[go: up one dir, main page]

WO2017190345A1 - Molecular fluorophores and preparation method thereof and use for short wavelength infrared imaging - Google Patents

Molecular fluorophores and preparation method thereof and use for short wavelength infrared imaging Download PDF

Info

Publication number
WO2017190345A1
WO2017190345A1 PCT/CN2016/081265 CN2016081265W WO2017190345A1 WO 2017190345 A1 WO2017190345 A1 WO 2017190345A1 CN 2016081265 W CN2016081265 W CN 2016081265W WO 2017190345 A1 WO2017190345 A1 WO 2017190345A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
compound
independently
unit
mmol
shielding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CN2016/081265
Other languages
French (fr)
Inventor
Yongye Liang
Huasen WANG
Qinglai YANG
Meijie TANG
Su Zhao
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest University of Science and Technology
Nirmidas Biotech Inc
Original Assignee
Southwest University of Science and Technology
Nirmidas Biotech Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest University of Science and Technology, Nirmidas Biotech Inc filed Critical Southwest University of Science and Technology
Priority to PCT/CN2016/081265 priority Critical patent/WO2017190345A1/en
Priority to CN201680087445.5A priority patent/CN109641921B/en
Publication of WO2017190345A1 publication Critical patent/WO2017190345A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D517/00Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having selenium, tellurium, or halogen atoms as ring hetero atoms
    • C07D517/02Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having selenium, tellurium, or halogen atoms as ring hetero atoms in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D517/04Ortho-condensed systems
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K49/00Preparations for testing in vivo
    • A61K49/001Preparation for luminescence or biological staining
    • A61K49/0013Luminescence
    • A61K49/0017Fluorescence in vivo
    • A61K49/0019Fluorescence in vivo characterised by the fluorescent group, e.g. oligomeric, polymeric or dendritic molecules
    • A61K49/0021Fluorescence in vivo characterised by the fluorescent group, e.g. oligomeric, polymeric or dendritic molecules the fluorescent group being a small organic molecule
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K49/00Preparations for testing in vivo
    • A61K49/001Preparation for luminescence or biological staining
    • A61K49/0013Luminescence
    • A61K49/0017Fluorescence in vivo
    • A61K49/005Fluorescence in vivo characterised by the carrier molecule carrying the fluorescent agent
    • A61K49/0054Macromolecular compounds, i.e. oligomers, polymers, dendrimers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K49/00Preparations for testing in vivo
    • A61K49/001Preparation for luminescence or biological staining
    • A61K49/0013Luminescence
    • A61K49/0017Fluorescence in vivo
    • A61K49/005Fluorescence in vivo characterised by the carrier molecule carrying the fluorescent agent
    • A61K49/0058Antibodies
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D487/00Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00
    • C07D487/02Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00 in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D487/04Ortho-condensed systems
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D498/00Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D498/02Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D498/04Ortho-condensed systems
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D513/00Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for in groups C07D463/00, C07D477/00 or C07D499/00 - C07D507/00
    • C07D513/02Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for in groups C07D463/00, C07D477/00 or C07D499/00 - C07D507/00 in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D513/04Ortho-condensed systems
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D519/00Heterocyclic compounds containing more than one system of two or more relevant hetero rings condensed among themselves or condensed with a common carbocyclic ring system not provided for in groups C07D453/00 or C07D455/00

Definitions

  • Organic molecules dyes could be a better alternative as they can be made to be more biocompatible and easily excreted from the body than inorganic nanomaterials.
  • Molecular fluorophore properties could be easily tuned by structure engineering.
  • the general molecular fluorescent agents such as indocyanine green (ICG) , methylene blue (MB) and fluorescein isothiocyanate (FITC)
  • ICG indocyanine green
  • MB methylene blue
  • FITC fluorescein isothiocyanate
  • Some polymethine dyes, such as IR-26, IR-1051 and IR-1100 could have emission in the SWIR region. But these dyes have never been used for biological imaging as none of them is water-soluble.
  • SWIR fluorophores Although small molecule dye and polymers have been used as SWIR fluorophores, they have to be encapsulated in a hydrophilic polymer matrix because of their low solubility in aqueous solution. Such encapsulation significantly increases the particle size, prevents rapid excretion and lowers the quantum yield. Recently, a molecular dye CH1055 has been reported with SWIR emission and demonstrated renal excretion. However, the emission quantum yield of such dye is too low (less than 0.2%) for real-time imaging, the size (molecular weight 9.7 k Da) is relatively large and the fluorescence is limited below ⁇ 1200 nm.
  • SWIR fluorophores with good aqueous solubility and biocompatibility, high quantum yield, fluorescence emission at longer wavelength than previously reported and highly efficient conjugation to biological molecules, which is of vital importance to fully develop SWIR fluorescence-based imaging methods for research and potential clinical translation.
  • This invention comprises design, synthesis and application of molecular fluorophores for bioimaging in the SWIR or SWIR window. Some molecular fluorophores can be extended to NIR window. Embodiments of the present disclosure seek to solve at least one of the problems existing in the related art to at least some extent, which include: 1) low emission quantum yield. 2) limited solubility of molecular fluorophores in aqueous and biological solutions. 3) low efficiency of conjugation to biological molecules including targeting ligands or antibodies. 4) the fluorescence is limited below ⁇ 1200 nm. In the present invention, a donor-acceptor-donor structure and a strong acceptor unit are employed to afford low band gap of the molecular fluorophores.
  • SWIR fluorophores with fluorescence > 1200nm, which is superior to the CH1055 dye with fluorescence ⁇ 1200nm and can afford much reduced scattering effects in vivo and thus deeper tissue imaging depth.
  • SWIR dyes also contain azide groups to facilitate bio-conjugation with ultrahigh efficiency superior to N-hydroxysuccinimide (NHS) esters based conjugation.
  • Embodiments of a first broad aspect of the present disclosure provide a compound, comprising:
  • a shielding unit shielding the electron accepting aromatic unit and/or the electron donating aromatic unit from intermolecular interactions
  • n1 is an integer ranging from 1 to 12.
  • each R 1 is independently H, C n2 H 2n2+1 , or tert-butyloxycarbonyl,
  • each one of Y 1 and Y 2 is independently H, OC n2 H 2n2+1 , C n2 H 2n2+1 , OC n2 H 2n2 B, or C n2 H 2n2 Z,
  • each B is independently Br, I, OTs, OMs, ONs, N3, or OMe,
  • each Z is independently Br, or N3,
  • each n2 is independently an integer ranging from 1 to 20,
  • each p is independently an integer ranging from 1 to 20,
  • the shielding unit has a formula of any one selected from the group consisting of:
  • each R 2 is independently OC n3 H 2n3+1 , C n3 H 2n3+1 , OC n3 H 2n3 W, or C n3 H 2n3 W,
  • each n3 is independently an integer ranging from 0 to 20,
  • each W is independently H, Br, I, OH, OTs, N 3 ,
  • each X 1 is independently Si, Ge, or C,
  • n5 is an integer ranging from 1 to 20,
  • n is an integer ranging from 4 to 120
  • the compound comprises two shielding units and two electron donating aromatic units, and the compound has a formula of : S’1-D1-A-D2-S’2, wherein
  • S’1 represents a first shielding unit
  • D1 represents a first electron donating aromatic unit
  • D2 represents a second electron donating aromatic unit
  • A represents the electron accepting aromatic unit.
  • the compound has a formula of: S’-D-A, wherein
  • the compound comprises two electron accepting aromatic units, three electron donating aromatic units, and two shielding units, and the compound has a formula of : S’3-D3-A1-D5-A2-D4-S’4, wherein
  • S’3 represents a third shielding unit
  • S’4 represents a forth shielding unit
  • D3 represents a third electron donating aromatic unit
  • D4 represents a forth electron donating aromatic unit
  • D5 represents a forth electron donating aromatic unit
  • A1 represents a first electron accepting aromatic unit
  • A2 represents a second electron accepting aromatic unit.
  • the compound comprises one electron accepting aromatic unit, two shielding units, and the compound has a formula of : S’5-A-S’6, wherein
  • S’6 represents a sixth shielding unit
  • A represents the electron accepting aromatic unit.
  • the compound comprises one electron accepting aromatic unit, four shielding units, and the compound has a formula of : S’7-S’8-A-S’9-S’10, wherein
  • S’7 represents a seventh shielding unit
  • S’8 represents an eighth shielding unit
  • S’9 represents a ninth shielding unit
  • S’10 represents a tenth shielding unit
  • the compound having a formula of any one selected from the group consisting of:
  • each one of Y 1 and Y 2 is independently H, C n2 H 2n2+1 , OC n2 H 2n2+1 , OC n2 H 2n2 B,
  • the compound having a formula of any one selected from the group consisting of:
  • Embodiments of a third broad aspect of the present disclosure provide use of the compound or the kit mentioned above in labeling or conjugating to a biomolecule.
