CN1443351A - 利用包含能进行环加成的发色团低聚物的材料的光存储器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使用材料光学存储信息的方法，所述的材料包含具有至少两个发色团和连接该发色团的化学键的化合物。通过使用波长为100－1600nm的光线能够实施该光学存储方法。可应用于该方法的化合物通常是基于肽或氨基酸或另外的肽核酸(PNA)形成的骨架的二聚物。发色团可以是胸腺嘧啶、N－(C1－6－烷基)－胸腺嘧啶、蒽、吖啶鎓、并四苯等。

Description

利用包含能进行环加成的发色团低聚物的材料的光存储器
发明领域
本发明涉及在包含具有至少两个发色团(“OPTIDES”)的化合物的材料中光学存储信息的方法。OPTIDES通常具有氨基酸和肽的结构，所述的氨基酸和肽含有能进行光引发的环加成反应的发色团，并且当以固体材料存在时具有非常令人感兴趣的光学性能。特别是，本发明还涉及包含该化合物、特别适于信息的光学存储的材料。
发明背景
光存储器为高密度存储数据提供了独特的机会。目前可利用的磁光材料因其毒性而不能在将来用于高密度可逆的光存储器。而且，由于有机材料更容易进行再循环并由此减少了污染，所以将重点放在用有机材料代替无机材料上。据认为，有机聚合物材料将广泛用于未来的数据存储系统。但事实是，光学存储技术目前缺乏能够应用于可商购的下一代激光二极管(也就是能在400至500nm之间工作的蓝色激光二极管)的实用性有机材料。展望未来，超高密度光存储器将转向使用甚至更短的波长。因此，在266nm使用四倍频率的YAG激光器和发展中的UV二极管激光器，原则上能够在单个CD内得到＞20千兆字节的存储器。
对用于光学信息存储器的偶氮聚合物进行了大量工作[Angeloni等人，Liq.Cryst.4，513(1989)；Eich等人，Makromol.Chem.rapidCommun.8，59(1987)；Shibaev等人，Vysokomol.Soyed.A32，1552(1990)；Natansohn等人，Macromolecules 25，2268(1992)；Haitjema等人，Macromolecules 27，6201(1994)]。对液晶侧链聚酯以及侧链无定形聚酯也进行了研究[Hvilsted等人，Optics Letters 17，1234(1992)；Hvilsted等人，Macromolecules 28，2172(1995)；Holme等人，Optics Letters 21，902(1996)；Ramanujam等人，Polymers forAdvanced Technologies 7，768(1996)]。对于数字式数据存储器的应用，使用液晶聚合物的一个障碍是存在液晶域，该液晶域散射光并产生背景噪声。另一方面，在没有液体结晶性的无定形聚合物中，发现诱导的各向异性在几个月的时间内衰退。而且，偶氮苯不能在波长低于400nm下正常使用。我们先前已开发了用光可寻址的侧链发色团改性的肽作为用于光存储器的材料[Berg等人，Nature 383，505(1996)；Rasmussen等人，J.Am.Chem.Soc.121，4738(1999)；Rasmussen等人，Tetrahedron Lett.40，5953(1999)]。肽因其满足作为材料的几种重要标准而成为出众的选择。肽膜通常是完全透明的并且是无定形的。在多数情况下，肽膜可溶于水并对环境友好。该新方法在早期的研究中只限于使用光可异构化的发色团如偶氮苯。
晶体内的感光二聚作用已公开很长时间。将晶体进行试验用于全息照相存储器；但是，这些材料具有机械易碎性[Tomlinson等人，Appl.Opt.11，533(1972)]。
已知的是，DNA、胸腺嘧啶的四种碱基中的一种在曝光于266nm时通过(2π+2π)环加成可二聚(图1)[Wulff & Fraenkel，Biochem.Biophys.Acta 51，(1961)]。该波长恰恰是四倍的YAG激光器(1064nm)。在当今市场上可购买到小型四倍频率的YAG激光器。而且，固态UV激光器处于发展之中。现在已提出将连接到烷基链上的胸腺嘧啶单体的感光二聚作为光刻胶[Inaki等人，J.Photopolym.Sci.Tech.1，28(1988)]。另外，发现多官能团的乙烯基苄基和乙烯基苯基侧链胸腺嘧啶(和尿嘧啶)基团可用于光刻胶；通过含有该聚合物以及除去非曝光区域的溶剂利用曝光于光化照射而在聚合物内提供图像[Grasshoff等人，美国专利5,708,106]。
发明简述
本发明提供了一种光学存储信息并随后读出信息的方法。因此，本发明提供了一种在材料中光学存储信息并从所述的材料中用光读出信息的方法，所述的材料包含具有至少两个发色团以及连接发色团的键的化合物，所述的方法包括：
(a)在第一强度的第一波长处照射材料的局部区域，由此在材料的所述局部区域中诱导发色团之间的环加成反应，因此形成环状加合物，和
(b)在第二强度的第二波长处照射材料，由此能够从材料中提取信息或一部分信息。
已发现，通过能进行(2π+2π)环加成的相邻发色团的感光二聚可获得材料的折射率的变化。感光二聚物或感光低聚物(OPTIDES)是无颗粒的、在两种状态下都很稳定，并且是光可擦除的。根据如下描述应该理解，本发明提出利用感光二聚方法以得到高密度光存储器。在一种实施方案中，将可感光二聚的分子(发色团)连接到短肽骨架上，例如，对于可见波长处的光存储器所开发的二氨基酸-Nα-取代的寡肽。因此，两个(或多个)发色团紧密相连，当暴露于UV光线时能促进二聚物的形成。该过程原则上是完全可逆的。当暴露于较短波长时，发色团可再生。因此，还可应用擦除的光学方法。本发明的方法、特别是材料的优点在于不需要复杂、困难的晶体生长。光存储器不需要液体结晶性，由此消除了因存在的区域而出现的光散射问题。以薄膜形式制备的材料通常是完全透明的。使用相对简单的低聚物使制造成本最低。
本发明还涉及新化合物的子群，涉及包含该化合物的材料。
附图简述
图1、dno-716(含有胸腺嘧啶发色团)的化学结构。
图2、dno-716、dno-718和dno-720(没有表示dno-719，但其化学结构对应于n＝1)的化学结构。
图3、dno-717(含有蒽发色团)的化学结构。
图4、pna-1000(含有胸腺嘧啶发色团)的化学结构。
图5、照射前的dno-716的化学结构以及照射后得到的dno-716的环加成反应产物。两个侧链胸腺嘧啶发色团大概以顺式构型通过(2π+2π)环加成发生二聚。该图(下部)还表示dno-821的感光二聚产物。
图6、pna-1001(含有N-甲基化的胸腺嘧啶发色团)的化学结构。
图7、dno-816(其与dno-716类似，所不同的是含有N-甲基化的胸腺嘧啶发色团)的化学结构。
图8、dno-817(含有并四苯发色团)的化学结构。
图9、dno-818、dno-819、dno-820和dno-821(以不同的方式在不同位置含有吖啶鎓(acridizinium)发色团)。
图10、dno-716薄膜的吸收光谱。曲线1是未照射的薄膜内的吸收。曲线2是在248nm用1500脉冲照射的薄膜内的吸收。其对应着大约2J/cm2的能量。曲线3是在248nm用3000脉冲照射的薄膜内的吸收。其对应着大约4J/cm2的能量。
图11、dno-718薄膜的吸收光谱。曲线1是未照射的薄膜内的吸收。曲线2是在248nm用1500脉冲照射的薄膜内的吸收。其对应着大约2J/cm2的能量。曲线3是在248nm用3000脉冲照射的薄膜内的吸收。其对应着大约4J/cm2的能量。
图12、dno-719薄膜的吸收光谱。曲线1是未照射的薄膜内的吸收。曲线2是在248nm用1500脉冲照射的薄膜内的吸收。其对应着大约2J/cm2的能量。曲线3是在248nm用3000脉冲照射的薄膜内的吸收。其对应着大约4J/cm2的能量。
图13、dno-720薄膜的吸收光谱。曲线1是未照射的薄膜内的吸收。曲线2是在248nm用1500脉冲照射的薄膜内的吸收。其对应着大约2J/cm2的能量。曲线3是在248nm用3000脉冲照射的薄膜内的吸收。其对应着大约4J/cm2的能量。
图14、pna-1000的薄膜的吸收光谱。将材料溶于六氟异丙醇并铸制成薄膜。曲线1是未照射的薄膜内的吸收。曲线2是在266nm照射600秒的薄膜内的吸收。曲线3是在100℃保持72小时后的薄膜内的吸收。
图15、pna-1000薄膜的吸收光谱。将材料溶于蒸馏水并铸塑成薄膜。曲线1是未照射的薄膜内的吸收。曲线2是将薄膜在266nm照射600秒、然后在烘箱中在100℃保持96小时后的吸收光谱。
图16、dno-717的吸收光谱。曲线1是未照射薄膜的吸收光谱，曲线2是将薄膜在350nm照射600秒后的吸收光谱。
图17、自氪激光器产生的5mW激光束在350nm通过dno-717薄膜的透射。该薄膜靠近陪替式培养皿的边缘铸制。然后将薄膜的中央部分在350nm照射600秒钟。透射中的较大落差是单体吸收光的缘故；中央部分的增加是因为二聚物产生的增加透射量。进行了400次读出循环而没有降低信号噪声比。
图18、在dno-717薄膜中所记录的干扰光栅的原子力显微镜扫描。在360nm自同一偏振的氩离子激光器产生光栅。光栅间隔大概是一个微米。表面浮凸的高度大约是90nm。
图19、在360nm自氩离子激光器通过半透明罩照射的dno-717薄膜的原子力显微镜扫描。照射区域出现凹槽。凹槽的深度大约是300nm。
图20、在360nm通过半透明罩照射然后将其在110℃的烘箱中保持16小时的dno-717薄膜的原子力显微镜扫描，。凹槽的深度大约是200nm。
发明详述
如上所述，本发明一方面涉及在材料中光学存储信息并从所述的材料中读出信息的方法，所述的材料包含具有至少两个发色团和连接发色团的化学键的化合物，所述的方法包括：
(a)在第一强度的第一波长处照射材料的局部区域，由此在材料的所述局部区域中诱导发色团之间的环加成反应，和
(b)在第二强度的第二波长处照射材料，由此能够从材料中提取信息或一部分信息。
对于能进行环加成反应的发色团，发色团应至少包括一个能加成到另一个双键上的双键，由此形成所谓的环状加合物。环加成反应的各种类型是已知的，例如，环加成反应可包括4n电子，或者环加成反应包括4n+2电子，或者环加成反应是2π+2π环加成反应，或者环加成反应是4π+4π环加成反应。在一些有趣的实施方案中如按照实施例的解释说明，环加成反应包括含有共轭到芳环上的多重键的发色团，或者环加成反应包括含有引入芳香族体系的多重键的发色团。
