DE112021005792T5

DE112021005792T5 - Nanopartikel

Info

Publication number: DE112021005792T5
Application number: DE112021005792.8T
Authority: DE
Inventors: Tania Zuberi; Sheena Zuberi; Kiran Kamtekar
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2020-11-04
Filing date: 2021-11-04
Publication date: 2023-09-21
Also published as: WO2022096611A2; GB202017440D0; GB202112888D0; US20230414793A1; GB2600704A; WO2022096611A3

Abstract

Nanopartikel zur Verwendung bei einer Diagnose durch photoakustische Bildgebung oder einer Therapie durch photothermische Therapie werden offenbart. Die Nanopartikel können einen Kern aufweisen, der ein lichtabsorbierendes Material und Siliciumdioxid enthält. Die Nanopartikel können ein lichtabsorbierendes Material enthalten, das eine elektronenaufnehmende Einheit und eine elektronenabgebende Einheit umfasst, wobei die elektronenabgebende Einheit eine Einheit der Formel (Illa-1) ist:wobei: Y bei jedem Auftreten unabhängig O oder S ist; Z bei jedem Auftreten O, S, NR55oder C(R54)2ist; R51bei jedem Auftreten H oderein Substituent ist; R54bei jedem Auftreten unabhängig ein Substituent ist; und R55H oder ein Substituent ist.

Description

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen Partikel zur Verwendung bei photoakustischer Bildgebung (PAI) oder photothermischer Therapie (PTT) und eine Verwendung der Partikel bei PAI oder PTT.
Bei PAI werden Lichtimpulse in ein Zielgebiet biologischen Gewebes geliefert, wo sie absorbiert werden. Lichtenergie, die innerhalb des Gewebes in Wärme umgewandelt wird, führt zu thermoelastischer Ausdehnung und akustischer Emission, die durch eine geeignete Vorrichtung, z. B. einen Ultraschallwandler, erfasst und in ein Bild des Zielgebiets umgewandelt werden kann. Bei PTT kann die nach der Absorption der Lichtenergie erzeugte Wärme Ziel krebszellen abtöten.
Xiaoju Men und Zhen Yuan, „Multifunctional conjugated polymer nanoparticles for photoacoustic-based multimodal imaging and cancer photothermal therapy“, Journal of Innovative Optical Health Sciences Vol. 12, No. 03, 1930001 (2019) offenbart PAI, die konjugierte Polymernanopartikel verwendet, die durch ein Selbstmontage-, Miniemulsions-oder Nicht-Wiederausfällungsverfahrengebildetwerden.
Yang et al., „A1064 nm excitablesemiconductor polymer nanoparticlefor photoacoustic imaging of gliomas“, Nanoscale, 2019, 11, 7754-7760, offenbart ein Polymernanopartikel als ein potenzielles Kontrastmittel zur photoakustischen Bildgebung von orthotopen Hirntumoren unter Verwendung eines 1064-nm-Impulslasers als eine Lichtquelle.
Yin etal., „Organicsemiconducting polymer amphiphile for near-infrared-II lighttriggered phototheranostics“, Biomaterials, 2020, 232, 119684, offenbart ein NIR-II-absorbierendes organisches, halbleitendes Polymer-Amphiphil.
„Semiconducting polymer nanoparticles for amplified photoacoustic imaging“, Nanomed Nanobiotechnol, 2018, 10 (5), 1510 ist eine Übersicht über die Entwicklung von halbleitenden Nanopartikeln als exogene PA-Kontrastmittel.
US10124111 offenbart einen niedermolekularen Farbstoff zur Verwendung bei Bildgebung bei Wellenlängen von 1000-1700 nm.
Kurzdarstellung
In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung ein lichtabsorbierendes Mittel zur Verwendung bei photoakustischer Bildgebung bereit, wobei das lichtabsorbierende Mittel Nanopartikel umfasst, die ein lichtabsorbierendes Material umfassen, das eine elektronenaufnehmende Einheit und eine elektronenabgebende Einheit umfasst, wobei die elektronenabgebende Einheit eine Einheit der Formel (Illa-1) ist:
wobei:

Y bei jedem Auftreten unabhängig O oder S ist;
Z bei jedem Auftreten O, S, NR⁵⁵ oder C(R⁵⁴)₂ ist;
R⁵¹ bei jedem Auftreten H oder ein Substituent ist;
R⁵⁴ bei jedem Auftreten unabhängig ein Substituent ist; und
R⁵⁵ H oder ein Substituent ist.

Wahlweise ist das lichtabsorbierende Mittel ein Polymer; ist die elektronenaufnehmende Einheit eine elektronenaufnehmende Wiederholungseinheit; und ist die elektronenabgebende Einheit eine elektronenabgebende Wiederholungseinheit. Vorzugsweise ist das Polymer ein konjugiertes Polymer. Vorzugsweise umfasst das konjugierte Polymer alternierende elektronenabgebende und elektronenaufnehmende Wiederholungseinheiten.
Wahlweise umfasst elektronenaufnehmende Einheit eine Gruppe der Formel (XVI):
wobei Ar ein substituiertes oder unsubstituiertes Benzol oder ein substituierter oder unsubstituierter 6-gliedriger heteroaromatischer Ring ist, der N- und C-Ringatome enthält; Ar¹ ein substituierter oder unsubstituierter 5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer Ring ist, der N- und C-Ringatome enthält; Ar² ein substituierteroder unsubstituierter 5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer Ring ist oder fehlt; Ar³ ein 5-gliedriger Ring oder ein substituierter oder unsubstituierter 6-gliedriger Ring ist; Ar⁴ ein 5-gliedriger Ring oder ein substituierter oder unsubstituierter 6-gliedrigerRing ist oder fehlt; Ar⁵ eine substituierte oder unsubstituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe ist, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält; Ar⁵ eine substituierte oder unsubstituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe ist, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält oder fehlt; und jedes X unabhängig ein Substituent ist, der an ein Kohlenstoffatom von Ar³ und, falls vorhanden, Ar⁴ gebunden ist, mit der Maßgabe, dass mindestens eine X-Gruppe eine elektronenziehende Gruppe ist.
Wahlweise umfassen die Nanopartikel einen Kern, der das lichtabsorbierende Material und Siliciumdioxid umfasst.
Nach einigen Ausführungsformen ist das lichtabsorbierende Material innerhalb einer Matrix verteilt, die das Siliciumdioxid umfasst. Das lichtabsorbierende Material kann kovalent an das Siliciumdioxid gebunden sein oder nicht.
Nach einigen Ausführungsformen umfasst ein Kern des Nanopartikels einen Zentralbereich, dervon einer Hülle eingekapselt ist; und das lichtabsorbierende Material ist in dem Zentralbereich angeordnet. Wahlweise umfasst Hülle das Siliciumdioxid oder besteht daraus.
Wahlweise weist das lichtabsorbierende Material eine Spitzenabsorptionswellenlänge von mindestens 1100 nm auf.
Wahlweise weisen die Nanopartikel einen zahlenmittleren Durchmesservon weniger als 300 nm, wahlweise weniger als 200 nm auf, wie durch dynamische Lichtstreuung bestimmt.
Nach einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung ein lichtabsorbierendes Mittel zur Verwendung bei photoakustischer Bildgebung bereit, wobei das lichtabsorbierende Mittel Nanopartikel umfasst, die ein lichtabsorbierendes Material umfassen, das eine elektronenaufnehmende Einheit und eine elektronenabgebende Einheit umfasst, wobei die elektronenaufnehmende Einheit eine Gruppe der Formel (XVI) ist:
wobei Ar ein substituiertes oder unsubstituiertes Benzol oder ein substituierter oder unsubstituierter 6-gliedriger heteroaromatischer Ring ist, der N- und C-Ringatome enthält; Ar¹ ein substituierter oder unsubstituierter 5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer Ring ist, der N- und C-Ringatome enthält; Ar² ein substituierteroder unsubstituierter 5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer Ring ist oder fehlt; Ar³ ein 5-gliedriger Ring oder ein substituierter oder unsubstituierter 6-gliedriger Ring ist; Ar⁴ ein 5-gliedriger Ring oder ein substituierter oder unsubstituierter 6-gliedrigerRing ist oder fehlt; Ar⁵ eine substituierte oder unsubstituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe ist, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält; Ar⁵ eine substituierte oder unsubstituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe ist, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält oder fehlt; und jedes X unabhängig ein Substituent ist, der an ein Kohlenstoffatom von Ar³ und, falls vorhanden, Ar⁴ gebunden ist, mit der Maßgabe, dass mindestens eine X-Gruppe eine elektronenziehende Gruppe ist.
Nach einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung ein diagnostische Mittel zur Verwendung bei photoakustischer Bildgebung bereit, umfassend Nanopartikel, die einen Kern aufweisen, der ein lichtabsorbierendes Material und Siliciumdioxid umfasst.
Wahlweise ist das lichtabsorbierende Material innerhalb einer Matrix verteilt, die das Siliciumdioxid umfasst.
In einigen Ausführungsformen ist das lichtabsorbierende Material kovalent an das Siliciumdioxid gebunden.
In einigen Ausführungsformen ist das lichtabsorbierende Material nicht kovalent an das Siliciumdioxid gebunden.
Wahlweise umfasst ein Kern einen Zentralbereich, der von einer Hülle eingekapselt ist; das lichtabsorbierende Material ist in dem Zentralbereich angeordnet; und Hülle umfasst das Siliciumdioxid oder besteht daraus.
Wahlweise ist das lichtabsorbierende Material ein organisches lichtabsorbierendes Material.
Wahlweise ist das lichtabsorbierende Material ein konjugiertes organisches lichtabsorbierendes Material.
Wahlweise ist das lichtabsorbierende Material ein konjugiertes Polymer. Wahlweise ist das konjugierte Polymer ein Donor-Akzeptor-Polymer, das alternierende elektronenabgebende und elektronenaufnehmende Wiederholungseinheiten umfasst.
Wahlweise weist das lichtabsorbierende Material eine Spitzenabsorptionswellenlänge von mindestens 1100 nm auf.
Wahlweise weisen die Nanopartikel einen zahlenmittleren Durchmesser von weniger als 300 nm, wahlweise weniger als 200 nm auf, wie durch dynamische Lichtstreuung bestimmt.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Verwendung von Nanopartikeln zur Herstellung eines diagnostischen Mittels zur photoakustischen Bildgebung (PAI) bereit, wobei die Nanopartikel einen Kern aufweisen, der ein lichtabsorbierendes Material und Siliciumdioxid umfasst.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein diagnostisches Verfahren bereit, umfassend eine Bestrahlung eines diagnostischen Mittels in einem Köper eines Subjekts und Messen einer akustischen Reaktion des diagnostischen Mittels, wobei das diagnostische Mittel Nanopartikel umfasst, die einen Kern aufweisen, der ein lichtabsorbierendes Material und Siliciumdioxid umfasst. In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung ein diagnostisches Mittel bereit, das Nanopartikel umfasst, die ein lichtabsorbierendes Material umfassen, das eine elektronenaufnehmende Einheit und eine elektronenabgebende Einheit umfasst, wobei die elektronenabgebende Einheit eine Einheit der Formel (IIIa-1) ist:
wobei:

Y bei jedem Auftreten unabhängigO oder S ist;
Z bei jedem Auftreten O, S, NR⁵⁵ oder C(R⁵⁴)₂ ist;
R⁵¹ bei jedem Auftreten H oder ein Substituent ist;
R⁵⁴ bei jedem Auftreten unabhängig ein Substituent ist; und
R⁵⁵ H oder ein Substituent ist.