  • the biomolecule and the compound mentioned above are combined together through click chemistry with azide groups on the compound mentioned above or intermolecular forces to form strong, non-covalent complexes through simple mixing or mixing followed by heating to 40-70 degree Celsius.
  • the biomolecule includes a small bioactive molecule (folic acid, tretinoin, cholic acid, galactose, biotin, etc. ) , a peptide (decapeptide: synB3, ovarian cancer specific binding peptide: OSBP-1 and OSBP-S, etc.
  • a small bioactive molecule folic acid, tretinoin, cholic acid, galactose, biotin, etc.
  • a peptide decapeptide: synB3, ovarian cancer specific binding peptide: OSBP-1 and OSBP-S, etc.
  • an antibody (erbitux, anti-SA2, Herceptin, secondary antibody against human or animal antibodies, abciximab, adalimumab, alemtuzumab, basiliximab, belimumab, bevacizumab, brentuximab vedotin, canakinumab, cetuximab, certolizumab pegol, daclizumab, daratumumab, denosumab, eculizumab, efalizumab, golimumab, ibritumomab tiuxetan, infliximab, ipilimumab, muromonab-CD3, natalizumab, nivolumab, ofatumumab, omalizumab, palivizumab, panitumumab, Pembrolizumab, ranibizumab, rituximab, tocilizumab,
  • Embodiments of a forth broad aspect of the present disclosure provide a conjugate of the compound mentioned above to a biomolecule, wherein the biomolecule comprising a small bioactive molecule, a peptide, an antibody, a protein, an affibody, a nucleic acid, and an aptamer modified with terminal alkynyl.
  • the biomolecule and the compound mentioned above are conjugated together through click chemistry with azide groups on the compound mentioned above or intermolecular forces to form strong, non-covalent complexes through simple mixing or mixing followed by heating to 40-70 degree Celsius.
  • the biomolecule described here is the same with the biomolecule mentioned above, and will not be described in detail again.
  • the biomolecule described here is the same with the biomolecule mentioned above, and will not be described in detail again.
  • Embodiments of a sixth broad aspect of the present disclosure provide a method of biomedical imaging, comprising:
  • the subject comprising an animal, a human, a tissue, a cell, a 3D organoid or a spheroid.
  • the compound, the kit or the conjugate mentioned above are administrated into a blood vessel, a tissue, an organ, or a lymph node of the subject.
  • the NIR light source is a laser light source or a light emitting diode, and the wavelength of the NIR light source is 780nm, 808nm, or 980 nm.
  • imaging blood vessels with fluorophore circulation in brain, eye or other organs of a body of human or animals sentinel lymph node (SLN) mapping to image lymph nodes proximal to tumor for diagnosis of cancer metastasis, or molecular imaging of cancer though fluorophore-biomolecule targeted homing to cancer cells in the body.
  • SSN sentinel lymph node
  • Embodiments of a seventh broad aspect of the present disclosure provide a method of imaging guided tumor surgery, comprising:
  • Embodiments of an eighth broad aspect of the present disclosure provide a method for labeling a biomolecule, comprising:
  • the biomolecule includes a small bioactive molecule (folic acid, tretinoin, cholic acid, galactose, biotin, etc. ) , a peptide (decapeptide: synB3, ovarian cancer specific binding peptide: OSBP-1 and OSBP-S, etc.
  • a small bioactive molecule folic acid, tretinoin, cholic acid, galactose, biotin, etc.
  • a peptide decapeptide: synB3, ovarian cancer specific binding peptide: OSBP-1 and OSBP-S, etc.
  • biomolecule is used in combination of an SWIR dye as described here that is linked to a molecule or molecular fragment that specifically binds to a marker of interest in a target.
  • SWIR dye as described here that is linked to a molecule or molecular fragment that specifically binds to a marker of interest in a target.
  • Some specific peptide receptors were also displayed the highest binding affinity and specificity with their “peptides” ligands by their ligand receptor, which can directionally deliver peptides-dye conjugation ligands to targeted cell and tissue.
  • Antibody molecule is any immunoglobulin, including antibodies and fragments, its binds to a specific antigen, which can contemplate recombinant generated intact immunoglobulin molecules and immunologically active portions of an immunoglobulin molecule.
  • the targeted bio-imaging or molecular imaging can be achieved in vivo, in vitro or ex vivo.
  • the compounds mentioned above in the present invention can be used as molecular SWIR fluorophores with enhanced quantum yield and good biocompatibility. These compounds exhibit fluorescence in the range from 900-1700 nm under the excitation of light in the range of 400-1000 nm, the intermolecular and intramolecular interactions of the conjugated backbone are reduced and the quantum yield is enhanced. Meanwhile, the molecular fluorophores (the compounds mentioned above) exhibit good water solubility and the dynamic range of the dyes in aqueous solution is small enough to ensure rapid urine or fecal excretion through the renal or biliary system and little toxicity. The high quantum yield and biocompatibility of the molecular dyes along with their SWIR emission opens up the opportunities of SWIR imaging using molecular fluorophores for in-vivo applications.
  • any embodiment disclosed herein can be combined with other embodiments as long as they are not contradictory to one another, even though the embodiments are described under different aspects of the invention.
  • any technical feature in one embodiment can be applied to the corresponding technical feature in other embodiments as long as they are not contradictory to one another, even though the embodiments are described under different aspects of the invention.
  • Fig 2 shows SWIR imaging of a mouse’s brain blood vessels with the IRETBN-PEG1700 fluorophore circulating in the blood flow of the mouse through tail vein injection.
  • Fig 3 shows SWIR fluorescence images of a 4T1 tumor bearing mouse after injection of IREFNS solution.
  • the fluorophores accumulate in the tumor through EPR effect, allowing for tumor imaging with high tumor/normal tissue signal ratio.
  • Fig 4 shows a schematic of conjugation between alkyne functional biomolecules and the azide functionalized SWIR fluorophore.
  • Fig 5 shows fluorescence of samples after density gradient ultra-centrifugation (DGU) separation of fluorophore-protein conjugate and free fluorophore excited by an 808 nm laser.
  • DGU density gradient ultra-centrifugation
  • grammatical articles “a” , “an” and “the” are intended to include “at least one” or “one or more” unless otherwise indicated herein or clearly contradicted by the context.
  • the articles are used herein to refer to one or more than one (i.e. at least one) of the grammatical objects of the article.
  • a component means one or more components, and thus, possibly, more than one component is contemplated and may be employed or used in an implementation of the described embodiments.
  • Embodiments of a first broad aspect of the present disclosure provide a compound, comprising:
  • a shielding unit shielding the electron accepting aromatic unit and/or the electron donating aromatic unit from intermolecular interactions
  • each one of Z 1 , and Z 2 is independently O, S, Se, or NR,
  • each R is independently H, C 2n+1 H 2n+1 , or tert-butyloxycarbonyl,
  • n1 is an integer ranging from 1 to 12.
  • the electron donating aromatic unit has a formula of any one selected from the group consisting of:
  • each X is independently S, Se, NR 1 , or O,
  • each B is independently Br, I, OTs, OMs, ONs, N3, or OMe,
  • each m is independently an integer ranging from 0 to 6
  • each n2 is independently an integer ranging from 1 to 20,
  • each p is independently an integer ranging from 1 to 20.
  • substitution of the “D” unit (the electron donating aromatic unit) close to the “A” unit (the electron accepting aromatic unit) side is preferred, which can improve the quantum yield of molecular dyes in aqueous solution, possibly due to the reduced intermolecular and intramolecular interactions.
  • substitution of the “D” unit (the electron donating aromatic unit) close to the “A” unit (the electron accepting aromatic unit) side is preferred, which can improve the quantum yield of molecular dyes in aqueous solution, possibly due to the reduced intermolecular and intramolecular interactions.
  • the shielding unit has a formula of any one selected from the group consisting of:
  • each R 2 is independently OC n3 H 2n3+1 , C n3 H 2n3+1 , OC n3 H 2n3 W, or C n3 H 2n3 W,
  • each n3 is independently an integer ranging from 0 to 20,
  • each p1 is independently an integer ranging from 1 to 20,
  • each one of Z 5 , Z 6 , and Z 7 is independently S, Se, O, or NR 2 ’,
  • R 2 ’ is H, C n5 H 2n5+1 , or tert-butyloxycarbonyl
  • each X 1 is independently Si, Ge, or C,
  • each b is independently an integer ranging from 1 to 6.
  • the shielding unit contains side chains extended out of the plane of conjugated backbone (the electron accepting aromatic unit and/or the electron donating aromatic unit) , which can reduce the stacking of the molecular conjugated backbone.
  • the terminals of the side chains are functionalized with polyethylene glycol (PEG) , ionic group (such as quaternary ammonium salt) , which can enhance aqueous solubility.