有趣的实施方案还可以是其中发色团之间的环加成反应是可逆的那些。特别是，环状加合物因照射或加热而能够解离，由此重新形成发色团。
应用于该材料的化合物通常是含有至少两个发色团和连接发色团的化学键的化合物。尽管认为一个分子内发色团的数目可大于两个如最多24个(优选平均数)或更多，但初期的思考和实验表明恰好包含两个发色团的化合物可得到最好的结果。
只要能形成相互的环加成反应产物(环状加合物)，化合物的两个或多个发色团原则上可不同。但是，为了最具有实用性的目的，化合物仅包含一种类型的发色团，特别是基本上相同的发色团。“基本上相同”是指发色团具有相同的一般结构，但可以不同地连接到所谓的主链上(例如参见图9)。
在本文中，术语“发色团”是指讨论中的能在波长100nm至1600nm、特别是200nm至700nm之间吸收光的基团，并且作为吸收光的结果，所述基团能够进行可逆或不可逆、优选可逆的环加成反应，如2π+2π环加成反应。
本文可使用的发色团选自很宽范围内的化合物类，例如，含有至少一个熟悉光化学的技术人员所认可的双键的无环、有环、双环、三环、四环、多环、杂环、芳香族、聚芳香族和杂芳香族化合物。所述化合物更具体的例子是羰基化合物、二羰基化合物、苯酮类、醌、硫酮类、降冰片二烯、嘧啶、烯烃、二胸腺嘧啶、马来酰亚胺、香豆素、呋喃、异苯并呋喃、呋喃并香豆素、吡喃酮、肉桂酸酯、二肉桂酸酯、菲、二菲、苊烯、二苊烯、氮杂蒽、并苯、并四苯、苯并蒽、例如吖啶鎓、苯并吖啶鎓(benzacridizinium)、胸腺嘧啶、N-C1-6-烷基-胸腺嘧啶、例如N-甲基-胸腺嘧啶、α-吡喃酮、2-吡啶酮、N-2-甲基-吡啶酮、尿嘧啶、萘、蒽、2-氨基吡啶鎓、吡嗪酮、苯并吖啶、2-苯基苯并噁唑、硅杂环戊二烯等，所述的发色团独立地是未取代的或被一个或多个取代基所取代，所述的取代基独立地选自羟基、卤素如氟、氯、溴和碘、直链或支链的非必需地被取代的C1-6-烷基、非必需地被取代的C1-6-烷氧基、氰基、硝基、氨基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基-C1-6-烷基、(非必需地被取代的C1-6-烷基)羰基氨基、(非必需地被取代的C1-6-烷基)羰基氨基-C1-6-烷基、氨基羰基、氨基羰基-C1-6-烷基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基羰基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基羰基-C1-6-烷基、非必需地被取代的C1-6-酰基、非必需地被取代的C1-6-酰氧基、羧基、-COSH、(非必需地被取代的C1-6-烷氧基)羰基、硫羟基、C1-6-烷硫基、非必需地被取代的C1-6-烷硫基-C1-6-烷基、胍基、异氰基、异硫氰基和硫氰基。
发色团的特殊例子是芳香族、聚芳香族和杂芳香族化合物，例如萘、蒽、并四苯、并五苯、胸腺嘧啶、N-甲基-胸腺嘧啶、尿嘧啶、吖啶鎓、苯并吖啶鎓、2-氨基吡啶鎓，例如蒽、吖啶鎓、N-甲基-胸腺嘧啶和并四苯。
在一个实施方案中，发色团不是核碱基结合的基团。因此，发色团不能结合到DNA或RNA的补充位。一个例子是N-甲基-胸腺嘧啶(参照图6)，由于其不含氢结供体(-NH)基团而不能结合到核碱基上(与胸腺嘧啶相比)。
对于至少两个(优选两个)发色团之间的化学键，可基于(a)氨基酸或肽，例如，含有ω-氨基烷基侧链的α和β-氨基酸如鸟氨酸、赖氨酸、高赖氨酸、二氨基丁酸和二氨基丙酸；(b)核糖核苷酸、脱氧核糖核苷酸、脱氧核糖核酸、核糖核酸及其衍生物如LNA，特别是发色团占据核碱基位置的那些和(c)聚合物核酸(PNA)，特别是发色团占据核碱基位置的(b)和(c)。两个“相邻”发色团之间的化学键长度通常为4-30个键，优选4-20个键，特别优选5-15个键。
将本发明可能使用的一类化合物用包含如下式G的2-24个链段的化合物表示：
Figure A0181289700141
其中，L是可感光二聚的发色团；Y-A-B是两个发色团之间的化学键的一部分，其中Y是选自如下的连接基：-O-(CH2)p-C(＝O)-NH-、-O-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-O-(CH2)p-C(＝O)-、-O-(CH2)p-NH-、-(CH2)p-C(＝O)-NH-、-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-(CH2)p-C(＝O)-、-(CH2)p-NH-、-OOC-(CH2)p-C(＝O)-NH-、-OOC-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-OOC-(CH2)p-C(＝O)-、-OOC-(CH2)p-NH-、-NH-(CH2)p-C(＝O)-NH-、-N(C1-6-烷基)-(CH2)p-C(＝O)-NH-、-NH-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-N(C1-6-烷基)-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-NH-(CH2)p-C(＝O)-、-N(C1-6-烷基)-(CH2)p-C(＝O)-、-NH-(CH2)p-NH-、-N(C1-6-烷基)-(CH2)p-NH-、-NH-C(＝O)-(CH2)y-C(＝O)-NH-、-N(C1-6-烷基)-C(＝O)-(CH2)p-C(＝O)-NH-、-NH-C(＝O)-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-N(C1-6-烷基)-C(＝O)-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-NH-C(＝O)-(CH2)p-C(＝O)-、-N(C1-6-烷基)-C(＝O)-(CH2)p-C(＝O)-、-NH-C(＝O)-(CH2)p-NH-和-N(C1-6-烷基)-C(＝O)-(CH2)p-NH-，其中p是0-5，优选0-2；A选自氮原子和基团C-R，其中R选自氢和非必需地被取代的C1-4-烷基；B是由选自CHR2和C＝O的基团组成的链，其中R2选自α-氨基酸的侧链、非必需地被取代的C1-6-烷基、羟基、非必需地被取代的C1-6-烷氧基、卤素、氰基、氨基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基-C1-6-烷基、(非必需地被取代的C1-6-烷基)羰基氨基、(非必需地被取代的C1-6-烷基)羰基氨基-C1-6烷基、氨基羰基、氨基羰基-C1-6-烷基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基羰基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基羰基-C1-6-烷基、非必需地被取代的C1-6-酰基、非必需地被取代的C1-6-酰氧基、羧基和(非必需地被取代的C1-6-烷氧基)羰基；所述的链B任选地被一个或多个选自-O-和-NR3-的基团所中断、引发或终止，其中R3选自氢、C1-6-烷基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基-C1-6-烷基、(非必需地被取代的C1-6-烷基)羰基氨基-C1-6-烷基、氨基羰基-C1-6-烷基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基羰基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基羰基-C1-6-烷基、(非必需地被取代的芳基)-C1-6-烷氧基羰基、非必需地被取代的C1-6-酰基和非必需地被取代的C1-6烷氧基羰基。
在本文中，尽管与习惯用法形成不同，但术语“C1-4-烷基”是指含有1至4个碳原子的直链或支链或环状脂肪链的基团，例如甲基、乙基、1-丙基、2-丙基、1-丁基、2-丁基、叔丁基和环丁基。类似地，术语“C1-6-烷基”是指含有1至6个碳原子的直链或支链或环状脂肪链的基团，例如C1-4-烷基中提到的基团和戊基、异戊基、新戊基、己基和环己基。“烷基”的更长变体如“C1-24-烷基”、“C1-18-烷基”和“C1-12-烷基”具有相应的含义，特别是包括直链异构体。
在本文中，术语“C1-4-烷氧基”和“C1-6-烷氧基”及其高级变体分别是指C1-4-烷基-氧基和C1-6-烷基-氧基。
在本文中，术语“C1-6-酰基”是指烷酰基，例如甲酰基、乙酰基、丙酰基、丁酰基、异丁酰基、戊酰基、异戊酰基、新戊酰基和己酰基。高级变体具有相同的含义。
在本文中，术语“芳基”是指碳环的芳环或环体系，例如苯基、萘基、芴基和四氢化萘基。
在本文中，与芳基”和“杂环基”相连的术语“非必需地被取代的”分别是指如上定义的芳基和杂环基可被一个或多个、优选1-3个选自羟基、C1-4-烷基和C1-4-烷氧基的取代基所取代，所述的取代基又可被如下基团一次或多次取代：卤素(如氟、氯、溴和碘)、羟基、氨基、氰基和羧基、卤素(氟、氯、溴和碘)、硝基、亚硝基、氰基、氨基、单-或二(C1-4-烷基)氨基、氨基羰基、单-或二(C1-4-烷基)氨基羰基、C1-6-酰基、C1-6-酰氧基、羧基、C1-4-烷氧基羰基、硫羟基、C1-4-烷硫基、芳硫基、C1-4-烷基磺酰基、芳基磺酰基、单-或二(C1-4-烷基)氨基磺酰基、磺基(SO3H)、亚磺基(SO2H)、卤代磺酰基、异氰基、异硫氰基和硫氰基。
在本文中，与“烷基”、“烷氧基”和“酰基”相连的术语“非必需地被取代的”是指讨论中的基团可被羟基、C1-4-烷氧基一次或多次取代，所述的C1-4-烷氧基非必需地被如下基团一次或多次取代：卤素(氟、氯、溴和碘)、羟基、氨基、氰基和羧基、卤素(氟、氯、溴、碘)、硝基、亚硝基、氰基、羧基、硫羟基、C1-4-烷硫基、芳硫基、C1-4-烷基磺酰基、芳基磺酰基、磺基(SO3H)、亚磺基(SO2H)、卤代磺酰基、异基氰、异硫氰基和硫氰基。
