:1:1和2:2:2比例的PFBT、TCOS和TEOS制造混合聚合物点。
MCF-7细胞按实施例8中所提供的进行标记。混合聚合物点生物共轭物标记的细胞在荧光共聚焦显微镜(Zeiss LSM 510)上成像。对于光漂白研究，连续记录用混合聚合物点标记的细胞和用掺混有PS-PEG-COOH的聚合物点标记的那些细胞的共聚焦荧光图像。通过使用定制代码的Matlab程序分析荧光图像来提取光漂白数据点。如图7和图9所示，从荧光图像中提取的光漂白曲线表明混合聚合物点比通过PS-PEG-COOH掺混方法官能化的聚合物点光稳定性更强。
实施例11
混合聚合物点和相关生物共轭物的凝胶电泳
该实施例说明了使用凝胶电泳表征混合聚合物点表面上的官能团。
使用0.7％琼脂糖凝胶进行凝胶电泳。使用水下电泳系统进行官能化混合聚合物点的琼脂糖凝胶电泳。将30％甘油中的官能化混合聚合物点加载到含有0.1％聚乙二醇的0.7％琼脂糖凝胶上。加载了官能化混合聚合物点的凝胶在135V下在三硼酸盐-EDTA(TBE)缓冲液中处理20分钟，然后在柯达(Kodak)图像站440CF系统上成像。如图10所示，与未官能化的裸聚合物点相比，官能化混合聚合物点表现出凝胶中迁移率的增加。值得注意的是，一旦混合聚合物点与链霉抗生物素蛋白共轭，混合聚合物点-链霉亲和素生物共轭物显示出迁移率下降。这可用于检测成功的生物共轭。
实施例12
混合聚合物点的网络结构的确定
该实施例说明了采用TEM和流式细胞术表征混合聚合物点形成时产生的互穿网络。
使用重量比1:1:1的PFBT、TCOS和TEOS，根据实施例1制备互穿混合聚合物点。
通过在惰性气氛下搅拌将PFBT-14％C2COOH、官能化发色聚合物溶解在四氢呋喃(THF)中，制成浓度为1mg/mL的溶液。将TCOS(一种有机硅烷)溶解在THF中，制成浓度为1mg/mL的溶液。将TEOS溶解在THF中，制成浓度为1mg/mL的溶液。将PFBT-14％C2COOH、TCOS和TEOS的上述溶液稀释到THF中以形成2mL混合的均匀溶液，其含有浓度为0.1mg/mL的PFBT-14％C2COOH。获得去离子水，并将其pH值调节至约11。将2mL量的PFBT-14％C2COOH溶液混合物快速加入10mL水性溶液中，同时对混合物进行超声处理。通过氮气汽提除去THF，并通过在90℃的热板上连续氮气汽提至2mL来浓缩溶液，然后通过0.2微米过滤器进行过滤。这提供了混合聚合物点，其中，发色聚合物用羧基直接官能化，导致Pdot不与硅烷-COONa互穿。
图15提供了发色聚合物聚芴-苯并噻二唑PFBT-14％C2COOH以及有机硅烷分子(例如TCOS和TEOS)的化学结构。用羧基直接官能化所得的聚合物点也在图15中进行说明。
根据实施例8制备混合聚合物点-链霉亲和素生物共轭物，以制备PFBT-14％C2COOH聚合物点-链霉亲和素生物共轭物以及硅烷-COONa聚合物点-链霉亲和素生物共轭物。
根据实施例8，使用流式细胞术来评价混合聚合物点-链霉亲和素生物共轭物的标记亮度。图16显示了用PFBT-14％C2COOH混合聚合物点标记或用硅烷-COONa混合聚合物点标记的MCF-7细胞的流式细胞术结果。“阴性的(Negative)”表示在没有生物素化的一抗的情况下用混合聚合物点-链霉亲和素生物共轭物孵育的对照细胞。“阳性的(Positive)”表示用混合聚合物点-链霉亲和素生物共轭物和生物素化一抗孵育的细胞。观察到两个“阳性”组的荧光，显示出链霉亲和素与羧基官能团的特异性结合应用于所产生的两种类型的Pdot。结果表明PFBT-14％C2COOH混合聚合物点外部羧基可用性类似于硅烷-COONa混合聚合物点的外部羧基可用性。该结果表明，Pdot内部的PFBT骨架的短羧酸官能团不会被作为混合Pdot外部的壳的二氧化硅网络包裹，而是作为在聚合物链和二氧化硅网络之间形成的互穿网络的一部分存在。该流式细胞术实验的结果表明，混合聚合物Pdot形成网状结构，并且不具有明显的芯-壳结构。这表明有机硅烷的水解形成了二氧化硅网络，其与半导体聚合物互穿，并因此形成混合的互穿网络。