  • PEG polyethylene glycol
  • ionic group such as quaternary ammonium salt
  • the terminals of the side chains are functionalized with azide group (N3) for further conjugation with targeting ligands.
  • the compound comprises two shielding units and two electron donating aromatic units
  • the compound has a formula of : S’1-D1-A-D2-S’2, wherein S’1 represents a first shielding unit, S’2 represents a second shielding unit, D1 represents a first electron donating aromatic unit, D2 represents a second electron donating aromatic unit, A represents the electron accepting aromatic unit.
  • S’1 represents one shielding unit of the two shielding units
  • S’2 represents the other shielding unit of the two shielding units
  • D1 represents one electron donating aromatic unit of the two electron donating aromatic units
  • D2 represents the other electron donating aromatic unit of the two electron donating aromatic units.
  • the compound has a formula of: S’-D-A, wherein S’represents the shielding unit, D represents the electron donating aromatic unit, A represents the electron accepting aromatic unit.
  • the compound comprises two electron accepting aromatic units, three electron donating aromatic units, and two shielding units, and the compound has a formula of : S’3-D3-A1-D5-A2-D4-S’4, wherein S’3 represents a third shielding unit, S’4 represents a forth shielding unit, D3 represents a third electron donating aromatic unit, D4 represents a forth electron donating aromatic unit, D5 represents a fifth electron donating aromatic unit, A1 represents a first electron accepting aromatic unit, A2 represents a second electron accepting aromatic unit.
  • S’3 represents one shielding unit of the two shielding units
  • S’4 represents the other shielding unit of the two shielding units.
  • the compound comprises one electron accepting aromatic unit, two shielding units, and the compound has a formula of : S’5-A-S’6, wherein
  • S’6 represents a sixth shielding unit
  • A represents the electron accepting aromatic unit.
  • the compound having a formula of any one selected from the group consisting of:
  • each one of Y 1 and Y 2 is independently H, C n2 H 2n2+1 , OC n2 H 2n2+1 , OC n2 H 2n2 B,
  • the compound having a formula of any one selected from the group consisting of:
  • -PEG600 represents the formula of 600, 700, and 1000 represent the weight average molecular weight, and the value of n depends on the weight average molecular weight.
  • the biomolecule and the compound mentioned above are combined together through click chemistry with azide groups on the compound mentioned above or intermolecular forces to form strong, non-covalent complexes through simple mixing or mixing followed by heating to 40-70 degree Celsius.
  • the biomolecule includes a small bioactive molecule (folic acid, tretinoin, cholic acid, galactose, biotin, etc. ) , a peptide (decapeptide: synB3, ovarian cancer specific binding peptide: OSBP-1 and OSBP-S, etc.
  • a small bioactive molecule folic acid, tretinoin, cholic acid, galactose, biotin, etc.
  • a peptide decapeptide: synB3, ovarian cancer specific binding peptide: OSBP-1 and OSBP-S, etc.
  • a protein streptavidin, etc.
  • an affibody a nucleic acid, and an aptamer, which are modified with terminal alkynyl and then click reacted with fluorophores’azide.
  • Embodiments of a forth broad aspect of the present disclosure provide a conjugate of the compound mentioned above to a biomolecule, wherein the biomolecule comprising a small bioactive molecule, a peptide, an antibody, a protein, an affibody, a nucleic acid, and an aptamer modified with terminal alkynyl.
  • the conjugate can be used as molecular fluorescence for biomedical imaging, such as blood vessel imaging (brain vessel for TBI, tumor vessel) , tumor imaging and so on.
  • the biomolecule and the compound mentioned above are conjugated together through click chemistry with azide groups on the compound mentioned above or intermolecular forces to form strong, non-covalent complexes through simple mixing or mixing followed by heating to 40-70 degree Celsius.
  • the biomolecule described here is the same with the biomolecule mentioned above, and will not be described in detail again.
  • Embodiments of a fifth broad aspect of the present disclosure provide use of the compound, the kit, or the conjugate mentioned above in biomedical imaging.
  • the compound, or the kit, or the conjugate mentioned above can be used as molecular fluorescence for biomedical imaging with enhanced quantum yield and good biocompatibility.
  • the biomolecule described here is the same with the biomolecule mentioned above, and will not be described in detail again.
  • Embodiments of a sixth broad aspect of the present disclosure provide a method of biomedical imaging, comprising: administrating the compound, the kit or the conjugate to a subject, irradiating the subject at a site of interest by NIR light source, and recording an image by a camera.
  • the quantum yield and biocompatibility are improved significantly by using the compound or the conjugate mentioned above as molecular fluorescence.
  • the site of interest comprising vessels (brain vessels, tumor vessels, etc. ) , tumor, lymphatic system, and so on.
  • the subject comprising an animal, a human, a tissue, a cell, a 3D organoid or a spheroid.
  • the method of the present invention can be effectively used for non-invasive biomedical imaging of animal or human body, such as targeted tumor imaging, vascular imaging, lymph system imaging, and other targets in various parts of the animal or human body, which can be used for clinical diagnosis.
  • the compound or the conjugate mentioned above are administrated into a blood vessel, a tissue, an organ or a lymph node of the subject.
  • the compound or the conjugate are able to accumulate in the target area, then the image of the target area can be obtained easily.
  • the camera comprising an InGaAs camera for imaging in 900nm-1700nm, a Si charge coupled device (CCD) or camera with or without NIR enhanced detector for imaging in 800-1100nm range.
  • CCD Si charge coupled device
  • imaging blood vessels with fluorophore circulation in brain, eye or other organs of a body of human or animals sentinel lymph node (SLN) mapping to image lymph nodes proximal to tumor for diagnosis of cancer metastasis, or molecular imaging of cancer though fluorophore-biomolecule targeted homing to cancer cells in the body.
  • SSN sentinel lymph node
  • Embodiments of a seventh broad aspect of the present disclosure provide a method of imaging guided tumor surgery, comprising: recording an image of the targeted area by method of biomedical imaging mentioned above, using the image to guide tumor removal.
  • the method of the present invention can reduce tumor surgery difficulty, and improve the accuracy of the operation.
  • Embodiments of an eighth broad aspect of the present disclosure provide a method for labeling a biomolecule, comprising: making the compound or the kit mentioned above reacting with the biomolecule, or mixing the compound or the kit mentioned above with the biomolecule with or without heating to 40-70 degree Celsius.
  • the biocompatibility and fluorescence intensity are improved significantly by using the compound mentioned above as molecular fluorescence.
  • the biomolecule includes a small bioactive molecule (folic acid, tretinoin, cholic acid, galactose, biotin, etc. ) , a peptide (decapeptide: synB3, ovarian cancer specific binding peptide: OSBP-1 and OSBP-S, etc.
  • a small bioactive molecule folic acid, tretinoin, cholic acid, galactose, biotin, etc.
  • a peptide decapeptide: synB3, ovarian cancer specific binding peptide: OSBP-1 and OSBP-S, etc.
  • an affibody an antibody (erbitux, anti-SA2, Herceptin, secondary antibody against human or animal antibodies, abciximab, adalimumab, alemtuzumab, basiliximab, belimumab, bevacizumab, brentuximab vedotin, canakinumab, cetuximab, certolizumab pegol, daclizumab, daratumumab, denosumab, eculizumab, efalizumab, golimumab, ibritumomab tiuxetan, infliximab, ipilimumab, muromonab-CD3, natalizumab, nivolumab, ofatumumab, omalizumab, palivizumab, panitumumab, Pembrolizumab, ranibizumab, rituximab,
  • the compounds mentioned above in the present invention can be used as molecular SWIR fluorophores with enhanced quantum yield and good biocompatibility. These compounds exhibit fluorescence in the range from 900-1700 nm under the excitation of light in the range of 400-1000 nm, the intermolecular and intramolecular interactions of the conjugated backbone are reduced and the quantum yield is enhanced. Meanwhile, the molecular fluorophores (the compounds mentioned above) exhibit good water solubility and the dynamic range of the dyes in aqueous solution is small enough to ensure rapid urine or fecal excretion through the renal or biliary system and little toxicity. The high quantum yield and biocompatibility of the molecular dyes along with their SWIR emission opens up the opportunities of SWIR imaging using molecular fluorophores for in-vivo applications.
  • Example 2 Synthesis of IREF-PEG600 and IREFN-PEG600.
  • IREF-PEG600 (250 mg) was afforded as a green oil.
  • MALDI-TOF-MS expected M.W. about 3,700, measured M.W. 3,700.
  • IREFN-PEG600 was prepared as green oil with the same method by changing the amount of HO-PEG-Alkyne-0.6k to 85 mg.
  • MALDI-TOF-MS expected M.W. about 2,800, measured weight average M.W. about 2,800.