Die Nanopartikel, die das lichtabsorbierende Material umfassen, das die Einheit der Formel (Illa-1) umfasst, können einen Kern aufweisen, wie irgendwo hierin beschrieben, der ein lichtabsorbierendes Material und Siliciumdioxid umfasst.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Verwendung eines lichtabsorbierenden Mittels zur Herstellung eines diagnostischen Mittels zur photoakustischen Bildgebung bereit, wobei das diagnostische Mittel Nanopartikel umfasst, die einen Kern aufweisen, der ein lichtabsorbierendes Material umfasst, das eine elektronenaufnehmende Einheit und eine elektronenabgebende Einheit umfasst, wobei die elektronenabgebende Einheit eine Einheit der Formel (IIIa-1) ist:
wobei:

Die vorliegende Offenbarung stellt ein diagnostisches Verfahren bereit, umfassend eine Bestrahlung eines diagnostischen Mittels in einem Köpereines Subjekts und Messen einer akustischen Reaktion des lichtabsorbierenden Mittels, wobei das diagnostische Mittel Nanopartikel umfasst, die einen Kern aufweisen, der ein lichtabsorbierendes Material aufweist, das eine elektronenaufnehmende Einheit und eine elektronenabgebende Einheit umfasst, wobei die elektronenabgebende Einheit eine Einheit der Formel (Illa-1) ist:
wobei:

In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung Nanopartikel zur Verwendung bei photothermischer Therapie bereit, wobei die Nanopartikel einen Kern aufweisen, der ein lichtabsorbierendes Material und Siliciumdioxid umfasst.
In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung Nanopartikel zur Verwendung bei photothermischer Therapie bereit, wobei die Nanopartikel ein lichtabsorbierendes Material umfassen, das eine elektronenaufnehmende Einheit und eine elektronenabgebende Einheit umfasst, wobei die elektronenabgebende Einheit eine Einheit der Formel (IIIa-1) ist:
wobei:

Die Nanopartikel zur Verwendung bei photothermischer Therapie können so sein, wie irgendwo hierin in Bezug auf Nanopartikel eines diagnostischen Mittels beschrieben.
Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Absorptionsspektrum von Nanopartikeln in Methanol für unterschiedliche Mengen (in Mikrolitern) von zu Methanol gegebener Nanopartikelsuspension.
Detaillierte Beschreibung
Sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes erfordert, sind in der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen die Wörter „umfassen“, „umfassend“ und dergleichen in einem einschließenden Sinn auszulegen, im Gegensatz zu einem ausschließenden oder erschöpfenden Sinn; das heißt im Sinne von „einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf“. Zusätzlich beziehen sich die Wörter „hierin“, „vorstehend“, „nachstehend“ und Wörter von ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung als Ganzes und nicht auf bestimmte Teile dieser Anmeldung. Wo es der Kontext erlaubt, können Wörter in der detaillierten Beschreibung, die die Einzahl oder Mehrzahl verwenden, auch die Mehrzahl bzw. Einzahl enthalten. Das Wort „oder“ in Bezug auf eine Liste mit zwei oder mehr Elementen umfasst alle folgenden Interpretationen des Wortes: jedes beliebige der Elemente in der Liste, alle Elemente in der Liste und eine beliebige Kombination der Elemente in der Liste. Bezugnahmen auf ein bestimmtes Atom beinhalten jedes Isotopdieses Atoms, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
Die Lehren der hierin bereitgestellten Technologie können auf andere Systeme angewendet werden, nicht notwendigerweise auf das nachstehend beschriebene System. Die Elemente und Vorgänge der nachstehend beschriebenen verschiedenen Beispiele können kombiniert werden, um weitere Implementierungen der Technologie bereitzustellen. Einige alternative Implementierungen der Technologie können nicht nur zusätzliche Elemente zu den nachstehend angegebenen Implementierungen beinhalten, sondern können auch weniger Elemente beinhalten.
Diese und andere Änderungen können im Lichte derfolgenden detaillierten Beschreibung an der Technologie vorgenommen werden. Während die Beschreibung bestimmte Beispiele der Technologie beschreibt und den als besten betrachteten Modus beschreibt, kann die Technologie, egal wie detailliert die Beschreibung erscheint, auf viele Arten praktiziert werden. Wie vorstehend erwähnt, sollte eine bestimmte Terminologie, die bei der Beschreibung bestimmter Merkmale oder Aspekte der Technologie verwendet wird, nicht so verstanden werden, dass die Terminologie hierin neu definiert wird, um auf bestimmte Eigenschaften, Merkmale oder Aspekte der Technologie, mit der diese Terminologie verbunden ist, beschränkt zu sein. Im Allgemeinen sollten die in den folgenden Ansprüchen verwendeten Begriffe nicht so ausgelegt werden, dass sie die Technologie auf die in der Beschreibung offenbarten, spezifischen Beispiele beschränken, es sei denn, die detaillierte Beschreibung definiert solche Begriffe ausdrücklich. Dementsprechend umfasst der tatsächliche Schutzumfang der Technologie nicht nur die offenbarten Beispiele, sondern auch alle äquivalenten Wege zur Ausübung oder Implementierung der Technologie nach den Ansprüchen.
Um die Anzahl der Ansprüche zu verringern, werden bestimmte Aspekte der Technologie nachstehend in bestimmten Anspruchsformen dargestellt, aber die Anmelderin betrachtet die verschiedenen Aspekte der Technologie in einer beliebigen Anzahl von Ans pruchsformen.
In der folgenden Beschreibung werden zu Erklärungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis von Implementierungen der offenbarten Technologie bereitzustellen. Für den Fachmann ist es jedoch offensichtlich, dass Ausführungsformen der offenbarten Technologie ohne einige dieser spezifischen Details praktiziert werden können.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass Siliciumdioxid-Nanopartikel, die ein lichtabsorbierendes Material enthalten, bei photoakustischer Bildgebung oder photothermischer Behandlung im Körper eines Subjekts verwendet werden können. Durch zumindest teilweises Einkapseln des lichtabsorbierenden Materials in eine Siliciumdioxid-Matrix können unerwünschte Wechselwirkungen innerhalb des Körpers des Subjekts vermieden werden, beispielsweise Wechselwirkungen, die die photoakustische Aktivität des lichtabsorbierenden Materials einschränken können oder die für das Subjekt schädlich sein können.
Ein Nanopartikel, wie hierin beschrieben, kann Oberflächengruppen auf einem Kern des Nanopartikels aufweisen. Die Oberflächengruppen können Gruppen beinhalten, die konfiguriert sind, um an ein Ziel zu binden, und / oder Gruppen, die ausgewählt sind, um unerwünschte Bindungen der Nanopartikel zu verhindern. In einigen Ausführungsformen wird ein Siliciumdioxid-Nanopartikel mit Polyethylenglykol (PEG)-Oberflächengruppen bereitgestellt.
Nanopartikel, die Siliziumdioxid und ein lichtabsorbierendes Material umfassen, können durch dem Fachmann bekannte Verfahren gebildet werden, z. B. durch Polymerisation eines Siliziumdioxid-Monomers in Gegenwart des lichtabsorbierenden Materials. Die Auswahl der Bedingungen zur Bildung von siliciumdioxidhaltigen Nanopartikeln ermöglicht ein hohes Maß an Kontrolle über die Größe der resultierenden Nanopartikel, was wichtig sein kann, um sicherzustellen, dass die Partikel von dem Subjekt, in das sie eingeführt werden, nach der Verwendung effizient ausgeschieden werden können.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben weiter herausgefunden, dass Nanopartikel, die ein Donor-Akzeptor-Molekül enthalten, das eine Donoreinheit der Formel (Illa-1) beinhaltet, eine Absorption bei Wellenlängen von mindestens 1100 nm, wahlweise im Bereich von 1100-1700 nm, bereitstellen können. Solche Nanopartikel können für Tiefengewebe-PAI besonders geeignet sein.
Sofern nicht anders angegeben, werden Absorptionsspektren von lichtabsorbierenden Materialien, wie hierin beschrieben, in Lösung, z. B. Toluol-, Wasser- oder Methanollösung, unter Verwendung eines Cary 5000 UV-VIS-NIR-Spektrometers gemessen. Die Messungen werden von 175 nm bis 3300 nm mit einem PbSmart-NIR-Detektor für einen erweiterten photometrischen Bereich mit variablen Spaltbreiten (bis hinunter zu 0,01 nm) für eine optimale Kontrolle über die Datenauflösung durchgeführt. Ein Basislinienlauf wird mit Wasser in der vorderen und der hinteren 5-ml-Küvette (600 bis 250 nm) durchgeführt, nachfolgend bleibt die hintere Küvettenreferenz Wasser und die vordere Küvette wird durch eine Probe von 1 mg/ml, verdünnt 1:100, für ein gelöstes lichtabsorbierendes Material ersetzt.
Lichtabsorbierendes Molekül
Das lichtabsorbierende Material ist vorzugsweise ein organisches lichtabsorbierendes Material. Ein organisches lichtabsorbierendes Material, wie hierin beschrieben, kann ein nicht-polymeres (kleines Molekül) oder ein polymeres Material sein. Wahlweise umfasst ein nicht-polymeres lichtabsorbierendes Material eine von einer anionischen oder einer kationischen Gruppe und das Nanopartikel umfasst ein Polymer, das eine Wiederholungseinheit aufweist, die die andere von einer anionischen und einer kationischen Gruppe umfasst. Die lonenbindung zwischen dem Polymer und dem nicht-polymeren lichtabsorbierenden Material kann ein Auslaugen des nicht-polymeren lichtabsorbierenden Materials aus dem Partikel verhindern.
Vorzugsweise weist ein nicht-polymeres Material, wie hierin beschrieben, ein Molekulargewicht von weniger als 5.000 Dalton, wahlweise weniger als 3.000 Dalton auf.
Vorzugsweise liegt das durch Gelpermeationschromatographie gemessene Polystyrol-Äquivalent zahlenmittlere Molekulargewicht (Mn) eines polymeren Materials, wie hierin beschrieben, im Bereich von etwa 5×10³ bis 1×10⁸ und vorzugsweise 1×10⁴ bis 5×10⁶. Das Polystyrol-Äquivalent gewichtsmittlere Molekulargewicht (Mw) eines polymeren Materials, wie hierin beschrieben, beträgt vorzugsweise 3×10³ bis 1×10⁸ und vorzugsweise 1×10⁴ bis 1×10⁷.
Das organische lichtabsorbierende Material ist vorzugsweiseein konjugiertes organisches lichtabsorbierendes Material, bevorzugter ein konjugiertes lichtabsorbierendes Polymer. Ein konjugiertes Material, wie hierin beschrieben, umfasst mindestens zwei Einheiten, die direkt miteinander konjugiert sind, z. B. eine elektronenaufnehmende Einheit, die direkt mit einer elektronenabgebenden Einheit konjugiert ist.
Das konjugierte organische lichtabsorbierende Material umfasst vorzugsweise eine elektronenabgebende Einheit D und eine elektronenaufnehmende Einheit A. Im Fall eines konjugierten organischen lichtabsorbierenden Polymers sind die elektronenabgebende Einheit D und die elektronenaufnehmende Einheit A jeweils eine elektronenabgebende Wiederholungseinheit und eine elektronenaufnehmende Wiederholungseinheit.
Mit „konjugiertem Polymer“, wie hierin verwendet, ist ein Polymer gemeint, das eine Hauptkette aufweist, die Wiederholungseinheiten enthält, die direkt mit benachbarten Wiederholungseinheiten in der Polymerhauptkette konjugiert sind, z. B. eine elektronenaufnehmende Wiederholungseinheit, die direkt mit einer elektronenabgebenden Wiederholungseinheit konjugiert ist.
Die oder jede elektronenaufnehmende Einheit D weist ein LUMO-Niveau auf, das tiefer (d. h. weiter vom Vakuum entfernt), vorzugsweise mindestens 1 eV tiefer, ist als das der oder jeder elektronenabgebenden Einheit A. Die LUMO-Niveaus einer elektronenabgebenden Einheit und einer elektronenaufnehmenden Einheit A können unter Verwendung von Gaussian09-Software, erhältlich von Gaussian, unter Verwendung von Gaussian09 mit B3LYP (funktional), modelliert werden.
Eine nicht-polymere konjugierte organische lichtabsorbierende Verbindung kann ohne Einschränkungaus den Formeln (Ia), (Ib) oder (Ic) ausgewählt werden.
wobei jedes n mindestens 1 ist und jedes m mindestens 1 ist.
Wenn n größer als 1 ist, kann D bei jedem Auftreten die gleich oder unterschiedlich sein.
Wenn m größerals 1 ist, kann A bei jedem Auftreten gleich oder unterschiedlich sein.
Ein konjugiertes organisches lichtabsorbierendes Polymer ist vorzugsweise ein Donor-Akzeptor-Polymer mit einer sich wiederholenden Struktur der Formel (II): -[(D)n-(A)m]- (II)
In einer bevorzugten Ausführungsform einer beliebigen der Formeln (Ia), (Ib), (Ic) und (II) ist n 1 und m ist 1.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform einer beliebigen der Formeln (la), (Ib), (Ic) und (II) ist n größerals 1, vorzugsweise 2 oder 3, und m ist 1.
Jede Einheit D und jede Einheit A ist wahlweise unsubstituiert oder mit einem oder mehreren Substituenten substituiert. Die Substituenten können gemäß einer gewünschten Löslichkeit des lichtabsorbierenden Materials ausgewählt werden.
Wahlweise sind elektronenabgebende Einheiten D aus den Formeln (IIIa)-(IIIq) ausgewählt:

wobei Y bei jedem Auftreten unabhängig O oder S, vorzugsweise S, ist;
Z bei jedem Auftreten O, S, NR⁵⁵ oder C(R⁵⁴)₂ ist;
R⁴⁰ H oder ein Substituent ist, in dem Fall, in dem D eine einwertige Einheit ist, z. B. eine einwertige Einheit D der Formel (la) oder (Ic), oder R⁴⁰ eine direkte Bindung ist, in dem Fall, in dem D eine zweiwertige Einheit ist, z. B. eine zweiwertige Einheit D der Formel (Ib), (Ic) oder (II);
R⁵⁰, R⁵¹, R⁵², R⁵⁴ und R⁵⁵ unabhängig bei jedem Auftreten H oder ein Substituent sind, wobei R⁵⁰-Gruppen verknüpft sein können, um einen Ring zu bilden; und R⁵³ unabhängig bei jedem Auftreten ein Substituent ist.
Die Substituenten R⁴⁰, R⁵⁰, R⁵¹, R⁵², R⁵³, R⁵⁴ und R⁵⁵ können jeweils unabhängig ein ionischer oder nichtionischer Substituent sein.
Ein ionischer Substituent kann die Formel (IV) aufweisen: -(Sp)p-(R⁴)q (IV) wobei Sp eine Abstandsgruppe ist; R⁴ eine ionische Gruppe ist; p0 oder 1 ist; q 1 ist, wenn p 0 ist; und q mindestens 1, wahlweise 1, 2 oder 3 ist, wenn p 1 ist.
R⁴ kann eine anionische oder kationische Gruppe sein. Beispielhafte anionische Gruppen sind -COO-, eine Sulfonatgruppe; Hydroxid; Sulfat; Phosphat; Phosphinat; oder Phosphonat. Eine beispielhafte kationische Gruppe ist -N(R⁵)₃ ⁺, wobei R⁵ bei jedem Auftreten H oder C_1-20-Hydrocarbyl ist. Vorzugsweise ist jedes R⁵ ein C_1-20-Hydrocarbyl.
Ein C_1-20-Hydrocarbyl, wie irgendwo hierin beschrieben, ist vorzugsweise ausgewählt aus C_1-20-Alkyl; unsubstituiertem Phenyl; und Phenyl, substituiert mit einer oder mehreren C_1- ₁₂-Alkylgruppen.
Wahlweise ist Sp ausgewählt aus:

