一种苯并噻二唑衍生物聚合物在近红外二区成像的应用

本发明属于近红外二区(nir-ii，1000-1700nm)荧光成像，具体涉及一种苯并噻二唑衍生物聚合物在近红外二区成像的应用，涵盖苯并噻二唑衍生物聚合物p1及其纳米粒子。

背景技术：

1、荧光成像能够提供出色的空间和时间分辨率，还具有采集时间极短、复杂仪器需求程度低、操作简单以及无创无害等优点。传统的荧光成像技术已广泛应用于临床领域，例如荧光素血管造影、脉管系统成像以及癌症监测等。

2、从发射光波长的角度来区分，荧光成像可分为可见光区成像和近红外光区成像；而近红外光区又可以细分为近红外一区(nir-i)和近红外二区(nir-ii)两个部分，其中，基于nir-ii区透明窗口实施的荧光成像在分子诊断和治疗应用中表现出巨大的潜力。

3、生物荧光成像技术的发展目标在于，达到更大的成像深度，更好的空间分辨率，以及更高的信噪比。传统荧光成像面临的关键问题包括有背景组织的自发荧光、荧光信号的猝灭及光漂白、较浅的成像穿透深度(<3mm)等；此外，许多nir-i区成像的材料溶解性很差，只可进行原位注射，这大大地局限了荧光造影剂的应用场景和应用范围。

4、相比可见光以及nir-i区，nir-ii区成像兼具有光学成像的非侵入、无害辐射的性能以及nir-ii窗口的深穿透(～3cm)、高分辨(～100μm)的优势，同时还表现出荧光成像独有的成本低、灵敏度高、成像反馈快和能够多通道叠加及广角成像等特点。然而，即便近红外二区成像优点明显，但依然存在荧光造影剂分子溶解性差，发射波长难以达到近红外2b区(1500-1700nm)导致容易被水分子吸收的问题。

5、鉴于此，有必要对近红外二区荧光成像技术进行深入探索。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有近红外二区荧光造影剂分子溶解性差、发射波长达到近红外2b区导致容易被水分子吸收的技术问题，而提供一种苯并噻二唑衍生物聚合物在近红外二区成像的应用。

2、为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

3、一种苯并噻二唑衍生物聚合物p1及其纳米粒子在近红外二区荧光成像方面的应用，所述p1的分子结构为：

4、

5、其中，n的取值为60～80，聚合度在这个范围内可兼顾优良的溶解性以及良好近红外二区的成像功能；

6、纳米颗粒粒径在10～100nm之间，粒径过大，会导致水溶性变差以及活体代谢效果变差，降低医用价值；而粒径过小，又容易被代谢掉，不易留存在体内；因此优选40～50nm，既能留存，又不会太久。

7、进一步地，苯并噻二唑衍生物聚合物p1纳米粒子为生物体生物成像或医学成像的应用。

8、进一步地，所述在生物体生物成像或医学成像方面的应用具体为血管造影、脉管系统成像或癌症监测方面等体外、体内、活体或死体上的成像应用。本身纳米粒子有epr效应(即实体瘤的高通透性和滞留效应enhanced permeability and retention effect，相对于正常组织，某些尺寸的分子或颗粒更趋向于聚集在肿瘤组织的性质)，因此本发明中水溶性纳米颗粒通过尾静脉注射是可以短暂富集在肿瘤，通过成像完成对肿瘤的定位监测。

9、同时，本发明还提供了苯并噻二唑衍生物聚合物p1及其纳米粒子p1@nps作为近红外二区荧光成像造影剂的应用，所述p1的分子结构为：

10、

11、其中，n的取值为60～80为最佳。

12、一种近红外二区荧光成像造影剂，其特殊之处在于：其有效成分为苯并噻二唑衍生物聚合物p1或其纳米粒子。

13、一种近红外二区荧光成像造影剂纳米粒子溶液的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

14、1)原料准备

15、将苯并噻二唑衍生物聚合物p1充分溶解在四氢呋喃中，得到溶液a；

16、将纳米包覆剂充分溶解在去离子水中，得到溶液b；

17、2)对溶液b进行超声操作，使纳米包覆剂与水之间形成的氢键(弱相互作用)断裂，并将溶液a注入溶液b中，间断超声2～2.5min，得到包覆液；间断超声，在此有两个目的，一是避免发热，破坏分子结构和性能，二是避免氢键恢复；

18、3)将步骤2)得到的包覆液避光常温恒速搅拌至少24h，确保溶液中的四氢呋喃完全挥发，随后超滤离心进行浓缩；

19、4)对步骤3)得到的浓缩产物进行多次洗涤，同时进行截留，得到苯并噻二唑衍生物聚合物p1的纳米粒子溶液，置于冰箱中冷藏保存即可。

20、进一步地，所述纳米包覆剂与苯并噻二唑衍生物聚合物p1的质量比为20∶1～5∶1，优选10∶1，该配比范围兼顾了包覆成功率和成像亮度以及预防了聚集荧光淬灭(aggregation-caused quenching，acq)的可能，在此配比上下浮动亦可完成包覆，但提升纳米包覆剂的占比，可能会使得包覆后荧光亮度过低，而降低纳米包覆剂占比，可能会使得p1的包覆率降低，并且p1浓度过高，会使得存在acq效应导致荧光淬灭。