  • MALDI-TOF-MS expected M.W. about 5,208, measured M.W. 5,210. And IRDTN-PEG1000 was afforded as green oil with the same method but changing the amount of w-alkynyl-PEG-hydroxyl to 85 mg.
  • MALDI-TOF-MS expected M.W. about 3,198, measured weight average M.W. about 3,200.
  • UV-Vis-NIR spectrophotometer (UV 3600) with background correction was employed to measure the optical absorption spectra in water in the range of 300-1,200 nm.
  • a home build setup was used to measure the fluorescence spectrum of IR-E1 in the region of 900-1,600 nm using an array detector (Princeton OMA-V) and a spectrometer (Acton SP2300i) under an 808-nm diode laser (RMPC lasers) excitation (160 mW) .
  • RMPC lasers 808-nm diode laser
  • emission filters an 850-nm (Thorlabs) , 1,000-nm (Thorlabs) , 1,100-nm (Omega) and 1,300-nm short-pass filter (Omega) were used as excitation filters and 900-nm long-pass filter (Thorlabs) was used as emission filter.
  • the obtained emission spectra were further corrected by the detector sensitivity profile and the absorbance features of the filter.
  • Fig 1a Absorption and emission spectra of IRETBN-PEG1700 in aqueous solution were shown in Fig 1a, fluorescence intensity of IRETBN-PEG1700 in water and PBS measured over 1 week were shown in Fig 1b.
  • IRETBN-PEG1700 In aqueous solution, IRETBN-PEG1700 exhibited an absorption peak at 830 nm, while the fluorescence emission spectrum showed emission range from 1000 to 1400 nm with a main emission peak at around 1080 nm (Fig. 1a) .
  • the weight average molecular weight (MW) of IRETBN-PEG1700 was ⁇ 4.5 kDa with a hydrodynamic size of ⁇ 3.6 nm in aqueous solution.
  • the commercial SWIR fluorescent IR-26 dye was used as the reference sample with the quantum yield of 0.5%.
  • the IR-26 was dissolved in 1, 2-dichloroethane (DCE) , and diluted to different concentration with absorbance value at 808 nm of ⁇ 0.067, ⁇ 0.029, ⁇ 0.014 and ⁇ 0.002 using a ultraviolet-visible-near-infrared absorbance spectrometer.
  • the fluorescence spectra in the range of 900-to 1,600-nm was collected (900-nm long-pass filter) under the 808-nm diode laser (RMPC lasers) excitation.
  • the absorption and emission of compounds of examples 1 to 6 in water were measured using same method with IR-26.
  • QY stands for quantum yields
  • n refractive index of the solvent
  • A absorbance of the solution
  • I fluorescence intensity
  • Example 16 Non-invasive SWIR fluorescence imaging for brain blood vessels
  • the PBS solution of IRETBN-PEG1700 (1 mg/ml, 200 ⁇ L) was injected into hair removed mouse for SWIR imaging.
  • An 808 nm laser was used as excitation (140 mW ⁇ cm -2 ) filtered through 850 nm short-pass filter.
  • Dynamic imaging was done with a 2D InGaAs camera (Princeton Instrument 2D-OMA V: 320) with exposure time of 300 ms in the > 1300 nm range (by collecting emission through 1, 300-nm long-pass filter) .
  • SWIR fluorescence signals in the inferior cerebral vein, transverse sinus and middle cerebral vessels in the contralateral hemisphere showed up immediately within 1 s post injection, and these signals rapidly increased and plateaued at ⁇ 10 s (Figure 2) .
  • SWIR imaging of a mouse’s brain blood vessels with the IRETBN-PEG1700 fluorophore were shown in Figure 2.
  • the PBS solution of IREFNS (0.3 mg/ml, 350 ⁇ L) was injected intravenously into a mouse with a subcutaneous xenograft 4T1 murine tumor located on the left and right hind limbs.
  • An 808 nm laser was used as excitation (140 mW ⁇ cm -2 ) filtered through 850 nm short-pass filter.
  • Dynamic imaging was done with a 2D InGaAs camera (Princeton Instrument 2D-OMA V: 320) with exposure time of 300 ms in the > 1100 nm range (by collecting emission through 1, 100-nm long-pass filter) .

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)

Abstract

Provided is the design, synthesis and applications of molecular fluorophores for bioimaging in the short wavelength infrared window (1000-1700 nm). The molecular fluorophores compound comprise structures with electron accepting aromatic units, electron donating aromatic units, and an shielding units which shield the conjugated backbones from intermolecular interactions.

Description

Molecular Fluorophores and Preparation Method Thereof and Use for Short Wavelength Infrared Imaging FIELD
Embodiments of the present disclosure generally relate to biomedical imaging with molecular fluorophores.
BACKGROUND
The development of biomedical imaging requires higher imaging resolution and deeper penetration depths, which are limited by photon scattering, biological tissue auto-fluorescence and water optical absorption. It’s known that photon scattering is reduced and biological tissue auto-fluorescence is lowered at longer wavelengths. At the same time, water optical absorption is low in the near-infrared region. As a result, the short wavelength infrared (SWIR, SWIR1.0-1.7 μm) has shown promise recently over the traditional near-infrared window (750-1000 nm) for in vivo optical imaging.
Inorganic nanomaterials, such as carbon nanotubes, PbS and Ag2S quantum dots, and rare earth nanoparticles have been employed as SWIR fluorophores owing to their low band gap, high quantum yield and good stability. However, these nanomaterial-based SWIR fluorophores are generally very difficult to be cleared out from the body due to their large size and have toxicity concerns.
Organic molecules dyes could be a better alternative as they can be made to be more biocompatible and easily excreted from the body than inorganic nanomaterials. Molecular fluorophore properties could be easily tuned by structure engineering. However, the general molecular fluorescent agents such as indocyanine green (ICG) , methylene blue (MB) and fluorescein isothiocyanate (FITC) , exhibit fluoresce below 900 nm. Some polymethine dyes, such as IR-26, IR-1051 and IR-1100 could have emission in the SWIR region. But these dyes have never been used for biological imaging as none of them is water-soluble. Although small molecule dye and polymers have been used as SWIR fluorophores, they have to be encapsulated in a hydrophilic polymer matrix because of their low solubility in aqueous solution. Such  encapsulation significantly increases the particle size, prevents rapid excretion and lowers the quantum yield. Recently, a molecular dye CH1055 has been reported with SWIR emission and demonstrated renal excretion. However, the emission quantum yield of such dye is too low (less than 0.2%) for real-time imaging, the size (molecular weight 9.7 k Da) is relatively large and the fluorescence is limited below ~1200 nm. Thus, it remains highly challenging to develop organic molecules as SWIR fluorophores with good aqueous solubility and biocompatibility, high quantum yield, fluorescence emission at longer wavelength than previously reported and highly efficient conjugation to biological molecules, which is of vital importance to fully develop SWIR fluorescence-based imaging methods for research and potential clinical translation.
SUMMARY
The following brief summary is not intended to include all features and aspects of the present invention, nor does it imply that the invention must include all features and aspects discussed in this summary.
This invention comprises design, synthesis and application of molecular fluorophores for bioimaging in the SWIR or SWIR window. Some molecular fluorophores can be extended to NIR window. Embodiments of the present disclosure seek to solve at least one of the problems existing in the related art to at least some extent, which include: 1) low emission quantum yield. 2) limited solubility of molecular fluorophores in aqueous and biological solutions. 3) low efficiency of conjugation to biological molecules including targeting ligands or antibodies. 4) the fluorescence is limited below ~1200 nm. In the present invention, a donor-acceptor-donor structure and a strong acceptor unit are employed to afford low band gap of the molecular fluorophores. Novel donor units are introduced to afford conformational distortion of the conjugated backbone, which can reduce both intermolecular and intramolecular interactions, thus enhance QY. To further lower the intermolecular interactions, inventors of the present invention introduce shielding (enveloping) units, which can sheath the conjugated backbone, at the terminals of the conjugated backbone. The shielding units, and the donor units can introduce end functionalized side chains, which can conjugate to hydrophilic unit (such as PEG) or other targeting ligands by a highly efficient click reaction (such as azide –alkyne cycloaddition) that is known to be superior to typical conjugation chemistry used for previous dyes. Importantly, by tuning the donor and shielding group, the inventors have developed SWIR fluorophores with  fluorescence > 1200nm, which is superior to the CH1055 dye with fluorescence < 1200nm and can afford much reduced scattering effects in vivo and thus deeper tissue imaging depth. These SWIR dyes also contain azide groups to facilitate bio-conjugation with ultrahigh efficiency superior to N-hydroxysuccinimide (NHS) esters based conjugation.
Embodiments of a first broad aspect of the present disclosure provide a compound, comprising:
an electron accepting aromatic unit,
an optional electron donating aromatic unit, and
a shielding unit shielding the electron accepting aromatic unit and/or the electron donating aromatic unit from intermolecular interactions,
wherein the electron accepting aromatic unit, the electron donating aromatic unit and the shielding unit are connected via a covalent bond.