在本文中，术语“α-氨基酸的侧链”是指键合到α-氨基酸的α-原子上的基团，也就是讨论中的没有甘氨酸部分的α-氨基酸，优选天然存在的或容易获得的α-氨基酸。最有趣的是可商购的α-氨基酸的侧链，例如，天然存在的α-氨基酸如丙氨酸、缬氨酸、正缬氨酸、异缬氨酸、亮氨酸、正亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、苯基丙氨酸、色氨酸、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、青霉胺、酪氨酸、天冬酰胺、谷酰胺、天门冬氨酸、谷氨酸、鸟氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、脯氨酸、4-羟基-脯氨酸和哌可酸。
将更特殊类的化合物进行说明，其中A选自氮原子和基团C-H；B是由选自CHR2和C＝O的基团组成的链，其中R2选自氢和α-氨基酸的侧链；所述的链B选择性地被一个或多个选自-O-和-NR3-的基团所中断、引发或终止，其中R3选自氢、C1-6-烷基、C1-6-酰基和氨基保护基如叔丁氧基羰基(Boc)或9-芴基甲氧基羰基(Fmoc)。
应该理解，特别是对于合成的容易性，特殊类化合物的特征在于主链部分-A-B-与至少部分连接基Y共同衍生自一个或多个氨基酸，特别是衍生自选自鸟氨酸、高赖氨酸、赖氨酸、二氨基丁酸和二氨基丙酸的氨基酸，特别是鸟氨酸。
虽然化合物可包括最多24个链段，但是，通常优选该化合物包含式G的2-20个链段、优选2-10个链段(例如2-6个链段、2-4个链段)、优选2个链段。
将更具体的一类化合物用式Gh表示：
Figure A0181289700171
其中，n是正整数，例如1-19，例如1-9，例如为2；所有的Y0，..Yn彼此独立地是如上定义的连接基；所有的L0，..，Ln彼此独立地是发色团；所有的A0，..，An彼此独立地是如上所定义的A的基团；所有的B1，..，Bn彼此独立地是如上所定义的B的链；Q和Z是端基。
基团Q和Z通常彼此独立地选自与上面所定义的R2和R3相同的基团，非必需地被含有1至5个氨基酸的链所取代的基团，或被如上所定义的链B延伸的基团；当基团Q和Z中的一个或两个都是碳环或杂环或大分子环的一部分时，Q和/或Z选自上述基团和单键的双游离基。基团Q和Z对环加成反应没有直接影响，但是对环加成反应前的发色团的排列有影响，由此影响到反应速率和效率。
当A是C-R时，基团Z通常选自α-氨基酸的侧链、氢、甲基、氰甲基、乙基、1-丙基、2-丙基、2-甲基-1-丙基、2-羟基-2-甲基-1-丙基、1-丁基、2-丁基、甲基硫代乙基、苄基、对氨基-苄基、对碘-苄基、对氟-苄基、对溴-苄基、对氯-苄基、对硝基-苄基、3-吡啶基甲基、3，5-二碘-4-羟基-苄基、3，5-二溴-4-羟基-苄基、3，5-二氯-4-羟基-苄基、3，5-二氟-4-羟基-苄基、4-甲氧基-苄基、2-萘基甲基、1-萘基甲基、3-吲哚基甲基、羟甲基、1-羟乙基、巯基甲基、2-巯基-2-丙基、4-羟基苄基、氨基羰基甲基、2-氨基羰基乙基、羧甲基、2-羧乙基、氨基甲基、2-氨基乙基、3-氨基-丙基、4-氨基-1-丁基、3-胍基-1-丙基、4-咪唑基甲基、C1-24-烷基、N-(C1-24-酰基)-氨基-(C1-6-烷基)，和(1-5个氨基酸链)-氨基-(C1-6-烷基)，和1，3-丙烯、2-羟基-1，3-丙烯或1，4-丁烯分别形成吡咯烷环、3-羟基-吡咯烷环或哌啶环，包括A以及与A相邻的Y的氮原子；当A是N时，基团Z通常选自氢、氨基-C1-4-烷基、N-单-或二(C1-24-烷基)-氨基-C1-4-烷基、C1-24-酰基氨基-C1-4-烷基和(1-5个氨基酸链)-氨基-C1-4-烷基。
术语“1-5个氨基酸链”是指通过胺键彼此连接的氨基酸组成的基团。应该理解，当将基团“1-5个氨基酸链”连接到胺上时是通过C-末端连接，当连接到羰基上时是通过N末端(或侧链氨基酸)连接。
当A是C-R时，基团Q通常选自氢、羧基、氨基羰基、单-或二(C1-24-烷基)氨基羰基、(1-5个氨基酸链)-羧基；当A是N时，基团Q通常选自氢、羧基-C1-3-烷基、氨基羰基-C1-3-烷基、单-或二(C1-24-烷基)氨基羰基-C1-3-烷基；C1-24-烷氧基羰基-C1-3-烷基和(1-5个氨基酸链)-羧基-C1-3-烷基。
在式Gh中一小类可应用的化合物具有如下结构式：
Figure A0181289700191
其中，所有的Y0...，Yn彼此独立地选自-O-(CH2)p-C(＝O)-NH-、-(CH2)p-C(＝O)-NH-、-O-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-(CH2)p-，其中p是0-5；所有的B1，..，Bn彼此独立地选自-(CH2)q-NH-C(＝O)-(CH2)r-、-(CH2)q-C(＝O)-NH-(CH2)r-，其中q和r彼此独立地是0-6，例如0-4，q+r的和是0-6，例如2-4；所有的R(0)，..，R(n)彼此独立地选自氢和非必需地被取代的C1-4-烷基；Q选自氢、羧基、氨基羰基、单-或二(C1-6-烷基)氨基羰基和(1-5个氨基酸链)-羰基；Z选自α-氨基酸的侧链。
更特殊的一小类化合物用下式的化合物表示：
Figure A0181289700192
其中，q是1-4，n是1-9，例如，其中Q选自氢和氨基羰基(H2N-C(＝O)-)；Y0，..，Yn选自-O-CH2-C(＝O)-NH-和-CH2-C(＝O)-NH-；Z选自氢和甲基；n是1-4的那些；
例如，其中Q是氨基羰基(H2N-C(＝O))的；Y0，..，Yn是-O-CH2-C(＝O)-NH-；Z选自氢和甲基的那些，
例如，其中n是1；Q是氨基羰基(H2N-C(＝O))；Y0是-O-CH2-C(＝O)-N＜；Y1是-O-CH2-C(＝O)-NH-；Z是氢或甲基的那些。
另外更特殊的一小类用下式的化合物表示
Figure A0181289700193
其中，所有的Y0，..，Yn彼此独立地选自-O-(CH2)p-C(＝O)-、-(CH2)p-C(＝O)-、-(CH2)p-NH-C(＝O)-和-O-(CH2)p-NH-C(＝O)-，其中p是0-5；所有的B1-Bn彼此独立地选自-(CH2)q-NH-C(＝O)-(CH2)r-、-(CH2)q-C(＝O)-NH-(CH2)r-，其中q和r都为0-4，q+r的和为2-4，其中，一个或多个亚甲基中的一个氢原子是非必需地被选自α-氨基酸的侧链的基团所取代；Q选自氢、羧基-C1-3-烷基、氨基羰基-C1-3-烷基、单-或二(C1-6-烷基)氨基羰基-C1-3-烷基；Z选自氢、C1-6-酰基氨基-C1-4-烷基；例如，具有下式的化合物
Figure A0181289700201
其中，q和r都是1-3，q+r的和是2-4。
将另外更特殊的一小类用下式的化合物表示其中，所有的Y0-Yn彼此独立地选自-O-(CH2)p-C(＝O)-、-(CH2)p-C(＝O)-、-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-O-(CH2)p-NH-C(＝O)-，其中p是0-5；所有的B1-Bn彼此独立地选自-C(＝O)-(CH2)q-NH-C(＝O)-(CH2)r-、-C(＝O)-(CH2)q-C(＝O)-NH-(CH2)r-、-(CH2)s-，其中q和r都是0-3，q+r的和是1-3，s是2-6，其中，一个或多个亚甲基中的一个氢是非必需地被选自α-氨基酸的侧链的基团所取代；Q选自氢、羧基-C1-3-烷基、氨基羰基-C1-3-烷基、单-或二(C1-6-烷基)氨基羰基-C1-3-烷基，Z选自氢、C1-4-烷基、C1-6-酰基氨基-C1-4-烷基；
例如下式的化合物，或者是下式的化合物
Figure A0181289700211
其中，s是1-4，优选2或3。
应该认为，上述分子式的多数化合物具有独特的新颖性，由此组成了本发明的另一方面。因此，本发明还提供了式X的化合物其中，a是0-2，b是1-5；L选自N-(C1-6-烷基)-胸腺嘧啶、蒽、吖啶鎓和并四苯；Q选自氢、羧基、氨基羰基、单-或二(C1-24-烷基)氨基羰基、(1-5个氨基酸链)-羧基；Z选自α-氨基酸的侧链、氢、甲基、氰甲基、乙基、1-丙基、2-丙基、2-甲基-1-丙基、2-羟基-2-甲基-1-丙基、1-丁基、2-丁基、甲基硫代乙基、苄基、对氨基-苄基、对碘-苄基、对氟-苄基、对溴-苄基、对氯-苄基、对硝基-苄基、3-吡啶基甲基、3，5-二碘-4-羟基-苄基、3，5-二溴-4-羟基-苄基、3，5-氯-4-羟基-苄基、3，5-二氟-4-羟基-苄基、4-甲氧基-苄基、2-萘基甲基、1-萘基甲基、3-吲哚基甲基、羟甲基、1-羟乙基、巯基甲基、2-巯基-2-丙基、4-羟苄基、氨基羰基甲基、2-氨基羰基乙基、羧甲基、2-羧乙基、氨基甲基、2-氨基乙基、3-氨基-丙基、4-氨基-1-丁基、3-胍基-1-丙基、4-咪唑基-甲基、C1-24-烷基、N-(C1-18-酰基)-氨基-(C1-6-烷基)和(1-5个氨基酸链)-氨基-(C1-6-烷基)；例如，其中b是2-4；Q选自氢、羧基、氨基羰基、单-或二(C1-18-烷基)氨基羰基、(1-5个氨基酸链)-羧基；Z选自α-氨基酸的侧链、氢、甲基、氰甲基、乙基、1-丙基、2-丙基、2-甲基-1-丙基、2-羟基-2-甲基-1-丙基、1-丁基、2-丁基、甲基硫代乙基、苄基、对氨基-苄基、对碘-苄基、对氟-苄基、对溴-苄基、对氯-苄基、对硝基-苄基、3-吡啶基甲基、3，5-二碘-4-羟基-苄基、3，5-二溴-4-羟基-苄基、3，5-二氯-4-羟基-苄基、3，5-二氟-4-羟基-苄基、4-甲氧基-苄基、2-萘基甲基、1-萘基甲基、3-吲哚基甲基、羟甲基、1-羟乙基、巯基甲基、2-巯基-2-丙基、4-羟基苄基、氨基羰甲基、2-氨羰基乙基、羧甲基、2-羧乙基、氨基甲基、2-氨基乙基、3-氨基-丙基、4-氨基-1-丁基、3-胍基-1-丙基、4-咪唑基甲基、C1-18-烷基、N-(C1-18-酰基)-氨基-(C1-6-烷基)和(1-5个氨基酸链)-氨基-(C1-6-烷基)；例如，其中Q选自氢、羧基、氨基羰基、单-或二(C1-12-烷基)氨基羰基、(1-5个氨基酸链)-羧基；Z选自α-氨基酸的侧链、氢、甲基、氰甲基、乙基、1-丙基、2-丙基、2-甲基-1-丙基、2-羟基-2-甲基-1-丙基、1-丁基、2-丁基、甲基硫代乙基、苄基、对氨基-苄基、对碘-苄基、对氟-苄基、对溴-苄基、对氯-苄基、对硝基-苄基、3-吡啶基甲基、3，5-二碘-4-羟基-苄基、3，5-二溴-4-羟基-苄基、3，5-二氯-4-羟基-苄基、3，5-二氟-4-羟基-苄基、4-甲氧基-苄基、2-萘基甲基、1-萘基甲基、3-吲哚基甲基、羟甲基、1-羟乙基、巯基甲基、2-巯基-2-丙基、4-羟基苄基、氨基羰基甲基、2-氨基羰基乙基、羧甲基、2-羧乙基、氨基甲基、2-氨基乙基、3-氨基-丙基、4-氨基-1-丁基、3-胍基-1-丙基、4-咪唑基甲基、C1-12-烷基、N-(C1-12-酰基)-氨基-(C1-6-烷基)和(1-5个氨基酸链)-氨基-(C1-6-烷基)。