- C_1-20-Alkylen oder Phenylen-C_1-20-alkylen, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte C-Atome durch O, S, N oder C=O ersetzt sein können;
- ein C_6-20-Arylen oder 5-20-gliedriges Heteroarylen, bevorzugter Phenylen, das zusätzlich zu dem einen oder den mehreren Substituenten R⁴ unsubstituiert oder mit einem oder mehreren nichtionischen Substituenten substituiert sein kann, wahlweise mit einer oder mehreren C_1-20-Alkylgruppen, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte C-Atome durch O, S, N oder C=Oersetzt sein können.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist Sp¹ ein C_6-20-Arylen oder ein 5-20-gliedriges Heteroarylen, bevorzugter Phenylen, substituiert mit mindestens einer Gruppe der Formel: -O(R⁶O)_v-R⁷ wobei R⁶ bei jedem Auftreten eine C_1-10-Alkylengruppe ist; R⁷ H oder C_1-5-Alkyl ist und v 0 oder eine positive ganze Zahl, wahlweise 1-10, ist. Vorzugsweise ist v mindestens 2. Bevorzugter ist v 2 bis 5. Der Wert von v kann in allen Gruppen der Formel -O(R⁵O)_v-R⁷ gleich sein. Der Wert von v kann sich zwischen unterschiedlichen Gruppen der Formel - O(R⁵O)_v-R⁷ des gleichen lichtabsorbierenden Materials unterscheiden.
Wenn ein C-Atom einer Alkylgruppe, wie irgendwo hierin beschrieben, durch ein anderes Atom oder eine andere Gruppe ersetzt ist, kann das ersetzte C-Atom ein endständiges C-Atom der Alkylgruppe oder ein nicht-endständiges C-Atom sein.
Mit „nicht-endständigem C-Atom“ einer Alkylgruppe, wie irgendwo hierin verwendet, ist ein C-Atom gemeint, das anders ist als das C-Atom der Methylgruppe am Ende einer n-Alkylkette oder die C-Atome der Methylgruppen an den Enden einer verzweigten Alkylkette.
Wenn ein endständiges C-Atom einer Gruppe, wie irgendwo hierin beschrieben, ersetzt ist, dann kann die resultierende Gruppe eine anionische Gruppe sein, die ein Gegenkation umfasst, z. B. ein Ammonium- oder Metallgegenkation, vorzugsweise ein Ammonium- oder Alkalimetallkation.
Ein wie hierin beschriebenes lichtabsorbierendes Material, das kationische oder anionische Gruppen umfasst, umfasst Gegenionen, um die Ladung dieser ionischen Gruppen auszugleichen. Eine anionische oder eine kationische Gruppe und ein Gegenion können dieselbe Wertigkeit aufweisen, wobei ein Gegenion die Ladung jeder anionischen oder kationischen Gruppe ausgleicht. Die anionische oder die kationische Gruppe kann einwertig oder mehrwertig sein. Vorzugsweise sind die anionischen und die kationischen Gruppen einwertig.
Das lichtabsorbierende Material kann eine Vielzahl von anionischen oder kationischen polaren Gruppen umfassen, wobei die Ladung von zwei oder mehr anionischen oder kationischen Gruppen durch ein einzelnes Gegenion ausgeglichen wird.
Im Fall einer anionischen Gruppe ist das Kation-Gegenion wahlweise ein Metallkation, wahlweise Li⁺, Na⁺, K⁺, Cs⁺, vorzugsweise Cs⁺, oder ein organisches Kation, wahlweise Ammonium, wie Tetraalkylammonium, Ethylmethylimidazolium oder Pyridinium.
Im Fall einer kationischen Gruppe ist das Anion-Gegenion wahlweise ein Halogenid; eine Sulfonatgruppe, wahlweise Mesylat oder Tosylat; Hydroxid; Carboxylat; Sulfat; Phosphat; Phosphinat; Phosphonat; oder Borat.
Nichtionische Substituenten R⁴⁰, R⁵⁰, R⁵¹, R⁵², R⁵³, R⁵⁴ und R⁵⁵ sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus:

linearem, verzweigtem oder cyclischem C_1-20-Alkyl, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte, nicht-endständige C-Atome durch O, S, NR⁸, CO oder COO ersetzt sein können, wobei R⁸ ein C_1-20-Hydrocarbyl ist, und ein oder mehrere H-Atome des C_1- ₂₀-Alkyls durch F ersetzt sein können; und
einer Gruppe der Formel (Ak)u-(Ar¹⁰)v, wobei Ak eine C_1-12-Alkylenkette ist, in der ein oder mehrere C-Atome durch O, S, CO oder COO ersetzt sein können; u 0 oder 1 ist; Ar¹⁰ bei jedem Auftreten unabhängig eine aromatische oder eine heteroaromatische Gruppe ist, die unsubstituiert ist oder mit einem oder mehreren Substituenten substituiert ist; und v mindestens 1 ist.

Ar⁴ ist vorzugsweise eine aromatische Gruppe, bevorzugter Phenyl, die unsubstituiert oder mit einem oder mehreren Substituenten substituiert sein kann, ausgewählt aus ionischen Gruppen, wahlweise ionischen Gruppen der Formel R⁴, wie vorstehend beschrieben; und nichtionischen Substituenten ausgewählt aus F; CN; NO₂; und C_1-20-Alkyl, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte, nicht-endständige C-Atome durch O, S, COO oder NR⁸ersetzt sein können.
Die Substituenten R⁴⁰, R⁵⁰, R⁵¹, R⁵², R⁵³, R⁵⁴ und R⁵⁵ können gemäß der gewünschten Löslichkeit des lichtabsorbierenden Materials in einem Lösungsmittel ausgewählt werden.
Einer oder mehrere von R⁴⁰, R⁵⁰, R⁵¹, R⁵², R⁵³, R⁵⁴ und R⁵⁵ können ein ionischer oder nichtionischer polarer Substituent sein, um die Löslichkeit in einem polaren Lösungsmittel, z. B. einem Alkohol oder Wasser, zu verbessern.
Einer oder mehrere von R⁴⁰, R⁵⁰, R⁵¹, R⁵², R⁵³, R⁵⁴ und R⁵⁵ können ein unpolarer Substituent sein, um die Löslichkeit in einem unpolaren Lösungsmittel zu verbessern, z. B. Benzol mit einem oder mehreren Substituenten ausgewählt aus C_1-12-Alkyl-und -Alkoxygruppen.
Bevorzugte unpolare Substituenten sind C_1-20-Hydrocarbylgruppen, wie hierin beschrieben.
Bevorzugte polare nichtionische Substituenten, wie hierin beschrieben, sind C_1-20-Alkyl, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte C-Atome durch O, S, NR⁸, CO oder COO ersetzt sind, bevorzugter Substituenten, die eine Gruppe der Formel -O(CH₂CH₂O)_tR⁹ umfassen oder daraus bestehen, wobei t mindestens 1, wahlweise 1-10 ist, R⁸ wie vorstehend beschrieben ist und R⁹ eine C_1-5-Alkylgruppe, vorzugsweise Methyl, ist.
Vorzugsweise ist jedes R⁵¹ H.
Eine bevorzugte Gruppe R⁵⁴ ist Phenyl, das unsubstituiert oder mit einer oder mehreren Gruppen R⁷⁰ substituiert ist, wobei R⁷⁰ bei jedem Auftreten ein Substituent ist, vorzugsweise ein Substituent, ausgewählt aus C_1-30-Alkyl, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte, nicht-endständige C-Atome durch O, S, COO oder NR⁸ ersetzt sein können, beispielsweise eine Gruppe ausgewählt aus -(OCH₂CH₂)r-OAk¹and -(OCH₂CH₂)r-NAk¹ ₂, wobei r 1-10 ist und Ak¹ C_1-4-Alkyl ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Einheit der Formel (IIIa) die Formel (IIIa-1) auf, in der die R⁵⁰-Gruppen verknüpft sind, um eine Gruppe der Formel -Z-C(R⁵⁴)₂- zu bilden, wobei Z O, S NR⁵⁵ oder C(R⁵⁴)₂ ist:
In einigen Ausführungsformen ist n der Formel (la), (Ib), (Ic) und (II)größer als 1 und die D-Einheiten sind eine der Formeln (IIIa)-(IIIq).
In diesen Ausführungsformen kann jede der n Einheiten in einer beliebigen Ausrichtung verbunden werden. Beispielsweise kann in dem Fall, in dem jedes D von -(D)n- eine Gruppe der Formel (IIIa-1) ist und n 2 ist, -(D)n- ausgewählt werden aus:

wobei Y bei jedem Auftreten, Z bei jedem Auftreten; R⁵¹ bei jedem Auftreten und R⁵⁴ bei jedem Auftreten unabhängig gleich oder unterschiedlich sind.
In einigen Ausführungsformen ist n der Formel (la), (Ib), (Ic) oder (II) größer als 1; -(D)n-beinhaltet eine erste elektronenabgebende Einheit, die eine der Formeln (IIIa)-(IIIq) ist; und -(D)n- beinhaltet eine zweite elektronenabgebende Einheit D, die ausgewählt ist aus einer anderen der Formeln (Illa)-(lllq).
Wahlweise weist die erste elektronenabgebende Einheit die Formel (IIIa-1) auf und die zweite elektronenabgebende Einheit ist ausgewählt aus (IIIb) und (IIIc). Wahlweise ist nach diesen Ausführungsformen die zweite elektronenabgebende Einheit D der Formel (la), (Ib), (Ic) oder (II) zwischen der ersten Donorgruppe D und der elektronenaufnehmenden Einheit oder den elektronenaufnehmenden Einheiten A angeordnet.
Eine beispielhafte Gruppe der Formel -(D)n-, die erste und zweite Donoreinheiten D enthält, ist:
wobei R¹⁰ bei jedem Auftreten ein Substituent ist, vorzugsweise ein Substituent wie in Bezug auf R⁴⁰, R⁵⁰, R⁵¹, R⁵², R⁵³, R⁵⁴ und R⁵⁵ beschrieben, und f bei jedem Auftreten 0, 1 oder 2 ist.
In dem Fall, in dem die elektronenaufnehmende Einheit A des lichtabsorbierenden Materials eine einwertige Einheit ist, kann sie aus den Formeln ausgewählt werden:

wobei --- eine Bindung mit einer elektronenabgebender Einheit D darstellt.
A ist ein 5- oder 6-gliedriger Ring, der unsubstituiert oder mit einem oder mehreren Substituenten substituiert ist und der mit einem oder mehreren weiteren Ringen fusioniert sein kann.
R¹⁰ ist H oder ein ionischer oder nichtionischer Substituent, wie hierin beschrieben, vorzugsweise ein Substituent ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus C_1-12-Alkyl, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte C-Atome durch O, S, COO oder CO ersetzt sein können und ein oder mehrere H-Atome des Alkyls durch F ersetzt sein können; und einer aromatischen Gruppe Ar⁷, wahlweise Phenyl, die unsubstituiert oder mit einem oder mehreren Substituenten ausgewähltaus F und C_1-12-Alkyl substituiert ist, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte C-Atome durch O, S, COO oder CO ersetzt sein können.
Vorzugsweise ist R¹⁰ H.
J ist O oder S.
R¹³ ist bei jedem Auftreten ein Substituent, wahlweise C_1-12-Alkyl, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte C-Atome durch O, S, COO oder CO ersetzt sein können und ein oder mehrere H-Atome des Alkyls durch F ersetzt sein können.
R¹⁵ ist bei jedem Auftreten unabhängig H oder ein ionischer oder nichtionischer Substituent, wahlweise H oder ein Substituent ausgewählt aus:

F;
CN;
NO₂;
C_1-12-Alkyl, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte C-Atome durch O, S, COOoder CO ersetzt sein können und ein oder mehrere H-Atome des Alkyls durch F ersetzt sein können;
einer aromatischen Gruppe Ar⁷, wahlweise Phenyl, die unsubstituiert oder mit einem oder mehreren Substituenten substituiert ist, ausgewählt aus F, CN, NO₂ und C_1-20-Alkyl, vorzugsweise C_1-12-Alkyl, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte C-Atome ersetzt sein können durch O, S, COO oder CO; oder
wobei Z⁴⁰, Z⁴¹, Z⁴² und Z⁴¹ jeweils unabhängig CR¹³ oder N sind, wobei R¹³ bei jedem Auftreten H oder ein Substituent ist, vorzugsweise eine C_1-20-Hydrocarbylgruppe;
Y⁴⁰ und Y⁴¹ jeweils unabhängig O, S, NX⁷⁰ sind, wobei X⁷⁰ C_1-20-Alkyl, CN oder COOR⁴¹ ist; oder CX⁵⁰X⁵¹, wobei X⁶⁰ oder X⁶¹ unabhängig CN, CF₃ oder COOR⁴¹ ist;
W⁴⁰ und W⁴¹ jeweils unabhängig O, S, NX⁷⁰ sind, wobei X⁷⁰ C_1-20-Alkyl, CN oderCOOR⁴¹ ist; oder CX⁵⁰X⁵¹, wobei X⁶⁰ oder X⁶¹ unabhängig CN, CF₃ oder COOR⁴¹ ist; und
R⁴¹ bei jedem Auftreten H oder ein Substituent ist, vorzugsweise H oder eine C_1-20-Hydrocarbylgruppe.

