[發明專利]高密度熒光染料簇

無效

• 申請號: 201280070451.1
• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN104114646A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: P.J.麥克洛斯基;S.賈因;A.納塔拉詹;A.A.P.伯恩斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C09B69/00
• 分類號: C09B69/00;C09B69/10;G01N33/533;G01N33/58
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周李軍;林森

技術背景

熒光染料廣泛用于生物分析(例如，DNA和蛋白質微陣列、DNA/RNA/蛋白質印跡等)、成像(共焦、外熒光、病理學、活的和固定的體外細胞、體內全體等)和診斷(例如，體外診斷、夾心分析、側流分析)。增強熒光染料的信號強度對熒光的這些用途是有益的，用于增強靈敏度(例如，發現低豐度靶分子)或增加通過量(例如，減少的成像積分時間)。提高信號強度的最簡單方法是增加熒光團濃度。然而，這種方法對于常規熒光染料通常是不可能的，因為染料分子在高濃度下電相互作用并猝滅信號。這是對于溶液中游離染料和結合到生物分子或表面的染料二者的情況。因此，由于在足夠高局部濃度(例如，多個染料在單一抗體上)猝滅，任何信號增益被信號損失抵消。傳統熒光染料的另一個缺陷包括染料通過光源光漂白或光氧化成非熒光形式，這導致染料降解和熒光信號損失。光漂白的速率和方式通常受與溶劑分子(例如，水)相互作用的影響。在照明下光漂白限制染料壽命，在多個時間點需要長積分時間或圖像時，這不利地影響底物的成像或檢測。

因此，由于傳統熒光染料的這些缺點，需要能夠產生強的長持續信號的新熒光染料。

發明概述

本發明涉及模塊空間增強發射染料(SEED)簇，其中將多個SEED分子附加到單一聚合物鏈上。本發明的簇圍繞在高染料密度下猝滅的染料，因此允許較高染料密度和作為附加到鏈的染料數的函數的較高信號強度(例如，>1Ox單獨熒光團)。通過限制染料-溶劑相互作用的水溶性染料簇的核-殼結構，也使光漂白和氧化破壞最大限度地減小。

附圖簡述

圖1為用于細胞標記的SEED簇(左)的一個實施方案的示意圖，顯示綴合到與共同骨架(右)結合的SEED熒光團鏈的生物分子(抗體，中)。

圖2為水溶性鏈-結合SEED簇的熒光光譜(左)，和歸一化吸收(峰)和發射(峰)的比較，顯示濃度和發射之間線性相關，表明在結合到各簇的分子之間正在發生SEED效果，并且在高濃度下沒有濃度介導的猝滅。

發明詳述

本文所述的本發明的簇避免常規熒光染料的幾個關鍵缺點。一個優點是增加每簇亮度，因為多個染料分子結合到單一簇。簇包含用于連接到生物分子或其它主體的綴合部位，使得簇可按與常規熒光團相同的方式連接。另外，本發明的簇的光穩定性以兩種方式改善。首先，本發明的染料分子相對疏水，并以聚集狀態存在于水溶液中，這使染料分子不易受溶劑介導的光氧化反應影響。其次，在單一簇中結合多個染料分子保證在簇內單一染料隨機閃爍或光漂白的情況下，簇整體上亮度僅僅略微下降，而不是完全消失(完全消失是常規熒光團的情況)，使得用簇標記的靶能夠對于成像或檢測保持可見。

本發明的染料簇的另一個優點包括其模塊性質，這使得能夠以控制方式整合不同的功能性，以產生多功能探針。例如，結合光穩定部分增加壽命，結合環境響應部分能夠感測，小分子靶向劑提高特異性。預料結合多種染料產生分化，并提高信號強度，同時保持那些染料的已知光學和化學性質。這些模塊簇的所得性質促進工作流，并改善分析結果。

在本發明中使用的染料分子包括可以“空間增強發射染料”(SEED)或者“聚集誘導發射體”(AIE)為特征的任何染料。SEED是一類染料，其顯示隨增加染料濃度，熒光量子產額的非線性增加，而沒有如常規染料中見到的由于猝滅導致的信號損失(見Y.?Hong,?J.?Lam,?B.?Z.?Tang,?Aggregation-Induced?Emission:?Phenomenon,?Mechanism?and?Applications(聚集誘導發射：現象、機理和應用),?ChemComm,?2009,?4332-4353,?其教導全文通過引用結合到本文中)。不希望受理論限制，SEED分子一般包含綴合到分子的熒光中心但能夠圍繞鍵軸旋轉的取代基。作為溶液中的游離染料，這種旋轉對于染料吸收的能量產生非輻射衰減通道，從而導致染料在溶液中游離時實質上為非熒光性。當通過與相鄰染料分子相互作用或包封在剛性基質來阻止分子內旋轉時，分子的熒光量子產額顯著增加，同時側基防止與相鄰染料的電子作用，使得染料分子能夠發射而不猝滅。除非另外說明，在本文中對“染料”的引用是指能夠歸類為SEED分子的染料。