还令人感兴趣的是其中b是3的那些，Q是氨基羰基，Z是氢或α-氨基酸的侧链如氢或甲基的那些。
本发明还提供了式XI的化合物其中，a是0-2，b是1-3，c是1-3；L选自N-(C1-6-烷基)-胸腺嘧啶、蒽、吖啶鎓和并四苯；Q选自氢、羧基-C1-3-烷基、氨基羰基-C1-3-烷基、单-或二(C1-24-烷基)氨基羰基-C1-3-烷基；C1-24-烷氧基羰基-C1-3-烷基和(1-5个氨基酸的链)-羧基-C1-3-烷基；Z选自氢、氨基-C1-4-烷基、N-单-或二(C1-24-烷基)-氨基-C1-4-烷基、C1-24-酰基氨基-C1-4-烷基和(1-5个氨基酸的链)-氨基-C1-4烷基；或者是其中，Q选自氢、羧基-C1-2-烷基、氨基羰基-C1-2-烷基、单-或二(C1-18-烷基)氨基羰基-C1-2-烷基；C1-18-烷氧基羰基-C1-2-烷基和(1-5个氨基酸的链)-羧基-C1-2-烷基；Z选自氢、氨基-C1-3-烷基、N-单-或二(C1-18-烷基)-氨基-C1-3-烷基、C1-18-酰基氨基-C1-3-烷基和(1-5个氨基酸的链)-氨基-C1-3-烷基；或者是其中，Q选自氢、羧基-CH2、氨基羰基-CH2、单-或二(C1-12-烷基)氨基羰基-CH2、C1-12-烷氧基羰基-CH2和(1-5个氨基酸的链)-羧基-CH2；Z选自氢、氨基-(CH2)2、N-单-或二(C1-12-烷基)-氨基-(CH2)2、C1-18-酰基氨基-(CH2)2和(1-5个氨基酸的链)-氨基-(CH2)2。
还令人感兴趣的是其中b是2-3，c是1-2的那些，以及b是2，c是1的那些，以及Q是H2NC(＝O)CH2、Z是H2NCH2C(＝O)NH(CH2)2的那些。
本发明还提供了包含本文所述的化合物的材料，特别是包含上述定义的式X或XI化合物的材料。本发明还提供了包含上述定义的式X或XI化合物和基质的光存储介质。基质通常是玻璃、石英、聚碳酸酯、聚烯烃等。
肽基OPTIDES的合成
本发明的优点在于通过使用常规的肽化学技术(如溶液相肽合成和固相肽合成)可以合成特别适于光学应用的化合物。标准的固相肽方案的优点在于其通过Merrifield固相合成能够逐步得到单分散的并且化学表示明确的肽。
当使用化合物时，术语“单分散”是指讨论中的化合物的分子是相同的。应该理解，“单分散”实际上是理论术语，在本文中是指在所用的技术如固相肽化学技术内化合物尽可能纯，因此，单分散化合物可包含痕量杂质，以使化合物的纯度至少为98％、优选99％、特别优选99.9％。
基于二氨基酸Nα取代的寡肽的OPTIDES合成包括三种保护，所述的保护使用叔丁氧基羰基(Boc)作为弱酸不稳定的δ-氨基保护基、9-芴基甲氧基羰基(Fmoc)作为弱碱不稳定的α-氨基保护基和4-甲基二苯甲胺(MBHA)作为强酸不稳定的结合键连接到固体载体上。固相合成的每个循环都有两个单独的偶合步骤组成。第一步骤引入主链单元，第二步骤引入侧链单元。
将分子结合到固体基质上的原理已知称作固相合成或Merrifield合成，所述的固体基质在化学转化过程中有助于中间体产物“保留痕迹：氨基酸生成肽的分步或分段固相合成的确定的方法通常使用轻度交联的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的粒状基质，通过其中已加入二乙烯基苯混合物的苯乙烯单体的珠状聚合形成交联共聚物。通常采用1-2％交联程度。在本发明的范围中，还可将此基质用于固相OPTIDE合成。
关于固相的初始官能化，已经描述了50多种与常规的固相肽合成有关的方法[参见Barany & Merrifield in″The Peptides″Vol.2，Academic Press，New York，1979，pp.1-284和Stewart & Young，″Solid Phase Peptide Synthesis″，2nd Ed.，Pierce Chemical Company，Illinois，1984]，其中，最广泛应用的是引入氯甲基(Merrifield树脂；通过氯甲基甲醚/SnCl4反应)、氨基甲基(通过N-羟甲基-邻苯二甲酰亚胺反应)的反应。不管其性质，官能化的目的通常是在共聚物固体载体与需要偶合到固体载体上的第一个氨基酸的C末端之间形成结合键。方便的是通常用mmol/g表示官能团的“浓度”。最初引入的其它反应性官能团包括4-甲基二苯甲基氨基和4-甲氧基二苯甲基氨基。所有这些已确定的方法原则上都可用于本发明的上下文中。在本发明的上下文中，OPTIDE合成法的优选实施方案使用氨基甲基作为初始官能团，因为氨基甲基特别有利于引入“间隔基”或“控制基(handle，)：原因在于氨基甲基官能团的氨基在间隔基形成试剂的一端相对于基本上定量形成键合到羧酸基团上的酰胺具有反应性。已经描述了许多有关形成间隔基或控制基的双官能团试剂[参见Barany等人.lnt.J.Peptide Protein Res.30，705(1987)]，特别是对于氨基例如氨基甲基官能团中的氨基具有反应性的试剂，其包括4-(卤代烷基)芳基-低级链烷酸如4-(溴甲基)苯乙酸、Boc-氨基酰基-4-(氧基甲基)芳基-低级链烷酸如Boc-氨基酰基-4-(氧基甲基)苯乙酸、N-Boc-对酰基二苯甲胺如N-Boc-对戊二酰基二苯甲胺、N-Boc-4’-低级烷基-对酰基二苯甲胺如N-Boc-4’-甲基-对戊二酰基二苯甲胺、N-Boc-4’-低级烷氧基-对酰基二苯甲胺如N-Boc-4’-甲氧基-对戊二酰基二苯甲胺和4-羟甲基苯氧基乙酸。在本发明的上下文中，有关的一类间隔基是衍生自4-苯乙酰氨基甲基的吸电子效应的苯乙酰氨基甲基(Pam)控制基，其对于Boc-氨基去保护试剂三氟乙酸(TFA)的稳定性比典型的苄酯化学键稳定100倍。
在本发明的范围中，特别有关的一些官能团是基于二苯甲基氨基及其衍生物的那些，包括4-甲基二苯甲基氨基和4-甲氧基二苯甲基氨基，为了从固体载体中解离合成的OPTIDE链而将其引入以便使得OPTIDE链的C末端是酰胺形式。
关于引入间隔基或控制基的另一种策略是所谓的“预形成的控制基”的策略[参见Tam等人，Synthesis 955-57(1979)]，该策略为偶合第一氨基酸提供了完全的控制，并排除了因存在与肽或OPTIDE合成无关的不需要的官能团而带来的复杂情况的可能性。其它有用的结合方案包括“可多次分离的”树脂[Tam等人，Tetrahedron Lett.4935(1979)和J.Am.Chem.Soc.102，6117(1980)；Tam，J.Org.Chem.50，5291(1985)]，该方案提供了一种以上的释放方式，因此在合成设计上更具有灵活性。
尽管在常规的固相肽合成中还存在许多公知的其它可能性，例如保护组合还包括基于叔丁基或苄基的基团，但是，对于δ氨基(或通过其发生低聚反应的任何其它的主链氨基)的N-保护，适当的选择是叔丁氧基羰基(Boc)，通常将其与9-芴基甲氧基羰基(Fmoc)组合使用以进行α氨基(或通过其连接侧链的任何其它侧基或主链氨基)的N-保护，反之亦然。因此，其它有用的氨基保护基具有很宽的范围，其中的一些是Adoc(2-金刚烷氧基羰基)、Bpoc(2-(对联苯基)-2-丙氧基羰基)、Mcb(1-甲基环丁基)、Bic(5-苯并异呃唑基亚甲氧基羰基)、邻硝基苯基亚磺酰基(Nps)和二噻丁二酰基(Dts)。除了这些氨基保护基、特别是那些基于广泛使用的氨酯官能团(其在偶合大多数α-氨基酸的过程中能成功地禁止外消旋作用(通过容易形成的呃唑啉酮(二氢唑酮)中间体的结构互变作用而调整)外，很清楚，在合成OPTIDE分子时非聚氨酯类的整个范围内的氨基保护基是可用的。最后，不论化学合成OPTIDE分子的整个策略是依赖于氨基和侧链保护的差别酸稳定性还是使用正交的、即化学选择性的保护方案，侧链保护基的选择通常取决于氨基保护基的选择，因为侧链官能团的保护必须能够承受反复进行的氨基去保护循环的条件。
由于在固相肽合成的合成循环中大多数操作是相同的(对于固相OPTIDE合成也是如此)，所以已经报道了目的在于促进并加快制备大量肽的新型基体长链聚苯乙烯接枝的聚乙烯膜(PEPS)[Berg等人.，J.Am.Chem.Soc.111，8024(1989)]。据推论，PEPS膜载体(包括适于讨论中的特殊化学过程的连接基或间隔基)在多重OPTIDE分子的合成中应该是有价值的。为同时合成大量肽所提出的两种其它的方法也应该应用于制备多重OPTIDE分子：其中的第一种方法是使用丙烯酸接枝的聚乙烯棒以及96微量滴定源以固定生长的肽链并进行间隔性合成，第二种方法使用含有常规使用的聚合物珠粒的“茶叶袋”以间隔合成。在本发明的范围中，对于合成多肽或OPTIDE的其它相关建议包括同时使用具有不同密度的两种不同载体、通过歧管连接反应容器、多塔固相合成、使用纤维素纸张、“部分混合”和库存方法。另外，可以使用的另外一种库存方法，也就是最近报道的“光控制的空间上可寻址的平行化学合成’技术[Fodor等人，Science 251，767(1991)]，该技术组合使用固相化学和照相平印法按照基本上相同的方式就可生成数千种高度多样性、但可确认的、永久固定的化合物(例如肽)。