21、进一步地，步骤2)中，采用细胞破碎仪对溶液b进行超声操作，功率不小于130w，时间为45～60s；

22、对溶液b超声操作后，使用注射器将溶液a在2s内注入溶液b中，避免氢键恢复；

23、随后再次使用细胞破碎仪以工作4s间隔1s为一个工作周期，持续超声2～2.5min，得到包覆液；

24、步骤3)中，转速为600～1000转/min。

25、进一步地，所述纳米包覆剂为f-127或p-123。

26、一种近红外二区荧光成像造影剂纳米粒子，其特殊之处在于，采用上述方法制备得到。

27、利用苯并噻二唑衍生物聚合物p1进行紫外光谱测试采用的溶剂为光谱纯四氢呋喃，质量浓度为0.01mg/ml；进行荧光光谱测试的溶剂为光谱纯四氢呋喃，质量浓度为0.01mg/ml。

28、利用苯并噻二唑衍生物聚合物纳米粒子p1@nps进行紫外光谱测试采用的溶剂为去离子水，质量浓度为0.01mg/ml；进行荧光光谱测试的溶剂为去离子水，质量浓度为0.01mg/ml；进行近红外二区荧光成像测试的溶剂为重水，质量浓度为0.01mg/ml。

29、苯并噻二唑衍生物聚合物p1称作“二噻吩和苯并噻二唑的共平面聚合物”，简称为“苯并噻二唑的共平面聚合物”，其包含苯并噻二唑-噻吩-3烷氧基取代噻吩的这个重复单元，其中，烷氧部分会和前一个噻吩有锁环倾向，提升其共平面效果。因其本身大平面刚性结构以及聚合物的特点，p1在四氢呋喃的溶解性最佳，此外，体外近红外二区荧光成像应用场景是生物活体成像，其是以水环境为主导的外环境中，因此更有商用、医用前景的应用均基于包覆后的p1纳米颗粒。

30、本发明的构思：

31、拥有d-a-d结构的有机小分子是典型的nir-ii荧光造影剂，其分子设计依据是依靠强电子给体和强电子受体之间的π-桥接效应来收缩分子能带之间的带隙，从而使分子的波长延伸至nir-ii区域。本技术研究团队发现p1的单体是一个典型的d-a结构，一般这种结构分子通常无法将发射波长拓展nir-ii区，本团队通过理论计算也印证了这一观点。然而在继续对该单体进行聚合形成p1后，吸电子基团苯并噻二唑左右两端均与双噻吩的供体相连，拥有了d-a-d有机nir-ii荧光造影剂的特点：p1不仅在近红外2a区有明显的发射，并且在近红外2b区也有着发射波长，确认了p1及其纳米颗粒拥有nir-ii区成像的能力，并且可以避开水的吸收峰，提升了信噪比，符合典型nir-ii类造影剂构特点。

32、本发明的优点是：

33、1.本发明提供一种苯并噻二唑衍生物的聚合物(p1)及其纳米粒子的新用途，具体是苯并噻二唑衍生物的聚合物(p1)及其纳米粒子在近红外二区荧光成像方面的应用。

34、首先，本发明首次发现聚合物p1及其纳米粒子具有宽的荧光发射波长范围，涵盖了整个近红外二区(1000nm～1700nm)，面对不同的需求可针对性的选择不同波段发射光进行应用所适用的成像工作，即不同波段(比如nir-2a，nir-2b等区域)适用的成像工作；

35、其次，相比常用染料吲哚菁绿(icg)，聚合物p1可以在1500nm的nir-ii b区对活体小鼠血管进行荧光生物成像，并且获得信噪比极高的血管成像图(p1@nps信噪比为100∶1，而icg仅有2∶1)；

36、最后，相比可见光区及nir-i区，nir-ii具有更深的穿透式深度，对器官组织有着更小的辐射损害。

37、2.本发明中苯并噻二唑衍生物的聚合物在四氢呋喃中，经过680nm激光器激发后，于965nm处产生最大发射峰，并且在近红外二区(1000～1700nm)范围均有荧光发射；在使用聚氧乙烯聚氧丙烯醚(f-127)对该聚合物进行纳米包覆后，聚合物的纳米粒子展现出良好的水溶性，并且纳米粒子最大吸收峰红移至715nm，最大发射则红移至1033nm，同时保留了其在近红外二区范围的发光性质。

38、3.本发明首次使用该聚合物及其纳米粒子成功进行近红外二区荧光成像，在此基础上本发明还将其应用至小鼠体内血管成像进行验证，并获得脉络清晰、信噪比极高的血管成像结果。

39、4.本发明采用纳米包覆技术，制备纳米粒子，解决了长波长造影剂溶解性差的难题，使其水溶性大大增强。长波长发射的有机分子通常伴随着水溶性差的特性，而纳米包覆剂作为一个两亲性的材料(亲脂+亲水)，可以将水溶性差的荧光材料包覆于中心，而纳米材料的亲水端则在纳米球的外部，以此来达到增加水溶性的效果。值得注意的是，纳米包覆剂和荧光材料是以范德华力结合的，并非化学键，不可称之为新的化合物。水溶性的提升使得短时间即可通过血液输送至身体各部位，为后续靶向型定位造影提供了坚实的技术保障。

40、5.在本发明中，首次确认了p1及其纳米颗粒p1@nps在近红外二区的成像功能，并且将其作为造影剂，应用于活体小白鼠的血管造影并获得了清晰且信噪比极高的生物荧光成像结果，打破了聚合物p1在太阳能电池传统领域的常规应用，不仅为其开辟了崭新的应用领域，同时还对近红外二区成像在医学领域的应用提供了新的思路。