一种基于ATQ吸电子单元的D-A型共轭聚合物和制备方法及其应用

本发明属于生物化学材料领域，具体涉及一种基于atq吸电子单元的d-a型共轭聚合物和制备方法及其应用。

背景技术：

1、目前已有的光声成像报道主要集中在近红外一区(nir-i，650-1000nm),这种类型的造影剂成像存在背景噪声明显、组织穿透深度有限的问题。相对于近红外一区，近红外二(nir-ii，1000-1700nm)用作光声成像工作区具有波长更长、生物组织吸收弱、最大允许辐照能量更高等优势，从而有利于获得更强光声信号、增加穿透深度、提升整体成像质量。近年来，研究人员为了解决近红外一区成像的局限，聚焦于可实现近红外二区(nir-ii，1000-1700nm)成像的聚合物基造影剂的开发。其中由富电子供体(d)和缺电子受体(a)组成的半导体聚合物(sps)通过ict效应的强弱可以灵活地调节吸收到nir-ⅰ(650-1000nm)以及nir-ⅱ(1000-1700nm)区域。造影剂在光激发后由基态跃迁至激发态，随后分别以辐射损耗(光)和非辐射损耗(热)两种形式释放能量，随后返回基态。其中，接收器接受非辐射损耗产生的超声波产生光声成像信号。提高非辐射损耗的占比可以有效的增强超声波信号，提高光声成像质量。为了促进近红外-ii造影剂在生物成像中的实际应用，能够放大pa亮度的光声成像造影剂设计策略仍然面临挑战，亟待开发一种新型催化剂来解决上述挑战。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种基于atq吸电子单元的d-a型共轭聚合物，所述含有基于atq吸电子单元的d-a型共轭聚合物由下列结构通式表示：

2、

3、其中，

4、n为1～10000的自然数；

5、x、y独立地选自氢原子、芳基衍生物、烷基衍生物的一种或多种；

6、其中，

7、所述烷基衍生物上的所有氢原子均未被取代，

8、或烷基衍生物上的任意位置的一个或多个氢原子，被卤素、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基、芳基、烯烃基、炔烃基、羧基、酯基、氰基或者硝基的一个或多个取代；

9、所述芳基衍生物，选自含有一个或多个苯环结构的基团，其中所有苯环上的上的氢原子均未被取代，

10、或

11、一个或多个苯环上的任意位置的一个或多个氢原子，被卤素、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基、芳基、烯烃基、炔烃基、羧基、酯基、氰基或者硝基的一个或多个取代。

12、所述r1选自富电子基团。

13、进一步地，所述r1选自如下结构：

14、

15、其中，所述r2-r4，独立地选自氢原子、芳基衍生物、烷基衍生物的一种或多种；

16、所述烷基衍生物上的所有氢原子均未被取代，

17、或烷基衍生物上的任意位置的一个或多个氢原子，被卤素、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基、芳基、烯烃基、炔烃基、羧基、酯基、氰基或者硝基的一个或多个取代；

18、所述芳基衍生物，选自含有一个或多个苯环结构的基团，其中所有苯环上的上的氢原子均未被取代，

19、或

20、一个或多个苯环上的任意位置的一个或多个氢原子，被卤素、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基、芳基、烯烃基、炔烃基、羧基、酯基、氰基或者硝基的一个或多个取代。

21、进一步地，x与y选自不同的基团。

22、进一步地，所述选自如下结构：

23、

24、

25、其中，n1为1～10000的自然数；

26、所述r5、r6独立地选自氢原子、卤素原子、芳基衍生物、烷基衍生物的一种或多种；

27、所述烷基衍生物上的所有氢原子均未被取代，

28、或烷基衍生物上的任意位置的一个或多个氢原子，被卤素、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基、芳基、烯烃基、炔烃基、羧基、酯基、氰基或者硝基的一个或多个取代；

29、所述芳基衍生物，选自含有一个或多个苯环结构的基团，其中所有苯环上的上的氢原子均未被取代，

30、或

31、一个或多个苯环上的任意位置的一个或多个氢原子，被卤素、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基、芳基、烯烃基、炔烃基、羧基、酯基、氰基或者硝基的一个或多个取代。