在固相OPTIDE合成的范围中，虽然目前优选常规交联苯乙烯/二乙烯基苯共聚物和其它聚苯乙烯基材料，但是，可能相关的、以任何适当形式形成并间隔化的固体载体的非限制性例子为：(1)基于与N，N’-二丙烯酰基乙二胺(包括已知量的N-叔丁氧基羰基-β-丙氨酰基-N’-丙烯酰基己二胺)交联的二甲基丙烯酰胺的共聚物颗粒。通常通过β-丙氨酰基、接着通过氨基酸残基亚基加合数种间隔分子。另外，在聚合过程中用丙烯酰基肌氨酸单体代替含有β-丙氨酰基的单体以形成树脂珠粒。将珠粒与乙二胺进行反应，然后进行聚合以形成含有共价连接的官能团的伯胺的树脂颗粒。
本发明的范围还涉及与由珠状聚乙二醇聚丙烯酰胺共聚物组成的所谓PEGA树脂。聚丙烯酰胺基载体比聚苯乙烯基载体相对地更具有亲水性，通常将其与包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮等的极性质子惰性的溶剂一起使用；(2)固体载体的第二个基团是基于含有二氧化硅的颗粒如多孔玻璃珠和硅胶。一个例子是三氯-[3-(4-氯甲基苯基)丙基硅烷和Waters Associates，Framingham，Mass，MA销售的商标为PORASIL E的多孔玻璃珠的反应产物。类似地，据报道1，4-二羟基甲苯和二氧化硅的单酯(由Waters Associates以商标BIOPAK销售)也是有用的；(3)将第三种常用类型的有用固体载体称作复合物，因为其由两种主要成分，树脂和另一种材料组成，所述另一种材料对于所采用的有机合成反应条件基本上也是惰性的。一种示范性的复合物利用涂有含反应性氯甲基的疏水、聚合、交联的苯乙烯的玻璃颗粒，并由NorthgateLaboratories，Inc.，Hamden，CT供应。另一种示范性的复合物含有聚苯乙烯接枝于其上的氟化乙烯聚合物的内核。最后，(4)除了PEPS外，邻接的固体载体如棉板和涂有聚丙烯膜的丙烯酸烃丙酯也适于OPTIDE合成。
不论是手动还是自动操作，在本发明的范围中，通常间歇进行固相OPTIDE合成。但是，大多数合成方法同样能够以将载体填充到柱子中的连续流动方式进行。对于连续流动式固相合成，刚性的聚(二甲基丙烯酰胺)-硅藻土载体显得特别成功，但是，另一种有价值的构型是得到标准的共聚(苯乙烯-1％-二乙烯基苯)载体。
在OPTIDE合成的范围中，虽然目前优选固相技术，但是，也可以应用其它的方法或其组合，例如组合固相技术的例子：(1)当特别考虑到OPTIDE化合物的大规模生产(克、千克、甚至是吨)时，不管是分步合成还是分段冷凝合成肽的典型溶液相方法[例如Bodanszky，″Principles of Peptide Synthesis″，Springer-Verlag，Berlin-NewYork(1984)]都是特别相关的；(2)另外，使用可溶性聚合物载体如直链聚苯乙烯和聚乙二醇(PEG)的所谓的“液相”策略也是有用的；(3)得到多分子量(“多分散”)肽或OPTIDE分子的混合物的无规聚合与制备较厚膜的目的有关；(4)基于使用聚合物负载的氨基酸活性酯的技术、有时称作“逆Merrifield合成”或“聚合物试剂合成”的技术具有分离和纯化中间体产物的优点，由此为合成中等大小、非必需地被保护的OPTIDE分子提供了特别适当的方法，所述合成的OPTIDE分子随后可用于分段缩合成较大的OPTIDE分子；(5)可以想象，OPTIDE分子可通过酶如具有新型特异性的蛋白酶或其衍生物(例如通过人工方法如蛋白质工程得到)进行酶催化地合成。另外，为了考虑将大量的OPTIDE片段缩合成非常大的OPTIDE分子，还可以设想发展“OPTIDE连接酶”(目前大量的努力正转向“肽连接酶”的发展)；(6)由于抗体可产生于实际上任何有关的分子，所以最近开发的、由Lerner团体同时发现的催化抗体(抗体酶)也应该看作是合成OPTIDE分子的潜在选择。因此，在制备所谓的用于催化酰基转移反应的抗体酶方面已取得相当大的成功。最后，也可开发近来由Stewart团体首创的完全人工化的酶以适应OPTIDE合成。总之，没有单一策略可以完全适于合成具体的OPTIDE分子，因此，正如本领域的技术人员理解的那样，有时各种方法的组合可取得最佳结果。
含肽材料的制备
按照在同一分子的两个发色团之间可以进行基本上所有的环加成反应的方式来制备所述的材料。为了制备厚膜(10-1000μm)，可以将化合物引入到聚合物基质中。通过在聚合物基质中的“稀释”可有利于同一分子内的两个发色团之间的环加成反应。还可解释为，令人感兴趣的是化合物占该材料的至少80％，例如至少90％，特别是至少95％，或者是该材料基本上由化合物组成。该材料还可包含两种或多种如上定义的化合物。
该材料的膜厚度为0.5μm至1000μm，例如0.5μm至100μm，如1至10μm、约为5μm，通过使化合物的溶液(任选地在与聚合物材料的混合物中)在含有该材料的基体表面上干燥而将该材料涂布。另外，为了工业应用的目的，还可将该化合物旋涂到基体上。
为了制备该材料的薄膜，先称量适量的该材料如25mg，然后将其溶于溶剂或溶剂混合物。例如，溶剂可以是六氟异丙醇、二氯甲烷或三氟乙酸。一个令人感兴趣的优点是能够将化合物制成水溶性的，因此将用在制备过程中的溶剂对环境非常友好。通过注射过滤器过滤该溶液并将其浇注到基材上。基材通常由玻璃、石英、聚碳酸酯、聚烯烃等制成。在其中需要紫外线透射的特殊情况下，可使用石英基材。如果需要制备CD，则基体材料可以是塑料如聚碳酸酯。其它适当的基材可由环状烯烃如聚酯薄膜制成。
肽在光存储器中的应用
本发明在于新的理解为，在用第一强度的第一波长处照射包含化合物(所述的化合物在每个单体链段包含发色团)的二聚物或低聚物的材料时，所述的材料会发生光学变化。
与材料的自然(没有二聚的)区域相比，由于局部区域的折射指数的变化对应着信息，所以通过测定在第二波长处照射材料所产生的反射、折射、透射或衍射来提取信息或一部分信息。这可按照实施例中的描述完成。应该理解，将该材料相对于光源时常移动，从而能够扫描该材料的表面(预定区域)。如与常规方法相同。
本发明涉及将包含本文所述化合物的材料用于光存储器如数字式(位)和全息存储器的方法。化合物在材料中优选以薄膜的形式使用。对于能够在材料中光学存储信息的可能性技术的概述，可以参见WO 96/38410。可以提到的一个例子是用能够引起发色团的二聚作用的紫外光照射材料，由此改变材料的折射指数。
一种记录信息的方法是在适当的第一波长处用第一强度的光照射含有发色团的材料。通过适当的光学装置将激光束聚焦到材料上。发色团因此进行环加成过程并形成二聚物。二聚物在照射波长处的吸收远小于发色团的吸收。这将导致在照射区域折射指数的变化。因此，能够在对应着感光二聚区域的材料内书写位。
为了读出信息，可以减小书写光线的强度，也就是，使用对应于第一波长的第二波长，但是采用低于第一强度的第二强度。这样做的目的是为了在其它区域不无意识地产生感光二聚作用。当读出(第二)波长与书写(第一)波长相同时，能够得到最大的存储密度而没有损失信号噪声比。如果该材料对于形成二聚物表现出阈值，则这对读出过程是理想的。在这种情况下，第二强度通常应该小于第一强度的1/10，例如1/50，或者是甚至小于1/100，如1/1000。据认为，能够得到非常多的读取循环如1,000,000次而没有在其它区域引起大量的感光二聚作用。
另外，为了读出信息可以使用不同的波长(第二波长)。该波长可位于二聚物吸收带的外面。为了读出信息还可以采用折射指数的变化。因此，可以用红色激光束读取紫外线中记录的位。在这种情况下，甚至在数次读取循环后也没有出现信号噪声比的降低。
由于光存储介质适于几乎所有类型的信息，所以优选使用更少耗电的小型光发射体如光电二极管、激光二极管、照明灯或低功率气体激光器。这些光发射体的波长在目前为100至1600nm，功率为几个毫瓦至几瓦。
化合物优选是一种当用100-1600nm范围内的单一波长的光线照射时其发色团能够永久地或基本上永久地转化成二聚物的化合物。在这种情况下，感光二聚物在室温非常稳定。但是，根据Optide的结构，二聚物在较短波长或较长波长处通过照射而转化成单体。
为了便于书写信息，优选用波长为200至700nm、能量为1mJ/cm2至10J/cm2的光照射至多1000秒钟，更加特别优选用波长为220至600nm、能量为50mJ/cm2至5J/cm2的光照射至多1000秒钟，或者是更加特别优选用波长为250-515nm如四倍频率的YAG激光器发射的266nm或氪激光器发射的350nm、能量为2J/cm2的光照射至多400秒钟如至多300秒钟。在本发明的化合物中，甚至更短的照射时间如至多100秒钟、如至多30秒钟或至多10秒钟、甚至小于5秒钟如小于1秒钟能够便利于信息的存储。
在一个实施方案中，为了用可利用的激光源容易地书写，优选将化合物的发色团通过用单一波长为100-1600nm如200-600nm、优选220-500nm如250-360nm、如四倍的YAG激光器发射的266nm或氪离子激光器发射的350nm的光照射而永久地或基本上永久地转化成二聚物。
当然，在上述范围内可发射光的所有类型的光源如激发物激光器、两倍频率的YAG激光器、Kr激光器、二极管激光器和同步加速器源都可用于在化合物内书写信息。公知的激光波长的例子是：四倍频率的YAG激光器发射的266nm、氩离子激光器发射的360、488和515nm、氪激光器发射的350、403、407、578和647nm、YAG激光器发射的1064、532和266nm、He-Ne激光器发射的633nm、二极管激光器发射的780、850、1320和1550nm。任选地通过近场存储技术还可用于数字式存储信息如位的是聚焦激光束、Hg照明灯等。
将该类型的信息通常存储在材料的至少一大部分表面上，如以薄膜的形式。可以通过聚焦激光存储的位存储二进制信息。在这种情况下，存储密度取决于位的尺寸。已经表明，通过λ/NA给出位的尺寸，其中λ是激光波长，NA是用于聚焦激光束的光学装置的数值孔径。当激光波长为266nm、光学装置数值孔径为1时，可以得到266nm的位尺寸。在CD-ROM形状因数的单侧将得到约20千兆字节的存储容量。术语“局部区域”是指通过照射对应于所需的位尺寸的材料区域而将信息或更准确地说，一条信息存储在材料上。所需的位尺寸可远大于理论上的最小位尺寸(参见上面的描述)如10倍或更大。由于材料中的非线性光效应，所以所需的位尺寸甚至小于理论上的最小位尺寸。
为了便于使用低能量光源存储信息(如果国内用户要进行存储通常需要低能量光源)，当化合物是厚度为0.5μm至1000μm的薄膜形式或者被引入其中时，优选将光以1mJ/cm2至10J/cm2的能量施加到化合物上以得到信息的存储。当化合物是厚度为0.5μm至100μm的薄膜形式或者被引入其中时，特别优选将光以50mJ/cm2至5J/cm2的能量施加到化合物上。