Acording to some embodiments of the present invention, the electron accepting aromatic unit has a formula of any one selected from the group consisting of:
Figure PCTCN2016081265-appb-000001
each one of Z1 and Z2 is independently O, S, Se, or NR,
each R is independently H, Cn1H2n1+1, or tert-butyloxycarbonyl,
n1 is an integer ranging from 1 to 12.
Acording to some embodiments of the present invention, the electron donating aromatic unit has a formula of any one selected from the group consisting of:
Figure PCTCN2016081265-appb-000002
Figure PCTCN2016081265-appb-000003
each R1 is independently H, Cn2H2n2+1, or tert-butyloxycarbonyl,
each X is independently S, Se, NR1, or O,
each one of Y1 and Y2 is independently H, OCn2H2n2+1, Cn2H2n2+1
Figure PCTCN2016081265-appb-000004
OCn2H2n2B, or Cn2H2n2Z,
each B is independently Br, I, OTs, OMs, ONs, N3, or OMe,
each Z is independently Br, or N3,
each m is independently an integer ranging from 0 to 6,
each n2 is independently an integer ranging from 1 to 20,
each p is independently an integer ranging from 1 to 20,
Acording to some embodiments of the present invention, the shielding unit has a formula of any one selected from the group consisting of:
Figure PCTCN2016081265-appb-000005
each R2 is independently OCn3H2n3+1, Cn3H2n3+1
Figure PCTCN2016081265-appb-000006
Figure PCTCN2016081265-appb-000007
OCn3H2n3W, or Cn3H2n3W,
each n3 is independently an integer ranging from 0 to 20,
each p is independently an integer ranging from 1 to 20,
each W is independently H, Br, I, OH, OTs, N3
Figure PCTCN2016081265-appb-000008
Figure PCTCN2016081265-appb-000009
each one of Z5, Z6, and Z7 is independently S, Se, O, or NR2’,
R2’is H, Cn5H2n5+1, or tert-butyloxycarbonyl,
each X1 is independently Si, Ge, or C,
n5 is an integer ranging from 1 to 20,
n is an integer ranging from 4 to 120,
each b is independently an integer ranging from 1 to 6.
Acording to some embodiments of the present invention, the compound comprises two shielding units and two electron donating aromatic units, and the compound has a formula of : S’1-D1-A-D2-S’2, wherein
S’1 represents a first shielding unit,
S’2 represents a second shielding unit,
D1 represents a first electron donating aromatic unit,
D2 represents a second electron donating aromatic unit,
A represents the electron accepting aromatic unit.
Acording to some embodiments of the present invention, the compound has a formula of: S’-D-A, wherein
S’represents the shielding unit,
D represents the electron donating aromatic unit,
A represents the electron accepting aromatic unit.
Acording to some embodiments of the present invention, the compound comprises two electron accepting aromatic units, three electron donating aromatic units, and two shielding units, and the compound has a formula of : S’3-D3-A1-D5-A2-D4-S’4, wherein
S’3 represents a third shielding unit,
S’4 represents a forth shielding unit,
D3 represents a third electron donating aromatic unit,
D4 represents a forth electron donating aromatic unit,
D5 represents a forth electron donating aromatic unit,
A1 represents a first electron accepting aromatic unit,
A2 represents a second electron accepting aromatic unit.
Acording to some embodiments of the present invention, the compound comprises one electron accepting aromatic unit, two shielding units, and the compound has a formula of : S’5-A-S’6, wherein
S’5 represents a fifth shielding unit,
S’6 represents a sixth shielding unit,
A represents the electron accepting aromatic unit.
Acording to some embodiments of the present invention, the compound comprises one electron accepting aromatic unit, four shielding units, and the compound has a formula of : S’7-S’8-A-S’9-S’10, wherein
S’7 represents a seventh shielding unit,
S’8 represents an eighth shielding unit,
S’9 represents a ninth shielding unit,
S’10 represents a tenth shielding unit,
A represents the electron accepting aromatic unit.
Acording to some embodiments of the present invention, the compound having a formula of any one selected from the group consisting of:
Figure PCTCN2016081265-appb-000010
Figure PCTCN2016081265-appb-000011
each one of Y1 and Y2 is independently H, Cn2H2n2+1, OCn2H2n2+1, OCn2H2n2B, 
Figure PCTCN2016081265-appb-000012
Figure PCTCN2016081265-appb-000013
Acording to some embodiments of the present invention, the compound having a formula of any one selected from the group consisting of:
Figure PCTCN2016081265-appb-000014
Figure PCTCN2016081265-appb-000015
Figure PCTCN2016081265-appb-000016
Figure PCTCN2016081265-appb-000017
Embodiments of a second broad aspect of the present disclosure provide a kit, comprising the compound mentioned above.
Embodiments of a third broad aspect of the present disclosure provide use of the compound or the kit mentioned above in labeling or conjugating to a biomolecule.
According to some embodiments of the present invention, the biomolecule and the compound mentioned above are combined together through click chemistry with azide groups on the compound mentioned above or intermolecular forces to form strong, non-covalent complexes through simple mixing or mixing followed by heating to 40-70 degree Celsius.
According to some embodiments of the present invention, the biomolecule includes a small bioactive molecule (folic acid, tretinoin, cholic acid, galactose, biotin, etc. ) , a peptide (decapeptide: synB3, ovarian cancer specific binding peptide: OSBP-1 and OSBP-S, etc. ) , an antibody (erbitux, anti-SA2, Herceptin, secondary antibody against human or animal antibodies, abciximab, adalimumab, alemtuzumab, basiliximab, belimumab, bevacizumab, brentuximab vedotin, canakinumab, cetuximab, certolizumab pegol, daclizumab, daratumumab, denosumab, eculizumab, efalizumab, golimumab, ibritumomab tiuxetan, infliximab, ipilimumab, muromonab-CD3, natalizumab, nivolumab, ofatumumab, omalizumab, palivizumab, panitumumab, Pembrolizumab, ranibizumab, rituximab, tocilizumab, tositumomab, trastuzumab, ustekinumab, vedolizumab, etc. ) , a protein (streptavidin, etc. ) , an affibody, a nucleic acid, and an aptamer, which are modified with terminal alkynyl and then click reacted with fluorophores’azide.
Figure PCTCN2016081265-appb-000018
Embodiments of a forth broad aspect of the present disclosure provide a conjugate of the compound mentioned above to a biomolecule, wherein the biomolecule comprising a small bioactive molecule, a peptide, an antibody, a protein, an affibody, a nucleic acid, and an aptamer modified with terminal alkynyl.
According to some embodiments of the present invention, the biomolecule and the compound mentioned above are conjugated together through click chemistry with azide groups on the compound mentioned above or intermolecular forces to form strong, non-covalent complexes through simple mixing or mixing followed by heating to 40-70 degree Celsius. According to some embodiments of the present invention, the biomolecule described here is the same with the biomolecule mentioned above, and will not be described in detail again.
Embodiments of a fifth broad aspect of the present disclosure provide use of the compound, the kit, or the conjugate mentioned above in biomedical imaging.
According to some embodiments of the present invention, the biomolecule described here is the same with the biomolecule mentioned above, and will not be described in detail again.
Embodiments of a sixth broad aspect of the present disclosure provide a method of biomedical imaging, comprising:
administrating the compound, the kit or the conjugate mentioned above to a subject,
irradiating the subject at a site of interest by NIR light source,
recording a fluorescence image or video by a camera.
According to some embodiments of the present invention, the subject comprising an animal, a human, a tissue, a cell, a 3D organoid or a spheroid.
According to some embodiments of the present invention, the compound, the kit or the conjugate mentioned above are administrated into a blood vessel, a tissue, an organ, or a lymph  node of the subject.
According to some embodiments of the present invention, the NIR light source is a laser light source or a light emitting diode, and the wavelength of the NIR light source is 780nm, 808nm, or 980 nm.
According to some embodiments of the present invention, the camera comprising an InGaAs camera for imaging in 900nm-1700nm, a Si charge coupled device (CCD) or camera with or without NIR enhanced detector for imaging in 800-1100nm range.
According to some embodiments of the present invention, imaging blood vessels with fluorophore circulation in brain, eye or other organs of a body of human or animals, sentinel lymph node (SLN) mapping to image lymph nodes proximal to tumor for diagnosis of cancer metastasis, or molecular imaging of cancer though fluorophore-biomolecule targeted homing to cancer cells in the body.
Embodiments of a seventh broad aspect of the present disclosure provide a method of imaging guided tumor surgery, comprising:
recording an image of the targeted area by the method of biomedical imaging mentioned above,
using the image to guide tumor removal.