TEM测定通过将一滴混合聚合物点分散体置于铜网格上来进行。在水从分散体中蒸发之后，使用TEM(FEI Tecnai F20，200kV)对表面成像。图17显示出PFBT-14％C2COOH混合聚合物点的代表性TEM图像。显然，混合聚合物点的放大TEM图像显示出混合聚合物点不具有芯-壳或芯-帽结构。这进一步表明有机硅烷的水解形成了二氧化硅网络，然后在混合Pdot内部形成二氧化硅网络和半导体聚合物链之间的互穿混合网络。
虽然本文显示和描述了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员显然了解这些实施方式仅以举例方式提供。本领域技术人员在不背离本发明的情况下可以作出多种改变、变化和替代。应理解，本文所述的本发明实施方式的各种替代形式可用于实施本发明。下列权利要求书确定了本发明范围，这些权利要求范围内的方法和结构以及其等同物均为本发明所涵盖。

Claims (47)

1.一种有机-无机混合聚合物点，其包含：
半导体发色聚合物；
X，其中X是适用于生物共轭的官能团；以及
无机网络，其与半导体发色聚合物共价结合，
其中所述无机网络包括硅氧烷网络，
其中所述硅氧烷网络包含一种或多种正交交联单元，
其中所述官能团是疏水性官能团，
其中所述疏水性官能团用于点击化学。
2.如权利要求1所述的聚合物点，其中，所述半导体发色聚合物包括选自下组的多个单元M：
其中：
A0、A4、A8、A12、A15、A18各自独立地是CnH2n或CnF2n；
A1、A2、A3、A5、A6、A7、A9、A10、A11、A13、A14、A16、A17、A19各自独立地是CmH2m+1或CmF2m+1；
X1、X2、X3、X4各自独立地是官能团；
n不小于1；并且
m不小于1。
3.如权利要求2所述的聚合物点，其中，n不小于2。
4.如权利要求2所述的聚合物点，其中，n不大于40。
5.如权利要求2所述的聚合物点，其中，n不大于20。
6.如权利要求2所述的聚合物点，其中，n不小于1且不大于20。
7.如权利要求2所述的聚合物点，其中，n不小于2且不大于20。
8.如权利要求1所述的聚合物点，其中，所述半导体发色聚合物包括选自下组的多个单元M：
其中：
A0、A4、A8各自独立地是CnH2n或CnF2n；
A1、A2、A3、A5、A6、A7、A9、A10、A11各自独立地是CmH2m+1或CmF2m+1；
L是连接部分；
n不小于1；并且
m不小于1。
9.如权利要求1所述的聚合物点，其中，所述半导体发色聚合物包括选自下组的多个单元M：
其中：
A0、A3、A6各自独立地是CnH2n或CnF2n；
A1、A2、A4、A5、A7各自独立地是CmH2m+1或CmF2m+1；
X1、X2、X3、X4各自独立地是官能团；
n不小于1；并且
m不小于1。
10.如权利要求1所述的聚合物点，其中，所述半导体发色聚合物包含X和烷氧基甲硅烷基或烷基甲硅烷基。
11.如权利要求1所述的聚合物点，其中，所述硅氧烷网络包含多个相互连接的单元，其中，所述多个相互连接的单元包括选自下组的单元：
其中：
A0、A1、A2、A3各自独立地是CpH2n+1或CpF2p+1；
D是LX，其中L是连接部分；并且
p不小于1。
12.如权利要求11所述的聚合物点，其中，p不小于2。
13.如权利要求11所述的聚合物点，其中，p不小于3。
14.如权利要求11所述的聚合物点，其中，p不小于6。
15.如权利要求11所述的聚合物点，其中，p不大于20。
16.如权利要求11所述的聚合物点，其中，p不大于40。
17.如权利要求11所述的聚合物点，其中，p不大于60。
18.如权利要求11所述的聚合物点，其中，p不小于6并且不大于20。
19.如权利要求10-11中任一项所述的聚合物点，其中，X包括：炔、烯烃或膦基团。
20.如权利要求10-11中任一项所述的聚合物点，其中，X包括：应变炔、二烯烃或环辛炔基团。
21.如权利要求11所述的聚合物点，其中，L选自：化学键、氨基酸、酯、酰胺、醚、亚烷基、亚烯基、亚炔基、亚芳基、聚醚、聚酯、聚酰胺、聚芳基、聚苯乙烯、或聚烯烃、或其氟化或部分氟化的衍生物、或它们的组合。