为了能够使用安全光源存储信息，当化合物是厚度为1至10μm的薄膜形式时，优选将光以100mJ/cm2至5J/cm2的能量施加到薄膜上，例如当化合物是厚度约为5μm的薄膜形式时光的能量约为2J/cm2。
通常优选的是，感光二聚作用伴随着材料折射指数的变化。在这种情况下，入射光的主要部分透射穿过材料，由此增加了信息检测中的信号噪声比。
折射指数的变化通常是处在各向同性状态中化合物的折射指数的至少0.1％，例如至少0.5％、优选至少1％、如至少5％、优选至少10％、如至少30％。折射指数的大的调整通常在信号检测中产生更好的信号噪声比。
一种擦除材料中的信息的方法是应用与书写所用的波长(第一波长)不同的波长(第二波长)的一束光。在所有的感光二聚情况下，二聚物通过较短波长的光可裂化成单体。方便并且优选的是用单色光如相干光、特别是激光照射化合物。
信息还可以是一组具有类似形式的信息，也就是非数字形式，例如以表面浮雕或全息照相图的形式。但是，存储的信息通常是数字的。类似物以及数字信息的组合也可以存储在同一材料中。
另一种在材料中记录信息的方法是借助全息照相术。在这种情况下，利用光束分流器将入射激光束分成两部分。称作参比光束的一部分光束直接照射到薄膜上。称作目标光束的另一部分光束穿过需要存储的目标物体也照射到薄膜上。调节实验装置使得两束光恰好照射到薄膜的同一点上，从而产生表示该目标物体的特征的干扰条纹。为了重现，用相同或不同波长的光以结合到参比光束上的方式照亮入射点。然后重新产生该物体。对于使用二聚作用的全息照相记录，这可提供良好的选择。
当在二聚物未吸收的波长处读出全息照相图时，可得到相位全息照相图，衍射效率会高得多。
在一个实施方案中，第一和第二具体波长基本上是相同的，但是，第一强度比第二强度高出至少2倍如5倍、10倍。
另外，第一波长和第二波长相差至少10nm如至少25nm。
在另一个实施方案中，用第一波长为100-1600nm的偏振光照射材料，用第二波长为100-1600nm的偏振光同时或随后照射所述的化合物。
在另一个实施方案中，在第一和第二波长处用线式或圆偏振相干光照射，所述的波长为300-700nm。
该方法还包括在第三波长处照射材料的局部区域的随后步骤，由此诱发光离解，因此重新形成两个发色团。通过该步骤，将信息从材料中擦除，然后将材料用于书写和读出的新循环。根据具体情况，通过用波长为100-1600nm的光照射可擦除存储的信息。
光照射材料改变了材料的吸收或折射指数。吸收的变化总是伴随着折射指数的变化。吸收和折射指数的变化通过Kramers-Kronig关系式相关联。
光照射材料可以改变从材料中出来的光的频率或偏振。因为荧光波长不同于激发波长，所以这可能是并四苯和并五烯发色团的情况。感光二聚物的形成能够抑制单体的荧光。荧光检测比吸收变化检测敏感得多。
据认为，应该将材料暴露于高温，然后将环状加合物进行离解，因此，可以认为材料中存储的信息能够忍受(没有被擦除)在100℃进行几周的热存储。
还可以将得到的材料用于微型平版印刷术。该材料的另外用途是制造应用于紫外线、可见光或红外线范围的波导(还可参见如下描述)。
鉴于上面的说明书和权利要求，当然应该理解，本发明还可应用于如下情况：其中将该材料的化合物全部或部分地(即均匀地通过材料)进行二聚，其中用第三强度在第三波长处照射材料的局部区域由此引发材料中存在的环状加合物的光离解作用而在材料中存储信息。用第二强度在第二波长处通过照射可实现读出信息。上面给出的规定和指导路线当然适用于细节上作必要修改的情况。因此，该方法在这种情况下可包括前述步骤，其中用第一强度在第一波长处照射材料的主要区域，由此引发所述材料中的发色团之间的环加成反应，从而在所述的主要区域形成环状加合物。
肽作为光波导的用途
本发明还涉及将肽用于制造光波导或部分光波导及相关系统的方法。该波导可包含两个或多个通过其能进行光传输的通道。可通过将肽材料层旋涂到干净基体如玻璃或半导电或导电基体如硅上来制造波导。通过在发生二聚作用的波长处照射肽膜来形成传输通道。照射区域的折射指数将更高，因此能够引导光线。波导适用于可见光、近IR、IR或UV范围。波导可用于光通信和光互连系统以及相关的光传输应用和系统。醌的感光二聚已经公开一个世纪以上，已知的是一些非二聚形式的蒽二醌类在近IR区域如1560nm表现出非常强的吸收带。因此，含有蒽二醌侧链的肽(以及本文所述的其它类型的化合物)为提供一种可调整用于波导的材料提供了一种选择。通过电或电磁场的应用能够在波导之间可得到光交换。
肽作为用于在紫外线中数字式存储信息的材料的用途
本发明还涉及将肽用作使用紫外光的数字式信息的存储介质的方法。该介质可包含旋涂到玻璃或塑料盘上的肽材料。可以提供适当的折射层和保护层。然后用紫外线区域的光如适当激光器产生的266nm的光照射薄膜。通过高数值孔径透镜将该光线聚焦到肽膜上。然后在该过程中产生“位”。由于在存储过程中涉及到的短波长和高数值孔径，所以可将数千兆字节的信息存储在与压缩数字盘同样大小的磁盘上。使用适当的发色团如吖啶鎓或苯并吖啶鎓可改变将信息存储在光谱的蓝色区的波长。现在可以购买到的蓝色激光二极管。因此，通过Optides中的感光二聚作用在波长350-500nm可实现数字式(位)存储器或全息存储器形式的光学存储。
Optides中表面浮雕特征的形成
本发明还涉及当用UV或蓝色光照射材料时产生表面凹槽的方法。当用光照射Optide膜时，观察到有“孔”生成。(参见图18和19)。据认为的原因是因二聚过程而导致材料体积的减小。在主CD生产过程中可以利用该效应。在这种情况下所述的介质包含旋转涂布到玻璃磁盘上的Optide材料。通过用激光器产生的聚焦光线照射薄膜以常规方式记录“位”。然后将该薄膜用材料如形成主盘的镍进行罩面涂覆，从而形成压模。通过注塑可进行具有高数据容量的简单复制过程。这可应用于诸如数字式电影之类的区域。
实施例
实施例1：dno-716的制备
(a)制备dno-716的固相合成方法
使用三种不同的单体亚基，通过改进的分步Merrifield方法合成OPTIDE二聚物dno-716(参照图1)。第一种是可商购的被保护主链单体Nα-Fmoc-L-Orn(Nδ-Boc)-OH(Bachem-Switzerland)。第二种是可商购的侧链单体胸腺嘧啶-1-乙酸(Aldrich)。此外，将购买的Boc-Gly-OH(Bachem-Switzerland)用于引入甘氨酸作为N末端主链单元。为了得到C末端酰胺，将二聚物装配在最初用0.42mmol氨基/克树脂载荷的对甲基二苯甲胺(MBHA)1％二乙烯基苯交联的聚苯乙烯树脂上(Peninsula，England)(100-200筛目)。用Castro试剂(BOP)(Richelieu，Canada)活化使得当在二氯甲烷中进行偶合时能有效地引入主链和侧链残基，单体的浓度为0.10M，BOP的浓度为0.10M，二异丙基乙胺(DIEA)的浓度为0.20M。分别用20％(v/v)哌啶的N，N-二甲基甲酰胺溶液和5％(v/v)间甲酚的三氟乙酸(TFA)溶液在二氯甲烷中完成Nα-Fmoc和Nβ-Boc基团的交互的去保护作用。详细的合成草案记载于如下的(b)中。始终通过茚三酮反应监测OPTIDE合成的进度[Sarin，V.K.，Kent，S.B.H.，Tam，J.P.&Merrifield，R.B.Anal.Biochem.117，147-157(1981)]，该进度表明每个主链以及每个侧链残基进行单偶合(＞60分钟)，其效率大于99％。在0℃用无水HF将游离的dno-716(Gly-(T)-L-Orn(Nα-T)-NH2)与树脂解离1小时。用50％(v/v)三氟乙酸的二氯甲烷溶液从树脂中萃取出化合物，蒸除溶剂后得到微红色/褐色化合物。0.5克原料树脂得到大约110mg产物。分子量(M+H+)：521.5。
(b)合成草案
在标准的固相肽合成反应容器中进行人工合成(Merrifield，R.B.等人.，Biochemistry，vol.21，pp5020-5031(1982))。如下偶合反应草案用于引入讨论中的单体：制备0.1M单体和0.1M BOP以及0.2M DIEA的溶液并静置2分钟，然后在讨论中的偶合步骤中将其加入到树脂中。偶合时间是1小时或更长。偶合单体后，接着将树脂用DMF(2×2分钟)和二氯甲烷(2×2分钟)洗涤。按照如下草案进行Fmoc基团的去保护：20％哌啶的DMF溶液(1×30分种)、DMF(1×2分钟)、二氯甲烷(1×2分钟)、5％二异丙基乙基胺的二氯甲烷溶液(1×2分钟)、二氯甲烷(1×2分钟)和50％二氯甲烷的DMF溶液(1×2分钟)。按照如下草案进行Boc基团的去保护：5％间甲酚的三氟乙酸溶液(2×2分钟)、50％二氯甲烷的DMF溶液(3×2分钟)、5％二异丙基乙胺的二氯甲烷溶液(2×2分钟)和二氯甲烷(2×2分钟)。
实施例2：dno-718的制备
按照类似于dno-716的方式(参照实施例1)制备OPTIDE二聚物dno-718(参照图2)，所不同的是固相合成使用可商购的Nα-Fmoc-Nβ-Boc-L-二氨基-丙酸(Nα-Fmoc-L-Dap(Boc)-OH)(Bachem-Switzerland)引入C末端主链单元。对树脂结合的dno-718进行最终解离(参照实施例1)，得到约91mg产物。分子量(M+H+)：493.5。
实施例3：dno-717的制备
按照类似于dno-716的方式(参照实施例1)制备OPTIDE二聚物dno-717(参照图3)，所不同的是，为了在dno-717中引入侧链单元，用可商购的蒽-9-羧酸代替胸腺嘧啶-1-乙酸。对树脂结合的dno-717进行最终解离(参照实施例1)，得到约103mg产物。分子量(M+H+)：597。
实施例4：dno-720的制备
按照类似于dno-716的方式(参照实施例1)制备OPTIDE二聚物dno-720(参照图2)，所不同的是，为了在dno-720中引入C末端主链单元(也就是L-Lys)，用Nα-Fmoc-L-Lys(Nε-Boc)-OH(Bachem-Switzerland)代替Nα-Fmoc-L-Orn(Nδ-Boc)-OH。对树脂结合的dno-720进行最终解离(参照实施例1)，得到约96mg产物。分子量(M+H+)：535。