R¹⁶ H oder ein Substituent ist, vorzugsweise ein Substituent ausgewählt aus:

-(Ar⁹)_w wobei Ar⁹ bei jedem Auftreten unabhängig eine unsubstituierte oder eine substituierte Aryl- oder Heteroarylgruppe ist, vorzugsweise Thiophen, und w 1, 2 oder 3 ist;
und
C_1-12-Alkyl, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte C-Atome durch O, S, COOoder CO ersetzt sein können und ein oder mehrere H-Atome des Alkyls durch F ersetzt sein können.

Substituenten von Ar⁹, falls vorhanden, sind wahlweise ausgewählt aus C_1-12-Alkyl, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte C-Atome durch O, S, COO oder CO ersetzt sein können und ein oder mehrere H-Atome des Alkyls durch F ersetzt sein können.
Z1 ist N oder P
T¹, T² und T³ stellen jeweils unabhängig einen Aryl- oder einen Heteroarylring dar, der mit einem oder mehreren weiteren Ringen fusioniert sein kann. Substituenten von T¹, T² und T³, falls vorhanden, sind wahlweise ausgewählt aus Nicht-H-Gruppen von R¹⁵.
Ar⁸ ist eine kondensierte heteroaromatische Gruppe, die unsubstituiert oder mit einem oder mehreren Nicht-H-Substituenten R¹⁰ substituiert ist.
Eine bevorzugte Einheit der Formel (V) ist Formel (Va):
wobei:

R¹⁰ wie vorstehend beschrieben ist;
- --- eine Verknüpfungsposition zu einer elektronenabgebenden Gruppe dar;
jedes X¹-X⁴ unabhängig CR¹⁷ oder N ist, wobei R¹⁷ bei jedem Auftreten H oder ein Substituent ist, ausgewählt aus C_1-20-Hydrocarbyl und einer elektronenziehenden Gruppe; und
X⁶⁰ bei jedem Auftreten unabhängig CN, CF₃ oder COOR⁴¹ ist, wobei R⁴¹ bei jedem Auftreten H oder ein Substituent ist, vorzugsweise H oder eine C_1-20-Hydrocarbylgruppe.
Wahlweise ist die elektronenziehende Gruppe R¹⁷ F, Cl, Br oder CN.
Vorzugsweise ist jedes X⁶⁰ CN.

Beispielhafte Einheiten der Formel (Vlla) oder (Vllb) beinhalten:
Beispielhafte Gruppen der Formel (VIIa) beinhalten:
Beispielhafte Gruppen der Formel (Vllb) beinhalten:
Eine beispielhafte Gruppe der Formel (VIId) ist:
Eine beispielhafte Gruppe der Formel (Vlllb) ist:
Eine beispielhafte Gruppe der Formel (Xa) ist:
wobei Ak eine C_1-12-Alkylenkette ist, in der ein oder mehrere C-Atome durch O, S, CO oder COO ersetzt sein können; An ist ein Anion, wahlweise -SO₃ ^_; und jeder Benzolring unabhängig unsubstituiert oder mit einem oder mehreren Substituenten substituiert ist, ausgewählt aus Substituenten, die unter Bezugnahme auf R¹⁰ beschrieben wurden.
Beispielhafte Einheiten der Formel (XIII) sind:
Eine beispielhafte Einheit der Formel (XIV) ist:
In dem Fall, in dem mindestens eine elektronenaufnehmende Einheit eine Gruppe der Formel (XV) ist, ist eine benachbarte elektronenabgebende Einheit mit -B(R¹⁴)₂ substituiert, wobei R¹⁴ bei jedem Auftreten ein Substituent ist, wahlweise eine C_1-20-Hydrocarbylgruppe; --- an die elektronenabgebende Einheit gebunden ist; und → eine Bindung an das Boratom von -B(R¹⁴)₂ ist.
Die elektronenabgebende Einheit, die Einheit der Formel (XV) und der B(R¹⁴)₂-Substituent können miteinander verknüpft sein, um einen 5- oder 6-gliedrigen Ring zu bilden.
In einigen Ausführungsformen ist die elektronenaufnehmende Einheit der Formel (XV) ausgewählt aus den Formeln (XVa), (XVb) und (XVc):
In einigen Ausführungsformen werden bevorzugt zweiwertige elektronenaufnehmende Einheiten ausgewählt aus

- zweiwertigen Analogen der Formeln (IX)-(XII), wobei R¹⁵ eine Bindung an eine elektronenabgebenden Einheit ist;
- zweiwertigen Analogen (Xllla) und (XIVa) der Formeln (XIII) bzw. (XIV):

Besonders bevorzugt weisen zweiwertige elektronenaufnehmende Einheiten die Formel (XVI) auf:
wobei Ar ein substituiertes oder unsubstituiertes Benzol oder ein substituierter oder unsubstituierter 6-gliedriger heteroaromatischer Ring ist, der N- und C-Ringatome enthält; Ar¹ ein substituierter oder unsubstituierter 5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer Ring ist, der N- und C-Ringatome enthält; Ar² ein substituierteroder unsubstituierter 5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer Ring ist oder fehlt; Ar³ ein 5-gliedriger Ring oder ein substituierter oder unsubstituierter 6-gliedriger Ring ist; Ar⁴ ein 5-gliedriger Ring oder ein substituierter oder unsubstituierter 6-gliedrigerRing ist oder fehlt; Ar⁵ eine substituierte oder unsubstituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe ist, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält; Ar⁶ eine substituierte oder unsubstituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe ist, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält oder fehlt; und jedes X unabhängig ein Substituent ist, der an ein Kohlenstoffatom von Ar³ und, falls vorhanden, Ar⁴ gebunden ist, mit der Maßgabe, dass mindestens eine X-Gruppe eine elektronenziehende Gruppe ist.
Es versteht sich, dass die Möglichkeit der Substitution von Ar¹, Ar², Ar⁵ und Ar⁶ von der Struktur der Formel (I) und der Verfügbarkeit von Substitutionspositionen abhängt. Wenn beispielsweise Ar² vorhanden ist und ein 6-gliedriger aromatischer oder heteroaromatischer Ring ist, der weniger als vier Heteroatome im Ring enthält, dann kann eine Substitution vorhanden sein; wenn Ar² ein 5-gliedriger heteroaromatischer Ring ist, der weniger als drei Heteroatome im Ring enthält, dann kann eine Substitution vorhanden sein; wenn Ar⁵ eine monocyclische oder polycyclische Gruppe ist, die mindestens einen aromatischen Ring enthält, dann kann eine Substitution vorhanden sein.
Substituenten von Ar¹, Ar², Ar⁵ und Ar⁶, falls vorhanden, sind vorzugsweise ausgewählt aus den Substituenten R⁶¹, wobei R⁶¹ bei jedem Auftreten ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus:

F;
CI;
CN;
NO₂;
linearem, verzweigtem oder cyclischem C_1-30-Alkyl, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte C-Atome durch O, S, NR⁷, CO oderCOO ersetzt sein können, wobei R⁷ ein C_1- ₁₂-Hydrocarbyl ist, und ein oder mehrere H-Atome von C_1-20-Alkyl durch F ersetzt sein können; und
einer Gruppe der Formel (Ak)u-(Ar⁷)v, wobei Ak eine C_1-12-Alkylenkette ist, in der ein oder mehrere nicht benachbarte C-Atome durch O, S, CO oder COO ersetzt sein können; u 0 oder 1 ist; Ar⁷ bei jedem Auftreten unabhängig eine aromatische oder heteroaromatische Gruppe ist, die unsubstituiert oder mit einem oder mehreren Substituenten substituiert ist; und v mindestens 1, wahlweise 1, 2 oder 3 ist.

Substituenten von Ar⁷, falls vorhanden, sind vorzugsweise ausgewählt aus F; Cl; NO₂; CN; und C_1-20-Alkyl, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte C-Atome durch O, S, CO oder COO ersetzt sein können. Vorzugsweise ist Ar⁷ Phenyl.
Bevorzugtere Substituenten R⁶¹ sind F; Cl; C_1-20-Alkyl, wobei ein oder mehrere H-Atome durch F ersetzt sein können und ein oder mehrere C-Atome durch O, S oder COO ersetzt sein können; und Phenyl, das unsubstituiert oder mit einem oder mehreren Substituenten, ausgewählt aus F, CN und C_1-30-Alkyl, substituiert ist, wobei ein oder mehrere H-Atome des C_1-30-Alkyls durch F ersetzt sein können und ein oder mehrere C-Atome des C_1-30-Alkyls durch O, S oder COO ersetzt sein können. Beispielhafte Substituenten R⁶¹beinhalten-(OCH₂CH₂)r-OAk¹ und-(OCH₂ CH₂)r-NAk¹ ₂, wobei r 1-10 ist und Ak¹ C_1-4-Alkyl ist
Vorzugsweise ist die Einheit der Formel (XVI) ausgewählt aus den Formeln (XVI-1) - (XVI-31):

wobei

M¹, M², M³ und M⁴ unabhängig CR⁶¹ oder N sind, wobei R⁶¹ bei jedem Auftreten H oder ein Substituent wie vorstehend beschrieben ist;
M¹⁰, M¹¹, M¹², M¹³, M²⁰, M²¹, M²², M³⁰, M³¹, M³², M³³, M⁴⁰, M⁴¹, M⁴², M⁴³, M⁵⁰, M⁵¹, M⁵² und M⁵³ unabhängig N, S, O oder CR⁶¹ sind, wobei R⁶¹ bei jedem Auftreten H oder ein Substituent ist und mit der Maßgabe, dass ein S oder O nicht benachbart zu einem anderen S oder O ist;
X unabhängig eine elektronenziehende Gruppe ist;
R⁶² ein Substituent ist; und
q 0, 1, 2, 3 oder 4 ist.