22.如权利要求11所述的聚合物点，其中，L是氨基甲酸酯。
23.如权利要求11所述的聚合物点，其中，L是聚氨基甲酸酯。
24.如权利要求11所述的聚合物点，其中，L是水溶性聚合物。
25.如权利要求24所述的聚合物点，其中，所述水溶性聚合物是聚乙二醇。
26.如权利要求11所述的聚合物点，其中，L是化学键。
27.如权利要求11所述的聚合物点，其中，至少一个D位于聚合物点的表面上。
28.如权利要求11所述的聚合物点，所述聚合物点还包括与D共轭的生物学分子。
29.如权利要求28所述的聚合物点，其中，所述生物学分子与位于聚合物点表面上的至少一个D共轭。
30.如权利要求28-29中任一项所述的聚合物点，其中，所述生物学分子包括蛋白质或核酸。
31.如权利要求28-29中任一项所述的聚合物点，其中，所述生物学分子包括抗体。
32.如权利要求28-29中任一项所述的聚合物点，其中，所述生物学分子包括链霉亲和素。
33.如权利要求1-18中任一项所述的聚合物点，其中，硅氧烷网络由如下物质完全或部分水解：烷基硅烷、烷氧基硅烷、硅氧烷、乙酰氧基硅烷、氨基硅烷、双硅烷、环氧硅烷、卤代硅烷、氢硅烷、羟基硅烷、酯硅烷、芳基硅烷、丙烯酰基硅烷、甲基丙烯酰基硅烷、烯烃硅烷、硫硅烷、膦硅烷、磷酸酯硅烷、异氰酸酯硅烷、叠氮硅烷、酸酐硅烷、或它们的组合。
34.如权利要求1-18中任一项所述的聚合物点，其中，硅氧烷网络由如下物质完全或部分水解：氯硅烷、原硅酸酯、氢硅氧烷、或它们的组合。
35.如权利要求1-18中任一项所述的聚合物点，其中，硅氧烷网络由如下物质完全或部分水解：α硅烷。
36.如权利要求1-18中任一项所述的聚合物点，其中，硅氧烷网络由乙烯基硅烷完全或部分水解。
37.如权利要求1-18中任一项所述的聚合物点，其中，硅氧烷网络由苯乙烯基硅烷完全或部分水解。
38.如权利要求1-18中任一项所述的聚合物点，所述硅氧烷网络由如下物质完全或部分水解：十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷、原硅酸四乙酯、三氟丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三氯硅烷、缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、环氧基己基三乙氧基硅烷、羟甲基三乙氧基硅烷、碘丙基三甲氧基硅烷、异氰基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、苯乙烯基乙基三甲氧基硅烷、或它们的组合。
39.如权利要求1-18中任一项所述的聚合物点，其中，所述硅氧烷网络由如下物质完全或部分水解：十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷、或原硅酸四乙酯、或它们的组合。
40.如权利要求1-18中任一项所述的聚合物点，其中，所述聚合物点中来自无机网络的硅的重量百分比的范围为1％至45％。
41.如权利要求1-18中任一项所述的聚合物点，其中，所述聚合物点中来自无机网络的硅的重量百分比的范围为1％至47％。
42.如权利要求1-18中任一项所述的聚合物点，其中，所述半导体发色聚合物和无机网络形成了有机-无机互穿网络。
43.如权利要求42所述的聚合物点，其中，所述有机-无机互穿网络是网状的。
44.如权利要求1-18中任一项所述的聚合物点，其中，所述聚合物点的直径为不小于5nm且不大于50nm。
45.如权利要求1-18中任一项所述的聚合物点，其中，所述聚合物点的直径不小于10nm且不大于30nm。
46.如权利要求1-18中任一项所述的聚合物点，其中，所述聚合物点的量子产率为至少5％。
47.如权利要求1-18中任一项所述的聚合物点，其中，所述聚合物点的量子产率为至少10％。
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