实施例5：pna-1000的制备
使用两种不同的单体亚基，按照类似于早期关于许多肽核酸所描述的方式合成OPTIDE二聚物pna-100(参照图4)[Christensen，L.等人.J.Peptide Sci.3，175-183(1995)]。第一种是可商购的Boc-T(aeg)-OH(微孔)。第二种是可商购的用于引入甘氨酸作为N末端主链单元的Boc-Gly-OH(Bachem-Switzerland)。为了得到C末端酰胺，将二聚物装配到最初用0.42mmol氨基/克树脂载荷的对甲基二苯甲胺(MBHA)1％二乙烯基苯交联的聚苯乙烯树脂上(Peninsula，England)(100-200筛目)。当在50％(v/v)吡啶的N，N-二甲基甲酰胺溶液中用浓度为0.10M的单体进行偶合反应时，2-(1H-苯并三唑-1-基)-1，1，3，3-四甲基脲六氟磷酸盐(HBTU)(Richelieu，Canada)的活化结合原位中和能够有效地引入主链残基。按照关于dno-716的描述(参照实施例1)完成Nδ-Boc基团的去保护以及从树脂中的解离。用50％(v/v)三氟乙酸的二氯甲烷溶液从树脂中萃取出二聚物，蒸除溶剂后得到微红色油状物(约200mg)。(M+H+)：608.6。
实施例6：pna-1001的制备
按照类似于pna-1000的方式(参照实施例5)制备OPTIDE二聚物pna-1001(参照图6)，所不同的是用N-甲基-胸腺嘧啶单体代替胸腺嘧啶单体。
实施例7：dno-816的制备
按照类似于dno-716的方式(参照实施例1)制备OPTIDE二聚物dno-816(参照图7)，所不同的是，为了在dno-816中引入侧链单元，用N-甲基-胸腺嘧啶-1-乙酸代替胸腺嘧啶-1-乙酸。
实施例8：dno-817、dno-818、dno-819、dno820和dno-821的制备
按照类似于dno-716的方式(参照实施例1)分别制备OPTIDE二聚物dno-817(参照图8)、dno-818、dno-819、dno-820和dno-821(参照图9)，所不同的是，为了在dno-816中引入侧链单元，用并四苯-羧酸代替胸腺嘧啶-1-乙酸，为了在dno-818、dno-819、dno-820和dno-821中分别引入侧链单元，用讨论中的吖啶鎓-羧酸代替胸腺嘧啶-1-乙酸。
实施例9：涂有肽膜的玻璃基材的制备
将肽(25mg)溶于六氟异丙醇-三氟乙酸-二氯甲烷的溶液中(76∶18∶6(v/v/v)，400μl)，将生成的红色溶液通过注射过滤器(0.7μm的孔径)过滤。为了制备厚度约为10μm的薄膜，将10-14滴溶液浇注到干燥器中的20mm玻璃板上，然后立即抽成真空。将薄膜在干燥器中干燥30分钟，然后将其转移到烘箱中在90℃过夜。用Dektak靠模工具机测定讨论中的薄膜的厚度。制备厚度为1至15μm的薄膜。所检查的个别薄膜的厚度通常具有小于±3％的厚度差异。当在室温下用偏光显微镜检查薄膜时，所述的薄膜没有表现出双折射。
实施例10：含胸腺嘧啶的肽膜对UV照射的吸收变化
使用以前描述的技术合成含有胸腺嘧啶的肽。目前为止已得到四种不同的肽主链：二氨基丙酸-基(dno-718)、二氨基丁酸-基(dno-719)、鸟氨酸-基(dno-716)和赖氨酸-基(dno-720)。在侧链之间分别具有4、5、6和7个键。从这些肽可以制成薄膜，并用激发物激光器在248nm照射薄膜。将三种二聚物在照射前和照射后的吸收光谱表示在图10-13中。图10-13中的曲线1表示照射前的吸收光谱，曲线2表示用1500脉冲照射后的吸收光谱，曲线3表示用3000脉冲照射后的吸收光谱。用1500脉冲照射后，照射光的总能量估计为2J/cm2，用3000脉冲照射后的总能量估计为4J/cm2。
可以看出，在吸收光谱的变化中，主链起着重要的作用。对于有效的二聚作用，主链的长度似乎是关键。在感光二聚作用中，太短或太长的主链都不是有效的。对于鸟氨酸主链(dno-716)周围的发色团似乎存在最佳值。在这种情况下，吸光度从照射前的约3.0突然下降到照射后的小于0.5。
实施例11：水溶性膜
按照实施例9中的描述还可制备含有胸腺嘧啶的pna Optides薄膜。该材料既溶于有机溶剂又溶于水。用购买的四倍频率的YAG激光器在266nm照射该材料的薄膜。入射到薄膜上的总能量约为5-10J/cm2，照射时间为600秒钟。图14表示溶于HFIP的pna-1000薄膜的吸收光谱，曲线1表示照射前的吸收光谱。曲线2表示同一薄膜在266nm照射后的吸收光谱。曲线3表示同一薄膜在100℃保持72小时后的吸收光谱。图15表示从水溶液得到的pna-1000薄膜的吸收光谱。照射前的光谱用曲线1表示。照射后，将薄膜在100℃保持96小时。图15中的曲线2表示进行该处理后的吸收光谱。可以清楚地看出，吸收光谱在该温度仅表现出微小变化。
实施例12：含有蒽的肽膜对UV照射的吸收变化
为了试验一般概念，将蒽分子连接到鸟氨酸主链上。该材料用dno-717表示。然后将薄膜(按照实施例9中的描述制备)用氪离子激光器在360nm照射60秒钟。能够很容易地观察到吸收光谱的变化。图16的曲线1表示连接到鸟氨酸-甘氨酸主链上的蒽单体的吸收光谱。曲线2表示在350nm用氪激光器照射后薄膜的吸收光谱。
实施例13：″位″的记录和读出
将在350nm波长记录的″位″在同一波长350nm在减小的强度(85/5＝17倍)下读出400次以上的循环而没有任何显而易见的变质。将同一技术用于制造蓝色数字式存储光盘，使用吖啶鎓或苯并吖啶鎓(16)作为感光二聚的发色团。该发色团在400至450nm之间吸收，在较短波长(如约200-250nm)处照射能够被清除。
按照实施例9中的描述，将dno-717薄膜沉积在靠近陪替式培养皿的边缘。然后用氪激光器产生的光在350nm照射薄膜的中央部分。光束的强度为85mW/cm2，螺光时间为20分钟。此后，将激光的强度减小至5mW/cm2。将陪替式培养皿安装到步进电动机上并以1转/5秒钟的速率转动。使用功率表记录透射的光线。图17表示400次循环的最后一次。最大量的吸收是因为没有曝光的薄膜，中央部分吸收的降低是由于发色团在其中产生二聚的局部区域。
实施例14：dno-717中的全息照相记录
为了研究肽二聚物的薄膜对于全息存储器的适应性，用制备的dno-717(按照实施例9中的描述制备)薄膜进行测定。用光束分流器将氩离子激光束在360nm分成两束，然后用两束光干涉dno-717薄膜。在633nm用HeNe激光束读出衍射光栅。照射300秒钟后得到的衍射效率为0.1％。据认为，低的衍射效率是由于吸光度的微小变化以及探测波长远离吸收波长，因此，在该波长能够探测到折射指数非常小的变化。
实施例15：肽二聚物内的表面浮雕
然后用原子力显微镜检测实施例14中所讨论的薄膜。能够观察到对应着光学空间频率的正弦曲线样表面浮雕。图18表示薄膜的原子力显微镜扫描。扫描区域为10μm×10μm。因此，空间频率大约为1000线/mm。在这种情况下得到大于90nm的典型深度。
为了研究在照射过程中是否产生峰或凹槽，将含蒽肽单体的单体薄膜在350nm通过半透明罩曝光于从氪离子激光器发射的UV光线。光束的强度为85mW/cm2，曝光时间为20分钟。所述的罩由大约10微米宽的黑线和大约20微米宽的透明线组成。照射后，用原子力显微镜观察照射后的薄膜，发现产生了对应于该罩的空间频率的表面浮雕。暴露的区域显示出凹槽。这可能是因为在二聚过程中的体积减小。图19表示暴露的薄膜的原子力显微镜扫描。该方法对于通过照射产生的狭窄空间结构的复制有重要意义。
实施例16：表面浮雕的环境稳定性然后将实施例15所讨论的薄膜在烘箱中在110℃保持近16小时。在该处理后将薄膜进行原子力显微镜扫描。图20表示使用原子力显微镜的扫描。其表明表面浮雕在高温下也是稳定的。

Claims (31)

1、一种在材料中光学存储信息并从所述的材料中光学读出信息的方法，所述的材料包含具有至少两个发色团和连接所述发色团的化学键的化合物，所述的方法包括：
(a)在第一强度的第一波长处照射材料的局部区域，由此在材料的所述局部区域中诱导发色团之间的环加成反应，因此形成环状加合物，然后
(b)在第二强度的第二波长处照射材料，由此能够从材料中提取信息或一部分信息。
2、权利要求1所述的方法，其中发色团含有至少一个能加成到另一个双键上的双键，由此形成环状加合物。
3、权利要求2所述的方法，其中发色团是选自含有至少一个双键的如下化合物：无环、有环、双环、三环、四环、多环、杂环、芳香族、聚芳香族和杂芳香族化合物。
4、权利要求3所述的方法，其中发色团选自芳香族、聚芳香族和杂芳香族化合物。
5、前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中至少两个发色团之间的化学键是基于(a)氨基酸或肽；(b)核糖核苷酸、脱氧核糖核苷酸、脱氧核糖核酸、核糖核酸或其衍生物和(c)聚合物核酸(PNA)。
6、前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中两个发色团之间的化学键的长度为4-30个键。