32、本发明还提供了基于atq吸电子单元的d-a型共轭聚合物的制备方法，包括如下步骤：

33、atq单体的合成

34、s1.在惰性气体的保护下，将含有硝基的苯并噻二唑或其衍生物和乙酸混合，加热，加入还原剂，反应，纯化，得到中间产物1；

35、s2.将中间产物1与二酮的衍生物溶于乙酸中，在惰性气体的保护下，加热反应，纯化，得到中间产物2；

36、共轭聚合物的合成

37、s3.在惰性气体的保护下，将中间产物2与经三甲基锡化的r1单体，溶于溶剂中，在催化剂作用下，加热反应，纯化，得到所述产物。

38、进一步地，步骤s1中，所述加热的温度为90-110℃。

39、进一步地，所述还原剂选自fe、zn中的一种。

40、进一步地，步骤s2中，所述加热的温度为90-110℃。

41、进一步地，步骤s3中，所述加热的温度为130-150℃。

42、进一步地，步骤s3中，所述催化剂选自pd(pph3)4。

43、进一步地，步骤s3中，所述溶剂选自氯苯、甲苯中的一种。

44、本发明还提供了一种水溶性纳米颗粒，包括以所述基于atq吸电子单元的d-a型共轭聚合物作为核结构，以及dspe-mpeg2000作为壳结构。

45、进一步地，所述水溶性荧光纳米颗粒的纳米粒径为100-120nm。

46、进一步地，所述核结构和所述壳结构的质量比为1:3.8-1:4.2。

47、本发明还提供了水溶性纳米颗粒作为近红外二区光声造影剂的应用。

48、本发明具有以下有益效果：

49、(1)本发明所述基于atq吸电子单元的d-a型共轭聚合物，其中d-a型共轭聚合物中的非对称性patq-mp呈无规律排序，有着高度的主链混乱度，在nir-ii区有着明显吸收峰，从而有效提升光声信号强度。通过体外光声实验测试，在1064nm处光声成像性能中以patq-mp为核与dspe-mpeg2000共混通过超声沉淀法得到patq-mp@nps的光声效果最优，明显高于两种对称结构的光声信号，且具有低细胞毒性的patq-mp@nps成功应用于小鼠体内光声成像进行检测。

50、(2)本发明通过对atq单元进行非对称性修饰，提高patq-mp整个主链x轴的混乱度，增加d-a分子中的二面角，相比于含对称受体的同主链结构聚合物具有更佳的亮度、信噪比。dft测试显示非对称的patq-mp具有更高的主链混乱度，具有更大的二面角，从而有效提升光声信号强度。以patq-mp为核包裹制备的纳米粒子在光声成像中具有更加优异的信号。

技术特征：

1.一种基于atq吸电子单元的d-a型共轭聚合物，其特征在于，所述含有基于atq吸电子单元的d-a型共轭聚合物由下列结构通式表示：

2.根据权利要求1所述基于atq吸电子单元的d-a型共轭聚合物，其特征在于，所述r1选自如下结构：

3.根据权利要求1所述基于atq吸电子单元的d-a型共轭聚合物，其特征在于，x与y选自不同的基团。

4.根据权利要求3所述基于atq吸电子单元的d-a型共轭聚合物，其特征在于，

5.权利要求1-4任一项所述基于atq吸电子单元的d-a型共轭聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述基于atq吸电子单元的d-a型共轭聚合物的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述加热的温度为130-150℃。

7.一种水溶性纳米颗粒，其特征在于，包括以权利要求1-4任一项所述基于atq吸电子单元的d-a型共轭聚合物作为核结构，以及dspe-mpeg2000作为壳结构。

8.根据权利要求7所述水溶性纳米颗粒，其特征在于，所述水溶性荧光纳米颗粒的纳米粒径为100-120nm。

9.根据权利要求7所述水溶性纳米颗粒，其特征在于，所述核结构和所述壳结构的质量比为1:3.8-1:4.2。

10.如权利要求7所述水溶性纳米颗粒作为近红外二区光声造影剂的应用。

技术总结
本发明涉及一种基于ATQ吸电子单元的D‑A型共轭聚合物。该共轭聚合物特点在于：其中非对称性PATQ‑MP呈无规律排序，有着高度的主链混乱度，在NIR‑II区有着明显吸收峰，从而有效提升光声信号强度。通过体外光声实验测试，在1064nm处光声成像性能中以PATQ‑MP为核与DSPE‑mPEG2000共混通过超声沉淀法得到PATQ‑MP@NPs的光声效果最优，明显高于两种对称结构的光声信号，且具有低细胞毒性的PATQ‑MP@NPs成功应用于小鼠体内光声成像进行检测。

技术研发人员：黄薛龙,张炎凤,蓝宁,曹智雄
受保护的技术使用者：赣南医学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17