Embodiments of an eighth broad aspect of the present disclosure provide a method for labeling a biomolecule, comprising:
making the compound or the kit mentioned above reacting with the biomolecule, or mixing the compound or the kit mentioned above with the biomolecule with or without heating to 40-70 degree Celsius.
According to some embodiments of the present invention, the biomolecule includes a small bioactive molecule (folic acid, tretinoin, cholic acid, galactose, biotin, etc. ) , a peptide (decapeptide: synB3, ovarian cancer specific binding peptide: OSBP-1 and OSBP-S, etc. ) , an affibody, an antibody (erbitux, anti-SA2, Herceptin, secondary antibody against human or animal antibodies, abciximab, adalimumab, alemtuzumab, basiliximab, belimumab, bevacizumab, brentuximab vedotin, canakinumab, cetuximab, certolizumab pegol, daclizumab, daratumumab, denosumab, eculizumab, efalizumab, golimumab, ibritumomab tiuxetan, infliximab, ipilimumab, muromonab-CD3, natalizumab, nivolumab, ofatumumab, omalizumab, palivizumab, panitumumab, Pembrolizumab, ranibizumab, rituximab, tocilizumab, tositumomab, trastuzumab,  ustekinumab, vedolizumab, etc. ) , and proteins (streptavidin, etc. ) , a nucleic acid, and an aptamer, which are modified with terminal alkynyl and then click reacted with fluorophores’azide.
Figure PCTCN2016081265-appb-000019
The term “biomolecule” is used in combination of an SWIR dye as described here that is linked to a molecule or molecular fragment that specifically binds to a marker of interest in a target. “Small bioactive molecules” as folic acid, tretinoin, cholic acid, galactose, they can bind to their specific receptors are excessively expressed on the surface of tumor cells selectively. Some specific peptide receptors were also displayed the highest binding affinity and specificity with their “peptides” ligands by their ligand receptor, which can directionally deliver peptides-dye conjugation ligands to targeted cell and tissue. “Antibody molecule” is any immunoglobulin, including antibodies and fragments, its binds to a specific antigen, which can contemplate recombinant generated intact immunoglobulin molecules and immunologically active portions of an immunoglobulin molecule. By utilizing the specificity of biomolecules, the targeted bio-imaging or molecular imaging can be achieved in vivo, in vitro or ex vivo.
The compounds mentioned above in the present invention can be used as molecular SWIR fluorophores with enhanced quantum yield and good biocompatibility. These compounds exhibit fluorescence in the range from 900-1700 nm under the excitation of light in the range of 400-1000 nm, the intermolecular and intramolecular interactions of the conjugated backbone are reduced and the quantum yield is enhanced. Meanwhile, the molecular fluorophores (the compounds mentioned above) exhibit good water solubility and the dynamic range of the dyes in aqueous solution is small enough to ensure rapid urine or fecal excretion through the renal or biliary system and little toxicity. The high quantum yield and biocompatibility of the molecular dyes along with their SWIR emission opens up the opportunities of SWIR imaging using molecular fluorophores for in-vivo applications.
Any embodiment disclosed herein can be combined with other embodiments as long as they are not contradictory to one another, even though the embodiments are described under different aspects of the invention. In addition, any technical feature in one embodiment can be applied to the corresponding technical feature in other embodiments as long as they are not contradictory to one another, even though the embodiments are described under different aspects of the invention.
The above summary of the present disclosure is not intended to describe each disclosed embodiment or every implementation of the present disclosure. The Figures and the detailed description which follow more particularly exemplify illustrative embodiments.
Additional aspects and advantages of embodiments of present disclosure will be given in part in the following descriptions, become apparent in part from the following descriptions, or be learned from the practice of the embodiments of the present disclosure.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
These and other aspects and advantages of embodiments of the present disclosure will become apparent and more readily appreciated from the following descriptions made with reference the accompanying drawings, in which:
Fig. 1a shows absorption and emission spectra of IRETBN-PEG1700 in aqueous solution, Fig 1b shows fluorescence intensity of IRETBN-PEG1700 in water and PBS measured over 1 week.
Fig 2 shows SWIR imaging of a mouse’s brain blood vessels with the IRETBN-PEG1700 fluorophore circulating in the blood flow of the mouse through tail vein injection.
Fig 3 shows SWIR fluorescence images of a 4T1 tumor bearing mouse after injection of IREFNS solution. The fluorophores accumulate in the tumor through EPR effect, allowing for tumor imaging with high tumor/normal tissue signal ratio.
Fig 4 shows a schematic of conjugation between alkyne functional biomolecules and the azide functionalized SWIR fluorophore.
Fig 5 shows fluorescence of samples after density gradient ultra-centrifugation (DGU) separation of fluorophore-protein conjugate and free fluorophore excited by an 808 nm laser.
Fig 6a shows a SWIR fluorescence image demonstrating that IRETBN-PEG1700 was accumulated in the bladder of the mouse at 6 h after injection, Fig 6b shows a SWIR image of urine collected at 3 h after injection.
DETAILED DESCRIPTION
Reference will be made in detail to embodiments of the present disclosure. The embodiments described herein with reference to drawings are explanatory, illustrative, and used to generally understand the present disclosure. The embodiments shall not be construed to limit the present disclosure. The same or similar elements and the elements having same or similar functions are denoted by like reference numerals throughout the descriptions.
The grammatical articles “a” , “an” and “the” , as used herein, are intended to include “at least one” or “one or more” unless otherwise indicated herein or clearly contradicted by the context. Thus, the articles are used herein to refer to one or more than one (i.e. at least one) of the grammatical objects of the article. By way of example, “a component” means one or more components, and thus, possibly, more than one component is contemplated and may be employed or used in an implementation of the described embodiments.
The term “comprising” is meant to be open ended, including the indicated component but not excluding other elements.
Embodiments of a first broad aspect of the present disclosure provide a compound, comprising:
an electron accepting aromatic unit,
an optional electron donating aromatic unit, and
a shielding unit shielding the electron accepting aromatic unit and/or the electron donating aromatic unit from intermolecular interactions,
wherein the electron accepting aromatic unit, the electron donating aromatic unit and the shielding unit are connected via a covalent bond.
Acording to some embodiments of the present invention, the electron accepting aromatic unit has a formula of any one selected from the group consisting of:
Figure PCTCN2016081265-appb-000020
Figure PCTCN2016081265-appb-000021
each one of Z1, and Z2 is independently O, S, Se, or NR,
each R is independently H, C2n+1H2n+1, or tert-butyloxycarbonyl,
n1 is an integer ranging from 1 to 12.
Acording to some embodiments of the present invention, the electron donating aromatic unit has a formula of any one selected from the group consisting of:
Figure PCTCN2016081265-appb-000022
each R1 is independently H, Cn2H2n2+1, or tert-butyloxycarbonyl,
each X is independently S, Se, NR1, or O,
each one of Y1 and Y2 is independently H, OCn2H2n2+1, Cn2H2n2+1
Figure PCTCN2016081265-appb-000023
OCn2H2n2B, or Cn2H2n2Z,
each B is independently Br, I, OTs, OMs, ONs, N3, or OMe,
each Z is independently Br, or N3,
each m is independently an integer ranging from 0 to 6,
each n2 is independently an integer ranging from 1 to 20,
each p is independently an integer ranging from 1 to 20.
Acording to some embodiments of the present invention, substitution of the “D” unit (the electron donating aromatic unit) close to the “A” unit (the electron accepting aromatic unit) side is preferred, which can improve the quantum yield of molecular dyes in aqueous solution, possibly due to the reduced intermolecular and intramolecular interactions. Such as:
Figure PCTCN2016081265-appb-000024
Acording to some embodiments of the present invention, the shielding unit has a formula of any one selected from the group consisting of:
Figure PCTCN2016081265-appb-000025
each R2 is independently OCn3H2n3+1, Cn3H2n3+1
Figure PCTCN2016081265-appb-000026
Figure PCTCN2016081265-appb-000027
OCn3H2n3W, or Cn3H2n3W,
each n3 is independently an integer ranging from 0 to 20,
each p1 is independently an integer ranging from 1 to 20,
each W is H, Br, I, OH, OTs, N3
Figure PCTCN2016081265-appb-000028
Figure PCTCN2016081265-appb-000029
each one of Z5, Z6, and Z7 is independently S, Se, O, or NR2’,
R2’is H, Cn5H2n5+1, or tert-butyloxycarbonyl,
each X1 is independently Si, Ge, or C,
each n5 is an integer ranging from 1 to 20,
each n is an integer ranging from 4 to 120,
each b is independently an integer ranging from 1 to 6.