7、前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中化合物包含2-24个下式G的链段其中，L是可感光二聚的发色团；Y-A-B是两个发色团之间的一部分化学键，其中Y是选自如下的连接基：-O-(CH2)p-C(＝O)-NH-、-O-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-O-(CH2)p-C(＝O)-、-O-(CH2)p-NH-、-(CH2)p-C(＝O)-NH-、-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-(CH2)p-C(＝O)-、-(CH2)p-NH-、-OOC-(CH2)p-C(＝O)-NH-、-OOC-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-OOC-(CH2)p-C(＝O)-、-OOC-(CH2)p-NH-、-NH-(CH2)p-C(＝O)-NH-、-N(C1-6-烷基)-(CH2)p-C(＝O)-NH-、-NH-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-N(C1-6-烷基)-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-NH-(CH2)p-C(＝O)-、-N(C1-6-烷基)-(CH2)p-C(＝O)-、-NH-(CH2)p-NH-、-N(C1-6-烷基)-(CH2)p-NH-、-NH-C(＝O)-(CH2)y-C(＝O)-NH-、-N(C1-6-烷基)-C(＝O)-(CH2)p-C(＝O)-NH-、-NH-C(＝O)-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-N(C1-6-烷基)-C(＝O)-(CH2)p-NH-C(＝O)-、-NH-C(＝O)-(CH2)p-C(＝O)-、-N(C1-6-烷基)-C(＝O)-(CH2)p-C(＝O)-、-NH-C(＝O)-(CH2)p-NH-和-N(C1-6-烷基)-C(＝O)-(CH2)p-NH-，其中p是0-5，优选0-2；A选自氮原子和C-R基团，其中R选自氢和非必需地被取代的C1-4-烷基；B是由选自CHR2和C＝O的基团构成的链，其中R2选自α-氨基酸的侧链、非必需地被取代的C1-6-烷基、羟基、非必需地被取代的C1-6-烷氧基、卤素、氰基、氨基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基-C1-6-烷基、(非必需地被取代的C1-6-烷基)羰基氨基、(非必需地被取代的C1-6-烷基)羰基氨基-C1-6-烷基、氨基羰基、氨基羰基-C1-6-烷基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基羰基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基羰基-C1-6-烷基、非必需地被取代的C1-6-酰基、非必需地被取代的C1-6-酰氧基、羧基和(非必需地被取代的C1-6-烷氧基)羰基；所述的链B任选地被一个或多个选自-O-和-NR3-的基团所中断、引发或终止，其中R3选自氢、C1-6-烷基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基-C1-6-烷基、(非必需地被取代的C1-6-烷基)羰基氨基-C1-6-烷基、氨基羰基-C1-6-烷基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基羰基、单-或二(非必需地被取代的C1-6-烷基)氨基羰基-C1-6-烷基、(非必需地被取代的芳基)-C1-6-烷氧基羰基、非必需地被取代的C1-6-酰基和非必需地被取代的C1-6-烷氧基羰基。
8、权利要求7所述的方法，其中主链部分-A-B-与至少一部分连接基Y共同衍生自一种或多种氨基酸。
9、权利要求8所述的方法，其中一种或多种氨基酸选自鸟氨酸、赖氨酸、高赖氨酸、二氨基丁酸和二氨基丙酸。
10、前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中所述化合物是权利要求19-23中的任何一项所定义的化合物。
11、前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中所述化合物是权利要求24-29中的任何一项所定义的化合物。
12、前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中所述材料包含聚合物成分。
13、前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中所述化合物占所述材料的至少80％、例如至少90％、特别是至少95％。
14、前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中第一和第二特殊波长基本上相同。
15、前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中第一强度比第二强度至少高2倍。
16、前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中通过测定在第二波长照射材料所产生的反射、折射、透射或衍射来从该材料中提取信息或一部分信息。
17、权利要求1-13或15-16中的任何一项所述的方法，其中第一和第二波长相差至少10nm。
18、前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中该方法还包括在第三波长照射材料从而诱导光解离作用，因此重新形成两个发色团的随后步骤。
19、一种式X的化合物
Figure A0181289700041
其中，a是0-2，b是1-5；L选自N-(C1-6-烷基)-胸腺嘧啶、蒽、吖啶鎓和并四苯；Q选自氢、羧基、氨基羰基、单-或二(C1-24-烷基)氨基羰基、(1-5个氨基酸的链)-羧基；Z选自α-氨基酸的侧链、氢、甲基、氰甲基、乙基、1-丙基、2-丙基、2-甲基-1-丙基、2-羟基-2-甲基-1-丙基、1-丁基、2-丁基、甲基硫代乙基、苄基、对氨基-苄基、对碘-苄基、对氟-苄基、对溴-苄基、对氯-苄基、对硝基-苄基、3-吡啶基甲基、3，5-二碘-4-羟基-苄基、3，5-二溴-4-羟基-苄基、3，5-二氯-4-羟基-苄基、3，5-二氟-4-羟基-苄基、4-甲氧基-苄基、2-萘甲基、1-萘甲基、3-吲哚基甲基、羟甲基、1-羟乙基、巯基甲基、2-巯基-2-丙基、4-羟基苄基、氨基羰基甲基、2-氨基羰基乙基、羧基甲基、2-羧基乙基、氨基甲基、2-氨基乙基、3-氨基-丙基、4-氨基-1-丁基、3-胍基-1-丙基、4-咪唑基甲基、C1-24-烷基、N-(C1-24-酰基)-氨基-(C1-6-烷基)和(1-5个氨基酸的链)-氨基-(C1-6-烷基)。
20、权利要求19所述的化合物，其中，b是2-4；Q选自氢、羧基、氨基羰基、单-或二(C1-18-烷基)氨基羰基、(1-5个氨基酸的链)-羧基；Z选自α-氨基酸的侧链、氢、甲基、氰甲基、乙基、1-丙基、2-丙基、2-甲基-1-丙基、2-羟基-2-甲基-1-丙基、1-丁基、2-丁基、甲基硫代乙基、苄基、对氨基-苄基、对碘-苄基、对氟-苄基、对溴-苄基、对氯-苄基、对硝基-苄基、3-啶基甲基、3，5-二碘-4-羟基-苄基、3，5-二溴-4-羟基-苄基、3，5-二氯-4-羟基-苄基、3，5-二氟-4-羟基-苄基、4-甲氧基-苄基、2-萘基甲基、1-萘基甲基、3-吲哚基甲基、羟甲基、1-羟乙基、巯基甲基、2-巯基-2-丙基、4-羟基苄基、氨基羰基甲基、2-氨基羰基乙基、羧基甲基、2-羧基乙基、氨基甲基、2-氨基乙基、3-氨基-丙基、4-氨基-1-丁基、3-胍基-1-丙基、4-咪唑基甲基、C1-18-烷基、N-(C1-18-酰基)-氨基-(C1-6-烷基)和(1-5个氨基酸链)-氨基-(C1-6-烷基)。
21、权利要求20所述的化合物，其中，Q选自氢、羧基、氨基羰基、单-或二(C1-12-烷基)氨基羰基、(1-5个氨基酸链)-羧基；Z选自α-氨基酸的侧链、氢、甲基、氰甲基、乙基、1-丙基、2-丙基、2-甲基-1-丙基、2-羟基-2-甲基-1-丙基、1-丁基、2-丁基、甲基硫代乙基、苄基、对氨基-苄基、对碘-苄基、对氟-苄基、对溴-苄基、对氯-苄基、对硝基-苄基、3-吡啶基甲基、3，5-二碘-4-羟基-苄基、3，5-二溴-4-羟基-苄基、3，5-二氯-4-羟基-苄基、3，5-二氟-4-羟基-苄基、4-甲氧基-苄基、2-萘基甲基、1-萘基甲基、3-吲哚基甲基、羟甲基、1-羟乙基、巯基甲基、2-巯基-2-丙基、4-羟基苄基、氨基羰基甲基、2-氨基羰基乙基、羧基甲基、2-羧基乙基、氨基甲基、2-氨基乙基、3-氨基-丙基、4-氨基-1-丁基、3-胍基-1-丙基、4-咪唑基甲基、C1-12-烷基、N-(C1-12-酰基)-氨基-(C1-6-烷基)和(1-5个氨基酸链)-氨基-(C1-6-烷基)。
22、权利要求21所述的化合物，其中b是3。
23、权利要求21或22所述的化合物，其中Q是氨基羰基，Z是氢或α-氨基酸的侧链。
24、一种式XI的化合物其中，a是0-2，b是1-3，c是1-3；L选自N-(C1-6-烷基)-胸腺嘧啶、蒽、吖啶鎓和并四苯；Q选自氢、羧基-C1-3-烷基、氨基羰基-C1-3-烷基、单-或二(C1-24-烷基)氨基羰基-C1-3-烷基、C1-24-烷氧基羰基-C1-3-烷基和(1-5个氨基酸链)-羧基-C1-3-烷基；Z选自氢、氨基-C1-4-烷基、N-单-或二(C1-24-烷基)-氨基-C1-4-烷基、C1-24-酰基氨基-C1-4-烷基和(1-5个氨基酸链)-氨基-C1-4-烷基。
25、权利要求24所述的化合物，其中Q选自氢、羧基-C1-2-烷基、氨基羰基-C1-2-烷基、单-或二(C1-18-烷基)氨基羰基-C1-2-烷基；C1-18-烷氧基羰基-C1-2-烷基和(1-5个氨基酸链)-羧基-C1-2-烷基；Z选自氢、氨基-C1-3-烷基、N-单-或二(C1-18-烷基)-氨基-C1-3-烷基、C1-18-酰基氨基-C1-3-烷基和(1-5个氨基酸链)-氨基-C1-3-烷基。
26、权利要求25所述的化合物，其中Q选自氢、羧基-CH2、氨基羰基-CH2、单-或二(C1-12-烷基)氨基羰基-CH2、C1-12-烷氧基羰基-CH2和(1-5个氨基酸链)-羧基-CH2；Z选自氢、氨基-(CH2)2、N-单-或二(C1-12-烷基)-氨基-(CH2)2、C1-18-酰基氨基-(CH2)2和(1-5个氨基酸链)-氨基-(CH2)2。
27、权利要求26所述的化合物，其中b是2-3，c是1-2。
28、权利要求27所述的化合物，其中b是2，c是1。
29、权利要求24-28中的任何一项所述的化合物，其中Q是H2NC(＝O)CH2，Z是H2NCH2C(＝O)NH(CH2)2。
30、一种包含权利要求19-29中的任何一项所述的化合物的材料。
31、一种包含权利要求19-29中的任何一项所述的化合物和基材的光学存储介质。
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