Vorzugsweise ist jede Einheit der Formel (XVI) direkt an mindestens eine elektronenabgebende Einheit D gebunden.
Vorzugsweise ist Ar Benzol oder ein 5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer Ring, bestehend aus N- und C-Ringatomen.
Vorzugsweise sind nicht mehr als 2 Ringatome von Ar N-Atome.
Vorzugsweise ist Ar ausgewählt aus Benzol, Pyridin und Pyridazin.
Bevorzugter ist Ar ausgewählt aus Benzol und Pyridin.
Vorzugsweise ist Ar¹ ein substituierter oder unsubstituierter 5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer Ring, bestehend aus N- und C-Ringatomen; bestehend aus N-, C- und O-Ringatomen; oder bestehend aus N-, C- und S-Ringatomen.
Vorzugsweise sind nicht mehr als 2 Ringatome von Ar¹ N-Atome.
Wahlweise ist nicht mehr als 1 Ringatom von Ar¹ ein O- oder ein S-Atom.
Vorzugsweise ist Ar¹ ausgewählt aus I midazol, Pyridin, Thiazin, Pyrazin und Oxazin.
Bevorzugter ist Ar¹ ausgewählt aus Imidazol und Pyrazin.
Vorzugsweise ist Ar², wo vorhanden, wie für Ar¹ beschrieben, mit der Maßgabe, dass, wenn Ar² ein 5-gliedriger Ring ist, Ar² ausgewählt ist aus I midazol und Thiadiazol.
Vorzugsweise ist Ar³ ein 5-gliedriger ca rbocyclischer Ring.
Vorzugsweise ist Ar⁴, falls vorhanden, ein 5-gliedriger carbocyclischer Ring.
Vorzugsweise ist Ar⁵ unabhängig eine substituierte oder eine unsubstituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält, wobei der heteroaromatische Ring aus N- und C-Ringatomen besteht; aus N-, C- und S-Ringatomen besteht; oder aus N-, C- und O-Ringatomen besteht.
Vorzugsweise sind nicht mehr als 2 Ringatome von Ar⁵ N-Atome.
Wahlweise ist nicht mehr als 1 Ringatom von Ar⁵ ein O- oder S-Atom.
Vorzugsweise ist Ar⁵ ausgewählt aus Benzol, Pyrrol, Pyrazol, I midazol, Oxazol, Thiazol, Pyridin, Thiazin, einem Diazin, einschließlich Pyrimidin, Pyridazin, Pyrazin, Thiadiazol, Oxadiazol, Oxazin und Triazol.
Vorzugsweise ist Ar⁵ ausgewählt aus Benzol, Thiadiazol, Triazol und einem Diazin, beispielsweise Pyrimidin, Pyridazin oder Pyrazin.
Bevorzugter ist Ar⁵ Benzol.
Vorzugsweise ist Ar⁶, falls vorhanden, aus Gruppen wie für Ar⁵ definiert ausgewählt.
Wahlweise sind R⁵⁰ und R⁶² jeweils unabhängig ausgewählt aus H oder einem Substituenten, der in Bezug auf R⁶¹ beschrieben wurde. Vorzugsweise ist R⁵⁰ und R⁶² jeweils unabhängig ausgewählt aus H, F, Cl, CN; C_1-20-Alkyl, wobei ein oder mehrere H-Atome durch F ersetzt sein können; unsubstituiertem Phenyl; oder Phenyl, substituiert mit einem oder mehreren Substituenten, ausgewählt aus Fund C_1-20-Alkylgruppen, wobei ein oder mehrere H-Atome durch F ersetzt sein können und ein oder mehrere C-Atome durch O, S oder COO ersetzt sein können.
Vorzugsweise ist jede elektronenziehende Gruppe X unabhängig ausgewählt aus O, S und NX⁷⁰, wobei X⁷⁰ C_1-20-Alkyl, CN oder COOR⁸⁰ ist; und CX¹⁰X¹¹, wobei X¹⁰ und X¹¹ jeweils unabhängig F, Cl, Br, CN, NO₂, CF₃ oder COOR⁸⁰ sind, wobei R⁸⁰ H oder ein Substituent ist, vorzugsweise H oder eine C_1-20-Hydrocarbylgruppe, und X¹⁰ und X¹¹ vorzugsweise jeweils F oder CN sind.
Wahlweise ist jede elektronenziehende Gruppe NX⁷⁰, wobei X⁷⁰ ausgewählt ist aus C_1-20-Alkyl, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte C-Atome durch O, S, COO oder CO ersetzt sein können und ein oder mehrere H-Atome des Alkyls durch F ersetzt sein können; Phenyl, das unsubstituiert oder mit einem oder mehreren Substituenten substituiert ist, wahlweise mit einer oder mehreren C_1-12-Alkylgruppen, wobei ein oder mehrere nicht benachbarte C-Atome durch O, S, COO oder CO ersetzt sein können und ein oder mehrere H-Atome des Alkyls durch F ersetzt werden können; und eine heteroaromatische Gruppe, die unsubstituiert oder mit einem oder mehreren Substituenten substituiert ist.
Vorzugsweise ist jede elektronenziehende Gruppe X unabhängig ausgewählt aus O, S und NX⁷⁰, wobei X⁷⁰ C_1-20-Alkyl, CN, COOR⁸⁰ ist; einer C₁ bis C₂₀-Alkylkette, wobei jedes C durch O oder S, einen substituierten oder unsubstituierten 5- oder 6-gliedrigen aromatischen oder heteroaromatischen Ring ersetzt sein kann; und CX¹⁰X¹¹, wobei X¹⁰ und X¹¹ jeweils unabhängig ausgewählt sind aus F, Cl, Br, CN, NO₂, CF₃ und COOR⁸⁰, wobei R⁸⁰ H oder ein Substituent ist, vorzugsweise eine C_1-20-Hydroca rbylgruppe, und X¹⁰ und X¹¹ vorzugsweise jeweils F sind.
Vorzugsweise ist jede elektronenziehende Gruppe X unabhängig ausgewählt aus O und CX¹⁰X¹¹, wobei X¹⁰ und X¹¹ jeweils unabhängig CN oder COOR⁸⁰ sind.
Bevorzugter ist jede elektronenziehende Gruppe X unabhängig ausgewählt aus O und CX¹⁰X¹¹, wobei X¹⁰ und X¹¹ jeweils CN sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist Ar ein wahlweise substituiertes Benzol oder ein 6-gliedriger heteroaromatischer Ring, der N- und C-Atome enthält; Ar¹ ist ein 5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer Ring, der N- und C-Atome enthält; Ar² ist ein wahlweise substituierter5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer Ring oder fehlt; Ar³ ist ein 5- oder 6-gliedriger Ring; Ar⁴ ist ein 5- oder 6-gliedriger Ring oder fehlt; Ar⁵ ist eine wahlweise substituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält; Ar⁶ ist eine wahlweise substituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält oder fehlt; und jedes X ist unabhängig eine elektronenziehende Gruppe, die an die C-Atome von Ar³ und Ar⁴ gebunden ist; und wobei das Material weiter eine konjugierte elektronenabgebende Einheit D der Formel (II) umfasst.
In einer bevorzugteren Ausführungsform ist Ar Benzol; Ar¹ ist ein 6-gliedriger heteroaromatischer Ring, der N- und C-Atome enthält; Ar² ist ein substituierter 6-gliedriger heteroaromatischer Ring; Ar³ ist ein 5-gliedriger Ring; Ar⁵ ist monocyclisch und enthält einen aromatischen Ring; und X ist eine elektronenziehende Gruppe, die an das C-Atom von Ar³ gebunden ist; und wobei das Material weiter eine konjugierte elektronenabgebende Einheit D der Formel (II)umfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist Ar Benzol; Ar¹ ist ein 6-gliedriger heteroaromatischer Ring, der N- und C-Atome enthält; Ar² ist ein wahlweise substituierter 5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer Ring oder fehlt; Ar³ ist ein 5-gliedriger Ring; Ar⁴ ist ein 5-gliedriger Ring oderfehlt; Ar⁵ ist eine wahlweise substituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält; Ar⁵ ist unabhängig eine wahlweise substituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält oder fehlt; und jedes X ist unabhängig eine elektronenziehende Gruppe, die an die C-Atome von Ar³ und / oder Ar⁴ gebunden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist Ar Benzol; Ar¹ ist ein 6-gliedriger heteroaromatischer Ring, der N- und C-Atome enthält; Ar² ist ein 5-gliedriger heteroaromatischer Ring; Ar³ ist ein 5-gliedriger Ring; Ar⁵ ist eine monocyclische Gruppe, die einen aromatischen Ring enthält; und X ist eine elektronenziehende Gruppe, die an das C-Atom von Ar³ gebunden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist Ar Benzol; Ar¹ ist ein 5-gliedriger heteroaromatischer Ring, der N-und C-Atome enthält; Ar² ist ein wahlweise substituierter 5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer Ring oder fehlt; Ar³ ist ein 5-gliedriger Ring; Ar⁴ ist ein 5-gliedriger Ring oderfehlt; Ar⁵ ist eine wahlweise substituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält; Ar⁶ ist eine wahlweise substituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält oder fehlt; und jedes X ist unabhängigeine elektronenziehende Gruppe, die an die C-Atome von Ar³ und / oder Ar⁴ gebunden ist.
Beispielhafte Einheiten der Formel (XVI) beinhalten die folgenden, die unsubstituiert oder mit einem oder mehreren Substituenten R⁶¹ wie vorstehend beschrieben substituiert sein können:

Bevorzugte zweiwertige elektronenaufnehmende Gruppen, z. B. elektronenaufnehmende Wiederholungseinheiten eines Donor-Akzeptor-Polymers, sind:
wobei He eine C_1-20-Hydrocarbylgruppe, z. B. eine C_1-20-Alkylgruppe, ein unsubstituiertes Phenyl oder Phenyl ist, das mit einer oder mehreren C_1-12-Alkylgruppen substituiert ist, und wobei jedes R⁶¹ unabhängig H oder ein Substituent wie vorstehend beschrieben ist.