Acording to some embodiments of the present invention, the shielding unit contains side chains extended out of the plane of conjugated backbone (the electron accepting aromatic unit and/or the electron donating aromatic unit) , which can reduce the stacking of the molecular conjugated backbone. The terminals of the side chains are functionalized with polyethylene glycol (PEG) , ionic group (such as quaternary ammonium salt) , which can enhance aqueous  solubility. Sometimes, the terminals of the side chains are functionalized with azide group (N3) for further conjugation with targeting ligands.
Acording to some embodiments of the present invention, the compound comprises two shielding units and two electron donating aromatic units, and the compound has a formula of : S’1-D1-A-D2-S’2, wherein S’1 represents a first shielding unit, S’2 represents a second shielding unit, D1 represents a first electron donating aromatic unit, D2 represents a second electron donating aromatic unit, A represents the electron accepting aromatic unit. In other words, S’1 represents one shielding unit of the two shielding units, S’2 represents the other shielding unit of the two shielding units, D1 represents one electron donating aromatic unit of the two electron donating aromatic units, D2 represents the other electron donating aromatic unit of the two electron donating aromatic units.
Acording to some embodiments of the present invention, the compound has a formula of: S’-D-A, wherein S’represents the shielding unit, D represents the electron donating aromatic unit, A represents the electron accepting aromatic unit.
Acording to some embodiments of the present invention, the compound comprises two electron accepting aromatic units, three electron donating aromatic units, and two shielding units, and the compound has a formula of : S’3-D3-A1-D5-A2-D4-S’4, wherein S’3 represents a third shielding unit, S’4 represents a forth shielding unit, D3 represents a third electron donating aromatic unit, D4 represents a forth electron donating aromatic unit, D5 represents a fifth electron donating aromatic unit, A1 represents a first electron accepting aromatic unit, A2 represents a second electron accepting aromatic unit. In other words, S’3 represents one shielding unit of the two shielding units, S’4 represents the other shielding unit of the two shielding units. D3 represents one electron donating aromatic unit of the three electron donating aromatic units, D4 represents another electron donating aromatic unit of the three electron donating aromatic units, D5 represents the third electron donating aromatic unit of the three electron donating aromatic units. A1 represents one electron accepting aromatic unit of the two electron accepting aromatic units, A2 represents the other electron accepting aromatic unit of the two electron accepting aromatic units.
Acording to some embodiments of the present invention, the compound comprises one electron accepting aromatic unit, two shielding units, and the compound has a formula of : S’5-A-S’6, wherein
S’5 represents a fifth shielding unit,
S’6 represents a sixth shielding unit,
A represents the electron accepting aromatic unit.
Acording to some embodiments of the present invention, the compound comprises one electron accepting aromatic unit, four shielding units, and the compound has a formula of : S’7-S’8-A-S’9-S’10, wherein S’7 represents seventh shielding unit, S’8 represents an eighth shielding unit, S’9 represents a ninth shielding unit, S’10 represents a tenth shielding unit, A represents the electron accepting aromatic unit. In other words, A1 represents the electron accepting aromatic unit, S’7, S’8, S’9, and S’10 respectively represent one shielding unit of the four shielding units.
Acording to some embodiments of the present invention, the compound having a formula of any one selected from the group consisting of:
Figure PCTCN2016081265-appb-000030
Figure PCTCN2016081265-appb-000031
each one of Y1 and Y2 is independently H, Cn2H2n2+1, OCn2H2n2+1, OCn2H2n2B, 
Figure PCTCN2016081265-appb-000032
Figure PCTCN2016081265-appb-000033
Acording to some embodiments of the present invention, the compound having a formula of any one selected from the group consisting of:
Figure PCTCN2016081265-appb-000034
Figure PCTCN2016081265-appb-000035
Figure PCTCN2016081265-appb-000036
The term “-PEG600” , “-PEG1000” , and “-PEG1700” represent the formula of
Figure PCTCN2016081265-appb-000037
600, 700, and 1000 represent the weight average molecular weight, and the value of n depends on the weight average molecular weight.
In the present invention, the meaning of
Figure PCTCN2016081265-appb-000038
is that two of  R1, R2, R3, R4 represent N3, the other two of R1, R2, R3, R4 represent
Figure PCTCN2016081265-appb-000039
unless otherwise indicated herein or clearly contradicted by the context. Other similar descriptions are the same.
Embodiments of a second broad aspect of the present disclosure provide a kit, comprising the compound mentioned above. The kit can be used as molecular fluorescence for biomedical imaging or labeling a biomolecule.
Embodiments of a third broad aspect of the present disclosure provide use of the compound or the kit mentioned above in labeling or conjugating to a biomolecule. Thus, the biomolecule can be tracked by the molecular fluorescence (the compound mentioned above) . According to some embodiments of the present invention, the molecular can be further combined to tumor, blood vessels, etc., thus the tumor, blood vessels, etc., can also be tracked.
According to some embodiments of the present invention, the biomolecule and the compound mentioned above are combined together through click chemistry with azide groups on the compound mentioned above or intermolecular forces to form strong, non-covalent complexes through simple mixing or mixing followed by heating to 40-70 degree Celsius.
According to some embodiments of the present invention, the biomolecule includes a small bioactive molecule (folic acid, tretinoin, cholic acid, galactose, biotin, etc. ) , a peptide (decapeptide: synB3, ovarian cancer specific binding peptide: OSBP-1 and OSBP-S, etc. ) , an antibody (erbitux, anti-SA2, Herceptin, secondary antibody against human or animal antibodies, abciximab, adalimumab, alemtuzumab, basiliximab, belimumab, bevacizumab, brentuximab vedotin, canakinumab, cetuximab, certolizumab pegol, daclizumab, daratumumab, denosumab, eculizumab, efalizumab, golimumab, ibritumomab tiuxetan, infliximab, ipilimumab, muromonab-CD3, natalizumab, nivolumab, ofatumumab, omalizumab, palivizumab, panitumumab, Pembrolizumab, ranibizumab, rituximab, tocilizumab, tositumomab, trastuzumab, ustekinumab, vedolizumab, etc. ) , a protein (streptavidin, etc. ) , an affibody, a nucleic acid, and an aptamer, which are modified with terminal alkynyl and then click reacted with fluorophores’azide.
Figure PCTCN2016081265-appb-000040
Embodiments of a forth broad aspect of the present disclosure provide a conjugate of the compound mentioned above to a biomolecule, wherein the biomolecule comprising a small bioactive molecule, a peptide, an antibody, a protein, an affibody, a nucleic acid, and an aptamer modified with terminal alkynyl. The conjugate can be used as molecular fluorescence for biomedical imaging, such as blood vessel imaging (brain vessel for TBI, tumor vessel) , tumor imaging and so on.
According to some embodiments of the present invention, the biomolecule and the compound mentioned above are conjugated together through click chemistry with azide groups on the compound mentioned above or intermolecular forces to form strong, non-covalent complexes through simple mixing or mixing followed by heating to 40-70 degree Celsius. According to some embodiments of the present invention, the biomolecule described here is the same with the biomolecule mentioned above, and will not be described in detail again. Embodiments of a fifth broad aspect of the present disclosure provide use of the compound, the kit, or the conjugate mentioned above in biomedical imaging. The compound, or the kit, or the conjugate mentioned above can be used as molecular fluorescence for biomedical imaging with enhanced quantum yield and good biocompatibility.
According to some embodiments of the present invention, the biomolecule described here is the same with the biomolecule mentioned above, and will not be described in detail again.
Embodiments of a sixth broad aspect of the present disclosure provide a method of biomedical imaging, comprising: administrating the compound, the kit or the conjugate to a subject, irradiating the subject at a site of interest by NIR light source, and recording an image by a camera. The quantum yield and biocompatibility are improved significantly by using the compound or the conjugate mentioned above as molecular fluorescence.
According to some embodiments of the present invention, the site of interest comprising vessels (brain vessels, tumor vessels, etc. ) , tumor, lymphatic system, and so on.
According to some embodiments of the present invention, the subject comprising an animal, a human, a tissue, a cell, a 3D organoid or a spheroid. The method of the present invention can be effectively used for non-invasive biomedical imaging of animal or human body, such as targeted tumor imaging, vascular imaging, lymph system imaging, and other targets in various parts of the animal or human body, which can be used for clinical diagnosis.
According to some embodiments of the present invention, the compound or the conjugate mentioned above are administrated into a blood vessel, a tissue, an organ or a lymph node of the subject. The compound or the conjugate are able to accumulate in the target area, then the image of the target area can be obtained easily.
According to some embodiments of the present invention, the NIR light source is a laser light source or a light emitting diode, and the wavelength of the NIR light source is 780nm, 808nm, or 980 nm. Thus, photon scattering, biological tissue auto-fluorescence and water optical absorption are reduced significantly, and QY is high.
According to some embodiments of the present invention, the camera comprising an InGaAs camera for imaging in 900nm-1700nm, a Si charge coupled device (CCD) or camera with or without NIR enhanced detector for imaging in 800-1100nm range.