Beispielhafte Donor-Akzeptor-Polymere beinhalten:
R⁵⁴ ist ausgewählt aus:
R⁶³ ist ausgewählt aus H, CO₂Me, -(OCH₂CH₂)₃OMeand-(OCH₂CH₂)₂NMe₂.
Polymerbildung
Die hierin beschriebenen konjugierten lichtabsorbierenden Polymere können durch jedes dem Fachmann bekanntes Verfahren gebildet werden. Die Anordnung von Wiederholungseinheiten innerhalb der Polymerhauptkette kann kontrolliert werden z. B. durch Bildung von Blockcopolymeren, Verwendung von Polymerisationsverfahren, die Monomere mit unterschiedlichen reaktiven Gruppen erfordern; und Auswahl des Monomerverhältnisses.
Konjugierte Polymere, wie hierin beschrieben, können durch Polymerisieren von Monomeren gebildet werden, die Abgangsgruppen umfassen, die bei der Polymerisation der Monomere unter Bildung von konjugierten Wiederholungseinheiten abgehen. Beispielhafte Polymerisationsverfahren beinhalten, ohne Einschränkung, die Yamamoto-Polymerisation, wie beispielsweise beschrieben in T. Yamamoto, „ElectricallyConducting And Thermally Stable pi-Conjugated Poly(arylene)s Prepared by Organometallic Processes“, Progress in Polymer Science 1993, 17, 1153 -1205, deren Inhalte hierin durch Verweis aufgenommen sind, und Suzuki-Polymerisation, wie beispielsweise beschrieben in WO 00/53656 , WO 2003/035796 und US 5777070 , deren I nhalte hierin durch Verweis aufgenommen sind.
Die Monomere können durch Polymerisation von Monomeren gebildet werden, die Boronsäure-Abgangsgruppen oder Ester davon und Halogenid-oder Pseudohalogenid- (z. B. Sulfonat-) Abgangsgruppen enthalten. Der Fachmann wird verstehen, dass Abgangsgruppen ausgewählt werden können, um zu kontrollieren, welche Monomere benachbarte Wiederholungseinheiten in dem Polymer bilden können oder nicht.
Nanopartikel
Nanopartikel, die ein wie hierin beschriebenes lichtabsorbierendes Material umfassen, können bei PAI verwendet werden. Die Nanopartikel können einen Kern umfassen, der ein lichtabsorbierendes Materialwie hierin beschrieben umfasst.
Verfahren zum Bilden von Nanopartikeln sind beispielsweise in Kuehne et al., „Conjugated Polymer Nanoparticles towards In Vivo Theranostics - Focus on Targeting, Imaging, Therapy, and the Importance of Clearance“, Advanced Biosystems, Band 1, Ausgabe 11; Braeken et al., „Conjugated Polymer Nanoparticles for Bioimaging“, Materials 2017, 10, 1420; „Conjugated Polymers for Biological and Biomedical Applications“, Wiley, 25. März 2018, Kapitel 2, Ciftci et al., „Direct Synthesis of Conjugated Polymer Nanoparticles“, und Pecher et al., „Nanoparticles of Conjugated Polymers“ Chem. Rev. 2010, 110, 10, 6260-6279 und WO 2018/060722 , wobei der Inhalt jeder dieser Offenbarungen hierin durch Verweis aufgenommen ist.
In einigen Ausführungsformen werden die Nanopartikel durch Ausfällung aus einer Lösung eines lichtabsorbierenden Polymers in einem Lösungsmittel gebildet. Die Lösung kann in ein Nicht-Lösungsmittel, das mit dem Lösungsmittel mischbar ist, eingeführt, z. B. injiziert, werden. Wahlweise enthält das Nicht-Lösungsmittel ein Tensid. Die Lösung kann unter Ultraschallbehandlung eingeführt werden. Das Lösungsmittel kann verdampft werden, um Nanopartikel zu ergeben, die in dem Nicht-Lösungsmittel dispergiert sind.
In einigen Ausführungsformen werden die Nanopartikel durch Miniemulgierung aus einer Lösung eines lichtabsorbierenden Polymers in einem Lösungsmittel gebildet. Die Lösung kann durch Zugabe zu Wasserodereinem anderen Nicht-Lösungsmittel des Polymers, mit dem das Lösungsmittel nicht mischbar ist, gefolgt von Verdampfen des Lösungsmittels miniemulgiert werden. Das Nicht-Lösungsmittel kann ein Tensid enthalten. Das Gemisch kann mit Ultraschall behandelt werden.
In einigen Ausführungsformen wird das Nanopartikel durch Selbst montage gebildet.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Kern das lichtabsorbierende Material und eine Matrix. Das Matrixmaterial kann ein organisches Polymeroderein anorganisches Material sein. Vorzugsweise umfasst die Matrix ein oder mehrere anorganische Materialien, vorzugsweise Siliciumdioxid, oder besteht daraus.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Nanopartikelkern das lichtabsorbierende Polymer und eine organische Polymermatrix. Das organische Polymer der Matrix ist vorzugsweise ein amphiphiles Copolymer, z. B. Poly(ethylenglycol)-methyl ether-blockpoly(lactid-co-glycolid oder 1,2-distearoyl-sn-glycerol-3-phosphoethanolamin-N-[methoxy(polyethylenglycol)-2000]. Eine Mischung des lichtabsorbierendes Material und das amphiphile Polymer können vermischt werden, um das Nanopartikel zu bilden. Das lichtabsorbierende Material nach diesen Ausführungsformen ist vorzugsweise ein Polymer, das mit unpolaren Substituenten substituiert ist.
Die Matrix kann mit dem lichtabsorbierenden Material gemischt (d. h. nicht kovalent daran gebunden) oder kovalent daran gebunden sein. Im Fall einer Siliciumdioxidmatrix kann das lichtabsorbierende Material kovalent an das Siliciumdioxid gebunden sein, durch eine kovalente Verknüpfungsgruppe, die eine Silangruppe, z. B. eine Gruppe der Formel - Si(OR¹¹)₃ umfasst, wobei R¹¹ bei jedem Auftreten ein Substituent ist, vorzugsweise eine C_1- ₁₂-Hydrocarbylgruppe, z. B. eineC_1-12-Alkylgruppe. Eine beispielhafte Verknüpfungsgruppe ist in Wang et al., „BODIPY-doped silica nanoparticles with reduced dye leakage and enhanced singlet oxygen generation“, Scientific Reports, Band 5, Artikelnummer: 12602 (2015), offenbart, deren Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen ist.
Die kovalente Bindung an eine Matrix ist besonders bevorzugt für nicht-polymere lichtabsorbierende Materialien, die anfälliger für eine Trennung von dem Nanopartikel sein können als ein lichtabsorbierendes Polymer.
In einigen Ausführungsformen wird die Matrix mit dem lichtabsorbierenden Material gemischt. Das lichtabsorbierende Material kann innerhalb der Matrix homogen oder inhomogen verteilt sein. Im Fall eines lichtabsorbierenden Polymers können Polymerketten vollständig innerhalb eines Umfangs des Matrixmaterials enthalten (d. h. eingekapselt) sein oder können aus dem Umfang herausragen.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Kern einen Zentralbereich, der das lichtabsorbierende Material umfasst, und eine oder mehrere Hüllenschichten, die den Zentralbereich umgeben. DerZentralbereich kann aus dem lichtabsorbierenden Material bestehen oder kann ein oder mehrere weitere Materialien umfassen, z. B. ein Matrixmaterial, wie hierin beschrieben, gemischt mit dem lichtabsorbierenden Material oder kovalent an dieses gebunden.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Hülle ein organisches Polymer oder besteht daraus, beispielsweise wie offenbart in Li et al., „Polymer-encapsulated organic nanoparticles for fluorescence and photoacoustic imaging“, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 6570-6597, deren Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen ist.
In einigen Ausführungsformen besteht die Hülle aus einem oder mehreren anorganischen Materialien. Die Hülle kann aus Siliciumdioxid bestehen.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Hülle ein anorganisches Material, z. B. Siliciumdioxid, und ein oder mehrere weitere Materialien, z. B. das lichtabsorbierende Material.
Die Matrix und / oder die Hülle kann das lichtabsorbierende Material zumindest teilweise von der Umgebung isolieren. Dies kann eine Wirkung, welche die äußere Umgebung auf die Stabilitäts- oder Absorptionseigenschaften des lichtabsorbierenden Materials haben kann, einschränken. Bei der Verwendung während PAI kann die Matrix jede chemische Wechselwirkung zwischen dem Gewebe oder dem endogenen Material und dem lichtabsorbierenden Material einschränken.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Bildung des Partikelkerns eine Polymerisation eines Siliciumdioxid-Monomers, z. B. eines Tetraalkoxysilans, z.B. Tetraethylorthosilikat (TEOS), in Gegenwart des lichtabsorbierenden Materials. Das Siliciumdioxid-Monomer kann in einem protischen Lösungsmittel, z. B. einem Alkohol, Wasserodereinem Gemisch davon, gelöst werden. Die Polymerisation kann durch Zugabe einer Base, z. B. Ammoniumhydroxid, zu der Lösung hervorgerufen werden. Vorzugsweise ist nach diesen Ausführungsformen das lichtabsorbierende Material in dem protischen Lösungsmittel gelöst. Nach diesen Ausführungsformen weist das lichtabsorbierende Material bei 25 °C und 1 atm Druck vorzugsweise eine Löslichkeit von mindestens 0,01 mg/ml in einem alkoholischen Lösungsmittel, wahlweise mindestens 0,1 oder 1 mg/ml, wahlweise im Bereich von 0,01-10 mg/ml auf. Vorzugsweise ist das alkoholische Lösungsmittel ein C_1-10-Alkohol, bevorzugter Methanol. Das lichtabsorbierende Material kann mindestens einen von einem ionischen und einem polaren Substituenten umfassen, wie hierin für die Löslichkeit in einem protischen Lösungsmittel beschrieben.
Die Oberfläche des Nanopartikels kann mit Polyethergruppen, z. B. Polyethylenglycolgruppen und / oder Bindungsgruppen funktionalisiert sein, wie beispielsweise in WO 2020/058668 beschrieben.
Wenn das Nanopartikel eine Hülle umfasst, kann ein Zentralbereich des Kerns, der das lichtabsorbierende Material umfasst oder daraus besteht, gebildet werden, gefolgt von einer Einkapselung durch die Hülle.
Lichtabsorbierende Partikel, wie hierin beschrieben, können als eine kolloidale Suspension bereitgestellt werden, welche die in einer Flüssigkeit suspendierten Partikel umfasst. Vorzugsweise ist die Flüssigkeit Wasser, wahlweise eine Pufferlösung. Vorzugsweise bilden die Partikel in der Flüssigkeit ein gleichmäßiges (nicht aggregiertes) Kolloid.
Oberflächengruppen können an eine Oberfläche des Nanopartikelkerns gebunden sein. Oberflächengruppen können ausgewählt werden, um eine gleichmäßige Verteilung der Nanopartikel zu erreichen und / oder um an ein Ziel innerhalb eines zu analysierenden Gewebes zu binden, z. B. einen Tumor. Beispielhafte Oberflächengruppen, die die Gleichmäßigkeit der Dispersion und / oder die kolloidale Stabilität der Dispersion verbessern können, umfassen ohne Einschränkung etherhaltige Gruppen, z. B. Gruppen, die Poly(ethylenglykol) (PEG)-Ketten enthalten. Bindungsgruppen können entsprechend dem Zielgewebe ausgewählt werden, z. B. die kann Bindungsgruppe ein Ligand oder Antikörper sein, der eine Affinität für einen Zellrezeptor einer Zielzelle aufweist, wie beispielsweise offenbart in Mehrmohammadi et al., „Photoacoustic Imaging for Cancer Detectionand Staging“, Curr Mol Imaging 2013 March, 2(1): 89-105, deren Inhalte hierin durch Verweis aufgenommen sind.
In einigen Ausführungsformen können die Partikel in Pulverform gelagert werden, wahlweise in lyophilisierter oder gefrorener Form.
Vorzugsweise weisen die Partikel einen zahlenmittleren Durchmesser im Bereich von 1-299 nm auf, wahlweise 1-200 nm, wahlweise 1-50 nm, wahlweise 1-30 nm, wahlweise 1-10 nm, gemessen durch dynamische Lichtstreuung (DLS) unter Verwendung eines Malvern Zetasizer Nano ZS, unter Verwendung eines 4 mW 633 nm He-Ne-Lasers. Nanopartikelsuspensionen (Partikel 1) in Methanol können in UV-transparenten Kunststoffküvetten für den einmaligen Gebrauch getestet werden. Die Maschine wurde im Rückstreuungsmodus bei einem Winkel von 173° betrieben. Die Proben werden vor der Messung für 60 Sekunden auf 25 °C äquilibriert. Die in die Software eingegebenen Werte für das Lösungsmittel Methanol sind 0,5476cP für die Viskosität und 1,326 für den Brechungsindex. Die Probe ist als Polystyrol-10-Latex (RI: 1,590, Absorption: 0,0100) definiert. Es wird die automatische Messdauereinstellung verwendet, mit automatischer Messpositionierung und automatischer Dämpfung. Es wird das ‚Mehrzweck‘-Analysemodell mit den standardmäßigen Größenanalyseparametern zusammen mit einem Brechungsindex von 1,59 für den Probenparameter verwendet. Für jede Probe wird eine einzelne Messung durchgeführt.
Eine Größe von 30 nm oder darunter, wahlweise 10 nm oder darunter, ist besonders vorteilhaft, um die Ausscheidung der Partikel nach der Einführung der Partikel in ein Subjekt zur PAI zu ermöglichen, insbesondere um eine Filtration durch das Nierensystem des Subjekts zu ermöglichen.
In einigen Ausführungsformen können die Partikel in Pulverform gelagert werden, wahlweise in lyophilisierter oder gefrorener Form.
Anwendungen
Nanopartikel, wie hierin beschrieben, können bei PAI und bei PTTverwendet werden.
Sowohl bei PAI als auch bei PTT werden Nanopartikel, wie hierin beschrieben, in oder auf einen Zielbereich des Gewebes einer Person eingeführt, z. B. injiziert, und der Zielbereich wird mit einem Laser bestrahlt.
Im Fall von PAI wird von dem lichtabsorbierenden Material absorbierte Energie in Wärme umgewandelt, was zu einer Ausdehnung und Ultraschallemission führt, die durch eine geeignete Vorrichtung, z. B. einen Ultraschallwandler, erfasst werden kann. Die erfasste Ultraschallemission kann durch ein beliebiges geeignetes Bildgebungsprogramm in ein 2D- oder 3D-Bild des Zielbereichs umgewandelt werden. Bestrahlung und Messung der photoakustischen Reaktion können so sein, wie beispielsweise offenbart in Zha et al., „An Ester-Substituted Semiconductor Polymer with Efficient Nonradiative Decay Enhances NIR-II Photoacoustic Performa nce for Monitoring ofTumor G rowth“, Angewandte Chemie International Edition, 5 September 2020.
Wahlweise weist der Laser eine Wellenlänge von mindestens 1100 nm auf, wahlweise eine Wellenlänge im Bereich von 1100-1700 nm.
Im Fall von PTT kann die bei der Bestrahlung freigesetzte Wärme Zielzellen, z. B. Krebszellen, abtöten.
PAI und PTT, wie hierin beschrieben, können beispielsweise bei der Analyse und / oder der Behandlung eines Bereichs mit kanzerösem Wachstum verwendet werden, z. B. bei der Tumorangiogenese-Überwachung, Blutsauerstoffabbildung, funktionelle Gehirnbildgebung, Hautmelanomerfassung oder Methämoglobinmessung.
PAI und PTT, wie hierin beschrieben, können an einem menschlichen oder nichtmenschlichen Tiersubjekt durchgeführt werden.
Beispiele
Modellierungsdaten
Absorptionsspitzen von Modellverbindungen, bei denen Modellierung, wie in diesen Beispielen beschrieben, unter Verwendung von Gaussian09-Software, erhältlich von Gaussian, durchgeführt wurde, wurden unter Verwendung von Gaussian09 mit B3LYP (funktional) durchgeführt. Um die Berechnungzu vereinfachen, wurde die Modellierung nur an Verbindungen mit Methylsubstituenten durchgeführt.
Modellierungsbeispiel 1

Tabelle 1

Eintrag	Ar ¹¹	Ar ¹²	X ¹	HOMO (eV)	LUMO (eV)	Eg (eV)	Abs (nm)
1-1			H	-4,32	-3,37	0,95	1304
1-2			Rho	-4,53	-3,712	0,81	1534
1-3			I2F	-4,42	-3,75	0,67	1842
1-4			IC2F	-4,58	-3,99	0,59	2101
1-5			Rho	-4,77	-3,74	1,03	1204
1-6			I2F	-4,52	-3,75	0,78	1600
1-7			IC2F	-4,75	-4,12	0,63	1968

Modellierungsbeispiel 2

Tabelle 2

Eintrag	ACC	HOMO (eV)	LUMO (eV)	E _g (eV)	Abs (nm)
2-1		-5,10	-4,40	0,70	1779
2-2		-4,42	-3,75	0,67	1842
2-3		-4,75	-4,12	0,63	1968
2-4		-4,58	-3,99	0,59	2101
2-5		-4,46	-3,66	0,80	1552

Modellierungsbeispiel 3

Tabelle 3

Eintrag	X ¹	X ²	HOMO (eV)	LUMO (eV)	Eg (eV)	Abs (nm)
3-1	H	H	-4,31	-3,16	1,16	1071
3-2	CN	Me	-4,66	-3,69	0,97	1274
3-3	CO2Me	CO2Me	-4,45	-3,48	0,96	1286
3-4	NO2	NO2	-5,15	-4,43	0,71	1739
3-5	CN	CN	-5,10	-4,40	0,70	1779
3-6			-5,32	-4,37	0,95	1306

Modellierungsbeispiel 4

Tabelle 4

Eintrag	ACC	HOMO (eV)	LUMO (eV)	E _g (eV)	Abs (nm)
4-1		-4,58	-3,56	1,02	1219
4-2		-4,73	-3,74	0,99	1250
4-3		-4,78	-3,86	0,93	1335
4-4		-4,57	-3,65	0,92	1355
4-5		-4,69	-3,78	0,91	1357
4-6		-4,64	-3,79	0.85	1460
4-7		-4,87	-4,03	0,83	1490

Modellierungsbeispiel 5

Tabelle 5

Eintrag	Ar ^a	X	HOMO (eV)	LUMO (eV)	E _g (eV)	Abs (nm)
5-1		IC2F	-4,78	-3,86	0,93	1335
5-2		IC2F	-4,57	-3,65	0,92	1355
5-3		I2F	-4,58	-3,56	1,02	1219
5-4		IC2F	-4,64	-3,79	0,85	1460
5-5		Rho	-4,73	-3,74	0,99	1250
5-6		I2F	-4,69	-3,78	0,91	1357
5-7		IC2F	-4,87	-4,03	0,83	1490

Modellierungsbeispiel 6
Tabelle 6

Eintrag Akzeptor (A) HOMO (eV) LUMO (eV) Eg (eV) Abs (nm)

6-1
-5,53 -4,53 1,00 1235

6-2
-5,38 -4,42 0,97 1287
Modellierungsbeispiel 7

HOMO- und LUMO-Niveaus für einen Akzeptor (ACC) von Modellverbindungen der allgemeinen Formel (7) wurden modelliert:

Tabelle 7

Eintrag	D ¹ -ACC-D ¹	HOMO (eV)	LUMO (eV)	E _g (eV)	Abs (nm)
Vergleichsbeispiel 1-1		-4,60	-3,06	1,54	803
Modellbeispiel 1-1		-4,37	-2,90	1,48	839
Modellbeispiel 1-2		-4,59	-3,72	0,87	1430
Modellbeispiel 1-3		-4,82	-4,10	0,72	1724
Modellbeispiel 1-4		-4,54	-3,68	0,87	1433
Modellbeispiel 1-5		-4,67	-3,88	0,79	1569
Modellbeispiel 1-6		-4,58	-3,71	0,86	1437
Modellbeispiel 1-7		-4,60	-3,60	1,00	1237
Modellbeispiel 1-8		-4,34	-3,43	0,91	1365
Modellbeispiel 1-9		-4,47	-3,48	0,99	1255
Modellbeispiel 1-10		-4,44	-3,40	1,04	1190
Modellbeispiel 1-11		-4,65	-3,88	0,77	1608
Modellbeispiel 1-12		-4,64	-3,77	0,87	1419
Modellbeispiel 1-13		-4,53	-3,53	1,00	1242
Modellbeispiel 1-14		-4,51	-3,58	0,93	1340
Modellbeispiel 1-15		-4,45	-3,35	1,10	1128
Modellbeispiel 1-16		-4,43	-3,48	0,95	1306
Modellbeispiel 1-17		-4,47	-3,43	1,04	1194
Modellbeispiel 1-18		-4,28	-3,10	1,18	1051
Modellbeispiel 1-19		-4,41	-3,38	1,03	1201
Modellbeispiel 1-20		-4,39	-3,27	1,12	1107
Modellbeispiel 1-21		-4,39	-3,33	1,06	1172
Modellbeispiel 1-22		-4,52	-2,92	1,60	773
Modellbeispiel 1-23		-4,34	-3,06	1,28	966
Modellbeispiel 1-24		-4,54	-3,60	0,93	1320
Modellbeispiel 1-25		-4,35	-3,30	1,05	1181
Modellbeispiel 1-26		-4,45	-3,56	0,90	1384
Modellbeispiel 1-27		-4,34	-3,39	0,95	1311
Modellbeispiel 1-28		-3,59	-4,43	0,84	1480
Modellbeispiel 1-29		-4,67	-3,53	1,134	1091
Modellbeispiel 1-30		-4,70	-3,49	1,21	1025
Modellbeispiel 1-31		-4,60	-3,43	1,18	1053
Modellbeispiel 1-32		-4,48	-2,87	1,61	770
Modellbeispiel 1-33		-4,65	-3,50	1,16	1073
Modellbeispiel 1-34		-4,40	-2,53	1,87	662
Modellbeispiel 1-35		-4,37	-2,75	1,62	767
Modellbeispiel 1-36		-4,50	-2,43	2,06	601
Modellbeispiel 1-37		-4,49	-3,30	1,19	1045
Modellbeispiel 1-38		-4,55	-3,55	1,00	1237
Modellbeispiel 1-39		-4,51	-3,40	1,11	1119
Modellbeispiel 1-40		-4,42	-3,29	1,12	1104
Modellbeispiel 1-41		-4,50	-3,29	1,20	1029
Modellbeispiel 1-42		-4,36	-3,10	1,26	985

Zwischenverbindung 1
Zwischenverbindung 1 kann durch das in WO 2011/052709 beschriebene Verfahren gebildet werden, in dem das Lacton-Zwischenprodukt 4 mit dem folgenden Grignard-Reagenz umgesetztwird:
Zwischenverbindung Beispiel 2
Zwischenverbindung Beispiel 2 wurde nach dem in Macromolecules 2019, 52, S. 6149-6159 beschriebenen Verfahren hergestellt.
Zwischenverbindung Beispiel 3
Eine Lösung von K₂CO₃ (23,31 g, 169 mmol) in Wasser (70 ml) wurde zu einer entgasten Lösung von 6-Bromindanon (7,12 g, 33,73 mmol), Hexylboronsäure (8,77 g, 67,47 mmol), Pd(PPh₃)₄ (3,40 g, 3,37 mmol) und Toluol gegeben. Nach Erhitzen unter Rückfluss über Nacht wurde das Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur abgekühlt, abgetrennt und die wässrige Phase wurde mit Toluol (50 ml) gewaschen. Die vereinigten organischen Schichten wurden getrocknet, verdampft und über Säulenchromatographie (Heptan/Ethylacetat)gereinigt, um 6-Hexyll-indanon (3,38 g) als ein Öl zu ergeben.
Eine Lösung von 6-Hexyl-1-indanon (3,38 g, 15,62 mMol) und N-Bromsuccinimid (5,7 g, 32,03 mMol) in DMSO wurde für 6 Stunden auf 80 °C erhitzt. Das abgekühlte Reaktionsgemisch wurde in Wasser (200 ml) gegossen und mit Ethylacetat extrahiert, getrocknet, verdampft und über Umkristallisation aus Heptan/Ethylacetat gereinigt, um 6-Hexyl-ninhydrin (1,34g) zu ergeben.
Konzentrierte Schwefelsäure (5 Tropfen) wurde zu einer Lösung von 6-Hexyl-ninhydrin (1,0 g, 3,09 mMol) und 4,7-Dibrom-5,6-diamino-2,1,3-benzothiadiazol (1,21 g, 4,63,0 mMol, hergestellt wie beschrieben in Bioconjugate Chemistry, 2016, 27(7), S. 1614-1623) in Ethanol (35 ml) gegeben. Nach Erhitzen auf 80 °C über Nacht wurde das Reaktionsgemisch auf Raumtemperaturabgekühlt, der Feststofffiltriert und mit Wasser, Ethanol, Methanol gewaschen und umkristallisiert (Chloroform/Methanol), um die Zwischenverbindung Beispiel 3 (1,13 g) als ein Gemisch von 2 Isomeren zu ergeben.
IsomerA: ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃), δ [ppm]: 8,27 (d, 1H, 7,0 Hz); 7,89 (s, 1H); 7,72 (d, 1H, 7,2 Hz); 2,81 (t, 2H, 7,8 Hz), 1,71-1,78 (m, 2H); 1,3-1,4 (m, 6H); 1,72 (m, 3H)
Isomer B: ¹H NMR (400 MHz, CDCl₃),δ [ppm]: 8,17 (s, 1H); 7,99 (d, 1H, 7,8 Hz); 7,60 (d, 1H, 7,9 Hz); 2,86 (t, 2H, 8,0 Hz); 1,71-1,78 (m, 2H), 1,3-1,4 (m, 6H); 1,72 (m, 3H)
Zwischenverbindung Beispiel 4
Zwischenverbindung Beispiel 4 wurde nach dem in Makromolecules 2019, 52, S. 6149-6159 beschriebenen Verfahren hergestellt.
Zwischenverbindung Beispiel 5
Eine Lösung von Zwischenprodukt A (6,85 g, 9,48 mmol, hergestellt wie beschrieben in Bioconjugate Chemistry, 2016, 27(7), S. 614-1623) in THF (257 ml) von THFwurde auf 0 °C abgekühlt. LiAlH₄ (37,92 ml, 37,92 mmol, 1M in THF) wurde tropfenweise zugegeben. Nach 30 Minuten wurde das Reaktionsgemisch mit Wasser abgelöscht, verdampft, in Ethylacetat gelöst und filtriert. Ausfällung aus Heptan ergab Zwischenprodukt B (4,24 g) als einen gelben Feststoff.
Eine Lösung von Zwischenprodukt B (4,24 g, 5,87 mmol) und Ninhydrin (4,18 g, 23,47 mmol) in Ethanol (20 ml) wurde über Nacht unter Rückfluss erhitzt. Das Reaktionsgemisch wurde abgekühlt und der resultierende orangefarbene Niederschlag wurde filtriert, mit Ethanol gewaschen und umkristallisiert (Isopropanol/Chloroform), um die Zwischenverbindung von Beispiel 5 (3,70g) zu ergeben.
¹H NMR (400 MHz, CDCl₃), δ [ppm]: 8,38 (d, 1H, 7,6 Hz); 8,05 (d, 1H, 7,8 Hz); 7,88 (t, 1H, 7,5 Hz); 7,69-7,74 (m, 5H); 7,20-7,22 (m, 4H); 2,64-2,67 (m, 4H); 1,61-1,65 (m, 4H); 1,27-1,32 (m, 20H); 0,88 (t, 6H, 7,1 Hz).
Zwischenverbindung Beispiel 6
Zwischenprodukt C (4,80 g; 12,83, 1 Äq.) wurde in 120 ml trockenem THF unter einer Stickstoffatmosphäre gelöst. Diese Lösung wurde auf -20 °C abgekühlt und LiAlH₄ (1 M in THF; 12,83 ml) wurde tropfenweise über 10 Minuten zugegeben. Das Reaktionsgemisch wurde langsam auf Raumtemperatur gebracht und für 3,5 Stunden gerührt, auf 0 °C abgekühlt und mit 5 ml Wasser abgelöscht. Das Lösungsmittel wurde entfernt und der Rückstand wurde mit Ethylacetat extrahiert, filtriert, mit Heptan verdünnt und verdampft. Das Produkt wurde aus einem Ethylacetat/Methanol-Gemisch umkristallisiert, um 2,63 g Zwischenprodukt D zu ergeben.
Ninhydrin-C8 (2,77 g; 9,28 mMol), gelöst in warmem Ethanol (75 ml), und Zwischenprodukt D wurden zugegeben, und das Gemisch wurde über Nacht unter Rückfluss erhitzt. Das Gemisch wurde auf Raumtemperatur gebracht, filtriert und mit Methanol und Heptan gewaschen. Das Produkt wurde über Säulenchromatographie (Umkehrphase-C18; MeCN/THF; 4 %-36 %) gereinigt und von Methanol filtriert, um 0,54 g der Zwischenverbindung 6 als ein Gemisch von 2 Isomeren (Verhältnis 1:3) zu ergeben.
¹H NMR (400 MHz, CDCl₃), δ [ppm]: 8,23 (d, 1H); 8,14 (s, 1H); 7,94 (d, 1H); 7,85 (s, 1H); 7,67 (d, 1H); 7,53 (d, 1H); 2,92 (s, 6H); 2,85 (t, 2H); 2,78 (t, 2H); 1,70-1,78 (m, 2H); 1,29-1,56 (m, 10H), 0,88 (t, 3H).
Zwischenverbindung Beispiel 7
Zwischenverbindung Beispiele 8 und 9
In Schritt 1 werden 6 Äquivalente von 2-(2-Chlorethoxy)ethanol (6Äquivalente) in THFauf 0 °C abgekühlt, 6 Äquivalente von Diisopropylazodicarboxylat werden tropfenweise zugegeben und über Nacht erwärmt, das Lösungsmittel wird entfernt und das Produkt wird durch Säulenchromatographie mit Ethylacetat/Petroletherals Eluent gereinigt.
In Schritt 5 wurde das Reaktionsgemisch nach der Reaktion angesäuert und die wässrige Schicht wurde entfernt. 1,1,1-Trimethylolethan wurde zugegeben, um den Diester zu bilden.
Zwischenverbindungsbeispiele 1-9 können umgesetzt werden, um polymere oder nichtpolymere Materialien zu bilden, die eine von diesen Verbindungen abgeleitete elektronenaufnehmende Einheit und eine elektronenabgebende Einheit umfassen.
Polymere können durch Suzuki-Miyaura-Polymerisation der Zwischenverbindungsbeispiele 1-6 mit einem Monomer zum Bilden einer elektronenabgebenden Wiederholungseinheit gebildet werden, beispielsweise wie in US9512149 offenbart, deren Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen ist.
Polymerbeispiele 1 und 2
Polymerbeispiele können, wie in WO2011052709 und WO2013051676 beschrieben, deren Inhalte hierin durch Verweis aufgenommen sind, durch Polymerisation von Monomer Beispiel 1 und einem Monomer zur Bildung einer elektronenaufnehmenden Wiederholungseinheit synthetisiert werden. Im Fall von Polymerbeispielen 1 und 2 folgt auf die Polymerisation die Hydrolyse der Estergruppe des Monomers Beispiel 1 zu -COO-Cs⁺, wie in WO 2012/133229 beschrieben, deren Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen ist.
Bandabstand und Absorption von Polymeren
HOMO-Niveaus, LUMO-Niveaus und Absorptionsmaxima von Polymeren wurden für Donor-Akzeptor-Polymere gemessen, die alternierende Donor- und Akzeptor-Wiederholungseinheiten enthielten, wobei die Akzeptor-Wiederholungseinheiten so sind, wie in Tabelle 8 gezeigt, und die Donor-Wiederholungseinheiten die Formel aufweisen:
wobei R^54b von 50 Mol-% der Donor-Wiederholungseinheiten 3,7-Dimethyloctyl ist und R^54b für50 Mol-% der Donor-Wiederholungseinheiten C₁₂H₂₅ ist.
HOMO- und LUMO-Niveaus wurden in Lösungsrechteckwellenvoltammetrie gemessen.
Bei der Rechteckwellenvoltammetrie wird der Strom an einer Arbeitselektrode gemessen, während das Potential zwischen der Arbeitselektrode und einer Referenzelektrode zeitlich linear gewobbelt wird. Der Differenzstrom zwischen einem Vorwärts- und Rückwärtsimpuls wird als Funktion des Potentials aufgetragen, um ein Voltammogramm zu ergeben. Die Messung kann mit einem CHI 660D Potentiostaten erfolgen.
Die Vorrichtung zum Messen von HOMO- oder LUMO-Energieniveaus durch SWV kann eine Zelle umfassen, die 0,1 M tertiäres Butylammoniumhexafluorphosphat in Acetonitril enthält; eine Glaskohlenstoff-Arbeitselektrode mit 3 mm Durchmesser; eine Platin-Gegenelektrode und eine leckagefreie Ag/AgCI-Referenzelektrode.
Ferrocen wird am Ende des Experiments zu Berechnungszwecken direkt in die bestehende Zelle gegeben, wo die Potentiale für die Oxidation und die Reduktion von Ferrocen gegenüber Ag/AgCl unter Verwendung von zyklischer Voltammetrie (CV) bestimmt werden.
LUMO = 4,8-E Ferrocen (Spitze-zu-Spitze-Durchschnitt) - E Reduktion der Probe (Spitzenmaximum).
HOMO = 4,8-E Ferrocen (Spitze-zu-Spitze-Durchschnitt) + E Oxidation der Probe (Spitzenmaximum).
Die HOMO- und LUMO-Werte wurden aus einer verdünnten Lösung der Polymere (0,3 Gew.-%) in Toluol gemessen.

Absorptionsspektren wurden in Toluollösung gemessen. Tabelle 8

Polymer	Aktzeptoreinheit	HOMO /eV	LUMO /eV	Bandabstand	Abs max /n m (Lösung)	Abs max /nm (Film)
8		-4,91	-3,92	0,99	1663	1535
9		-5,1	-3,95	1,15	1390	1266
10		-4,84	-3,74	1,10	1297	1230
11		-4,88	-3,69	1,19	1404	1297
12		-4,86	-3,93	0,93	1582	1429
13		-4,88	-3,63	1,25	1189	1136
14		-4,81	-3,55	1,26	1573	1489
15		-5,00	-3,80	1,2	1722	1660
16		-5,06	-3,75	1,31	1235	1238
17		-4,94	-3,84	1,1	1484	1341

Nanopartikelbildung - Beispiel 1
Das Nanopartikel kann synthetisiert werden, wie in GB2554666 beschrieben, dessen Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen ist. Ein Polymer (z. B. Polymerbeispiel 1 oder 2) wird in Methanol (entweder 1 mg/ml oder 10 mg ml) durch Erhitzen auf 60 °C für 1 Stunde gelöst und die Lösung wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Zu 2 ml dieser Lösung wird (Ammoniumhydroxid (0,15 ml, 30 % wässrig)) gegeben, gefolgt von einer schnellen Zugabe einer Lösung, die Tetraethylorthosilikat (TEOS, 0,2 ml) und Methanol (0,5 ml) umfasst, unter Rühren bei Raumtemperatur. Das Rühren wird für 1 h bei Raumtemperatur fortgesetzt, wonach die Lösung bei 14.000 U/min für 10 Minuten zentrifugiert wird, um die resultierenden Siliciumdioxid-Polymer-Nanopartikel aus dem Überstand zu isolieren, der überschüssiges nicht umgesetztes TEOS und Ammoniumhydroxid enthält. Der Überstand wird dekantiert und sanfte Ultraschallbehandlung wird verwendet, um das isolierte Pellet aus Nanopartikeln in Methanol (2,5 ml) zu redispergieren. Waschzyklen bestehend aus Zentrifugation, Dekantieren und Redispersion in Methanol (2,5 ml) werden weitere zwei Mal wiederholt, gefolgt von drei ähnlichen Waschungen mit entionisiertem Wasser (2,5 ml). Schließlich werden die Nanopartikel in deionisiertem Wasser (1,5 ml) zur Messung der Partikelgröße durch dynamische Lichtstreuung unter Verwendung eines Malvern Zetasizer Nano ZS redispergiert.
Nanopartikelbildung - Beispiel 2
Nanopartikel wurden nach dem Verfahren von Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2012, 91, 219-225, deren Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen ist, gebildet.
Bernsteinfarbene40-ml-Fläschchen wurden mit Cyclohexan (3,75 ml), Hexanol (1,25 ml), Triton X-100 (0,85 ml) und MILLI-Q-Wasser (0,25 ml) beschickt. Dies wurde für 5-10 min bei 500 U/min mit einem 12x4,5 mm Rührstab gerührt. Dann wurden TEOS oder TMOS (50 Mikroliter), Polymerlösung (25 oder 50 Mikroliter einer Lösung von Polymer 8, dargestellt in Tabelle 8, in Toluol mit 1 mg/ml) und Ammoniumhydroxid (28-30 %, 30 Mikroliter) zugegeben. Die Fläschchen wurden verschlossen und für etwa 20 Stunden bei Raumtemperatur gerührt.

Nach 20 Stunden wurde Aliquot von jeder Charge in Methanol (200 µl roh in 800 µl Methanol) verdünnt und durch DLS analysiert. Die DLS-Proben wurden zusammen mit weiteren 5 ml Methanol zurück in die Reaktionsfläschchen gegossen und für etwa 6 Stunden gerührt, um die Mizellen aufzubrechen. Die Proben wurden dann in vorkonditionierte Float-a-lyzer-Dialysevorrichtungen (10 ml, 100 kDa MWCO) geladen. Die Chargen 2 und 4 passierten während des Transfers durch 0,45-µm-Filter (die Chargen 1 und 3 würden 0,45-pm-Filter nicht passieren) und für 2 Stunden gegenüber Ethanol dialysiert. Das Dialyselösungsmittel wurde dann zu Wasser geändert und die Proben wurden über Nacht dialysiert (der schwarze Niederschlag, der nach der Ethanoldialyse sichtbar war, wurde über Nacht wieder zu einer homogenen Suspension). Am folgenden Tagwurde das Dialysewasser weitere 3 Male gewechselt (-alle 2-3 Stunden). Die Proben wurden durch DLSgemessen.

Charge	Silicat	Polymer 8 Menge (µl)	Stufe	Z ave/nm	N ave /nm	PDI	I ave/nm
1	TEOS	25	Roh	206,0	154,9	0,100	232,3
1	TEOS	25	Dialysiert	182,5	162,7	0,171	213,4
2	TMOS	25	Roh	36,31	24,02	0,267	36,77*
2	TMOS	25	Dialysiert	48,89	8,73	0,506	93,39*
3	TEOS	50	Roh	208,0	145,5	0,168	233,7
3	TEOS	50	Dialysiert	180,9	127,3	0,125	207,4
4	TMOS	50	Roh	82,88	24,96	0,215	32,01*
4	TMOS	50	Dialysiert	89,24	9,085	0,567	184,9*

*gibt das Vorhandensein zusätzlicher Spitzen an
ave = Durchschnitt 6 ml von Charge 3wurden zu Pellets abzentrifugiert und in 1 ml Methanol resuspendiert. Absorptionsspektren wurden mit sukzessive ansteigenden Mengen dieser Suspension, die zu Methanol gegeben wurden, gemessen. Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Spitze bei etwa 1450 nm beobachtet, deren Intensität mit zunehmender Konzentration der Nanopartikel zunimmt (1 zeigt auch Absorption bei etwa 1500 nm, die Methanol zuzuschreiben ist).

Photoakustische Bildgebung
Die PAI kann unter Verwendung der Ausrüstung und des Verfahrens durchgeführt werden, wie es in Angewandte Chemie International Edition, 2020, deren Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen ist (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie. 202010228) beschrieben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 10124111 [0007]
WO 00/53656 [0155]
WO 2003/035796 [0155]
US 5777070 [0155]
WO 2018/060722 [0158]
WO 2020/058668 [0173]
WO 2011/052709 [0190]
US 9512149 [0207]
WO 2011052709 [0208]
WO 2013051676 [0208]
WO 2012/133229 [0208]
GB 2554666 [0218]

Claims

Lichtabsorbierendes Mittel zur Verwendung bei photoakustischer Bildgebung, wobei das lichtabsorbierende Mittel Nanopartikel umfasst, die ein lichtabsorbierendes Material umfassen, das eine elektronenaufnehmende Einheit und eine elektronenabgebende Einheit umfasst, wobei die elektronenabgebende Einheit eine Einheit der Formel (Illa-1) ist:
wobei: Y bei jedem Auftreten unabhängigO oder S ist; Z bei jedem Auftreten O, S, NR⁵⁵ oder C(R⁵⁴)₂ ist; R⁵¹ bei jedem Auftreten H oder ein Substituent ist; R⁵⁴ bei jedem Auftreten unabhängig ein Substituent ist; und R⁵⁵ H oder ein Substituent ist.
Lichtabsorbierendes Mittel nach Anspruch 1, wobei das lichtabsorbierende Material ein Polymer ist; die elektronenaufnehmende Einheit eine elektronenaufnehmende Wiederholungseinheit ist; und die elektronenabgebende Einheit eine elektronenabgebende Wiederholungseinheit ist.
Lichtabsorbierendes Mittel nach Anspruch 2, wobei das lichtabsorbierende Material ein konjugiertes Polymer ist.
Lichtabsorbierendes Mittel nach Anspruch 3, wobei das konjugierte Polymer ein Donor-Akzeptor-Polymer ist, das alternierende elektronenabgebende und elektronenaufnehmende Wiederholungseinheiten umfasst.
Lichtabsorbierendes Mittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektronenaufnehmende Einheit eine Gruppe der Formel (XVI) umfasst:
wobei Ar ein substituiertes oder unsubstituiertes Benzol oder ein substituierter oder unsubstituierter 6-gliedriger heteroaromatischer Ring ist, der N- und C-Ringatomeenthält; Ar¹ ein substituierteroderunsubstituierter5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer Ring ist, der N-und C-Ringatome enthält; Ar² ein substituierter oder unsubstituierter 5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer Ring ist oder fehlt; Ar³ ein 5-gliedriger Ring oder ein substituierter oder unsubstituierter 6-gliedriger Ring ist; Ar⁴ ein 5-gliedriger Ring oder ein substituierter oder unsubstituierter 6-gliedriger Ring ist oder fehlt; Ar⁵ eine substituierte oder unsubstituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe ist, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält; Ar⁵ eine substituierte oder unsubstituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe ist, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält oder fehlt; und jedes X unabhängig ein Substituent ist, der an ein Kohlenstoffatom von Ar³ und, falls vorhanden, Ar⁴ gebunden ist, mit der Maßgabe, dass mindestens eine X-Gruppe eine elektronenziehende Gruppe ist.
Lichtabsorbierendes Mittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Nanopartikel einen Kern umfassen, der das lichtabsorbierende Material und Siliciumdioxid umfasst.
Lichtabsorbierendes Mittel nach Anspruch 6, wobei das lichtabsorbierende Material innerhalb einer Matrix verteilt ist, die das Siliciumdioxid umfasst.
Lichtabsorbierendes Mittel nach Anspruch 6 oder 7, wobei das lichtabsorbierende Material kovalent an das Siliciumdioxid gebunden ist.
Lichtabsorbierendes Mittel nach Anspruch 6, wobei das lichtabsorbierende Material nicht kovalent an das Siliciumdioxid gebunden ist.
Lichtabsorbierendes Mittel nach einem der Ansprüche 1-5, wobei ein Kern des Nanopartikels einen Zentralbereich umfasst, der von einer Hülle eingekapselt ist; und das lichtabsorbierende Material in dem Zentralbereich angeordnet ist.
Lichtabsorbierendes Mittel nach Anspruch 10, wobei die Hülle das Siliciumdioxid umfasst oder daraus besteht.
Lichtabsorbierendes Mittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das lichtabsorbierende Material eine Spitzenabsorptionswellenlänge von mindestens 1100 nm aufweist.
Lichtabsorbierendes Mittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Nanopartikel einen zahlenmittleren Durchmesser von weniger als 200 nm aufweisen, wie durch dynamische Lichtstreuung bestimmt.
Lichtabsorbierendes Mittel zur Verwendung bei photoakustischer Bildgebung, wobei das lichtabsorbierende Mittel Nanopartikel umfasst, die ein lichtabsorbierendes Material umfassen, das eine elektronenaufnehmende Einheit und eine elektronenabgebende Einheit umfasst, wobei die elektronenaufnehmende Einheit eine Gruppe der Formel (XVI) ist:
wobei Ar ein substituiertes oder unsubstituiertes Benzol oder ein substituierter oder unsubstituierter 6-gliedriger heteroaromatischer Ring ist, der N- und C-Ringatomeenthält; Ar¹ ein substituierteroderunsubstituierter5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer Ring ist, der N-und C-Ringatome enthält; Ar² ein substituierter oder unsubstituierter 5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer Ring ist oder fehlt; Ar³ ein 5-gliedriger Ring oder ein substituierter oder unsubstituierter 6-gliedriger Ring ist; Ar⁴ ein 5-gliedriger Ring oder ein substituierter oder unsubstituierter 6-gliedriger Ring ist oder fehlt; Ar⁵ eine substituierte oder unsubstituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe ist, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält; Ar⁵ eine substituierte oder unsubstituierte monocyclische oder polycyclische Gruppe ist, die mindestens einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring enthält oder fehlt; und jedes X unabhängig ein Substituent ist, der an ein Kohlenstoffatom von Ar³ und, falls vorhanden, Ar⁴ gebunden ist, mit der Maßgabe, dass mindestens eine X-Gruppe eine elektronenziehende Gruppe ist.
Diagnostisches Mittel zur Verwendung bei photoakustischer Bildgebung, umfassend Nanopartikel, die einen Kern aufweisen, der ein lichtabsorbierendes Material und Siliciumdioxid umfasst.