According to some embodiments of the present invention, imaging blood vessels with fluorophore circulation in brain, eye or other organs of a body of human or animals, sentinel lymph node (SLN) mapping to image lymph nodes proximal to tumor for diagnosis of cancer metastasis, or molecular imaging of cancer though fluorophore-biomolecule targeted homing to cancer cells in the body.
Embodiments of a seventh broad aspect of the present disclosure provide a method of imaging guided tumor surgery, comprising: recording an image of the targeted area by method of biomedical imaging mentioned above, using the image to guide tumor removal. The method of the present invention can reduce tumor surgery difficulty, and improve the accuracy of the operation.
Embodiments of an eighth broad aspect of the present disclosure provide a method for labeling a biomolecule, comprising: making the compound or the kit mentioned above reacting with the biomolecule, or mixing the compound or the kit mentioned above with the biomolecule  with or without heating to 40-70 degree Celsius. The biocompatibility and fluorescence intensity are improved significantly by using the compound mentioned above as molecular fluorescence.
According to some embodiments of the present invention, the biomolecule includes a small bioactive molecule (folic acid, tretinoin, cholic acid, galactose, biotin, etc. ) , a peptide (decapeptide: synB3, ovarian cancer specific binding peptide: OSBP-1 and OSBP-S, etc. ) , an affibody, an antibody (erbitux, anti-SA2, Herceptin, secondary antibody against human or animal antibodies, abciximab, adalimumab, alemtuzumab, basiliximab, belimumab, bevacizumab, brentuximab vedotin, canakinumab, cetuximab, certolizumab pegol, daclizumab, daratumumab, denosumab, eculizumab, efalizumab, golimumab, ibritumomab tiuxetan, infliximab, ipilimumab, muromonab-CD3, natalizumab, nivolumab, ofatumumab, omalizumab, palivizumab, panitumumab, Pembrolizumab, ranibizumab, rituximab, tocilizumab, tositumomab, trastuzumab, ustekinumab, vedolizumab, etc. ) , and proteins (streptavidin, etc. ) , a nucleic acid, and an aptamer, which are modified with terminal alkynyl and then click reacted with fluorophores’azide.
Figure PCTCN2016081265-appb-000041
The compounds mentioned above in the present invention can be used as molecular SWIR fluorophores with enhanced quantum yield and good biocompatibility. These compounds exhibit fluorescence in the range from 900-1700 nm under the excitation of light in the range of 400-1000 nm, the intermolecular and intramolecular interactions of the conjugated backbone are reduced and the quantum yield is enhanced. Meanwhile, the molecular fluorophores (the compounds mentioned above) exhibit good water solubility and the dynamic range of the dyes in aqueous solution is small enough to ensure rapid urine or fecal excretion through the renal or biliary system and little toxicity. The high quantum yield and biocompatibility of the molecular dyes along with their SWIR emission opens up the opportunities of SWIR imaging using molecular fluorophores for in-vivo applications.
In the examples described below, all air and moisture sensitive reactions were carried out in flame-dried glassware under a nitrogen atmosphere. Reactive liquid compounds were measured and transferred by gas-tight syringes and were added in the reaction flask through rubber septa. Tetrahydrofuran (THF) was freshly distilled from sodium benzophenoneketyl. Toluene was distilled from CaH2. Unless otherwise noted, all reagents were obtained commercially and used without further purification.
Example 1: Synthesis of IRETBN-PEG1700 and IRETBN-PEG600
Figure PCTCN2016081265-appb-000042
(1) Synthesis of 5- (5- (2, 6-bis ( (6-bromohexyl) oxy) phenyl) thiophen-2-yl) -2, 3-dihydro-thieno [3, 4 -b] [1, 4] dioxine (compound 2) :
To a solution of tributyl (2, 3-dihydrothieno [3, 4-b] [1, 4] dioxin-5-yl) stannane (860 mg, 2.0 mmol) and compound 1 (720 mg, 1.2 mmol) in 10 mL toluene under Ar atmosphere, Pd (PPh34 (71 mg, 0.061 mol) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 24 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, and the organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel with PE/DCM 1: 1 to afford compound 2 as a light yellow oil (590 mg, 45 %) .
1H NMR (400 MHz, CDCl3) : δ 7.45 (d, J = 3.9 Hz, 1H) , 7.24 (d, J = 3.9 Hz, 1H) , 7.17 (t, J = 8.3 Hz, 1H) , 6.61 (d, J = 8.4 Hz, 2H) , 6.21 (s, 1H) , 4.37 –4.32 (m, 2H) , 4.28 –4.23 (m, 2H) , 4.01 (t, J = 6.2 Hz, 4H) , 3.38 (t, J = 6.9 Hz, 4H) , 1.84 (m, 7.2 Hz, 8H) , 1.52 –1.43 (m, 8H) ; 13C  NMR (100 MHz, CDCl3) : δ 157.1, 141.9, 137.2, 134.3, 132.6, 129.2, 128.2, 122.1, 113.0, 112.9, 105.5, 96.4, 68.9, 64.9, 64.7, 33.9, 32.7, 29.0, 27.9, 25.3;
HRMS (ESI) calcd. for C28H35Br2O4S2 +, ( [M+H+] ) 657.0344, Found 657.0347.
(2) Synthesis of (7- (5- (2, 6-bis ( (6-bromohexyl) oxy) phenyl) thiophen-2-yl) -2, 3-dihydro -thieno [3, 4-b] [1, 4] dioxin-5-yl) tributylstannane (compound 3) :
To a solution of compound 2 (350 mg, 0.53 mmol) in 5 mL THF at -78 ℃ under Ar atmosphere, n-BuLi (1.6 M in hexane, 1 mL, 1.6 mmol) was added dropwise. After the mixture was stirred at this temperature for another 1.5 h, trinbutyltinchloride (330 mg, 1 mmol) was added to the solution. Then the reaction mixture was slowly warmed to room temperature and stirred for 8 h. After that the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo without further purification.
(3) Synthesis of compound 4:
To a solution of compound a (72 mg, 0.2 mmol) and compound 3 (400 mg, 0.44 mmol) in 5 mL toluene under Ar atmosphere, Pd (PPh32Cl2 (35 mg, 0.03 mol) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 48 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured in to water and extracted twice with ethyl acetate. The combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford compound 5 as a dark green solid (93 mg, 31 %) .
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.55 (d, J = 4.0 Hz, 2H) , 7.42 (d, J = 4.0 Hz, 2H) , 7.19 (t, J =8.3 Hz, 2H) , 6.63 (d, J = 8.4 Hz, 4H) , 4.51 (m, 4H) , 4.37 (m, 4H) , 4.04 (t, J = 6.3 Hz, 8H) , 3.40 (t, J = 6.8 Hz, 8H) , 1.87 (m, 16H) , 1.55 –1.43 (m, 16H) ; 13C NMR (100 MHz, CDCl3) : δ 157.1, 152.5, 141.6, 137.6, 134.0, 133.9, 129.4, 128.4, 123.2, 117.6, 113.0, 112.8, 108.4, 105.5, 69.0, 64.9, 64.8, 34.0, 32.8, 29.1, 28.0, 25.5;
HRMS (ESI) calcd for C62H67Br4N4O8S6 +, ( [M+H+] ) 1503.0017, Found 1503.1578.
(4) Synthesis of IRETBN-1700 and IRETBN-PEG600. Compound 4 (50 mg, 0.036 mmol) was dissolved in 5 mL DMF. Then sodium azide (47 mg, 0.72 mmol) was added and the reaction solution was stirred at 60 C for 20 h. After that, a large portion of water was added, and the product was extracted twice with ethyl acetate. The combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford azide product as dark green solid 43 mg (quant) .
Azide product 20 mg was dissolved in 5 mL THF and cuprous iodide 100 mg, α-alkynyl-ω-hydroxyl-poly (ethylene glycol) -1.7k (HO-PEG-Alkyne-1.7k, weight average molecular weight = 1.68k, PDI = 1.05) 120 mg, and triethylamine 200uL were added. The system was stirred at RT for 48 h. Then the reaction mixture was filtered with Al2O3, and the solution was evaporated in vacuo. When all the organic solvent was removed, the solid was dissolved in 15 mL water and it was transferred to the dialyzer (MWCO = 3500) . The system was stirred at RT for 72 h with 10 times water exchange. The resulting water solution in the dialyzing membrane was lyophilized. IRETBN-1700 (100 mg) was afforded as yellow powder. MALDI-TOF-MS expected M.W. about 4,500, measured weight average M.W. about 4,500. (It suggested that two PEG chains were connected to the dye molecule by click reactions. Another two azide groups in the dye molecule were blocked by the introduced PEG chains for further click reaction. ) . And IRETBN-PEG600 was prepared as light green powder with the same method by using HO-PEG-Alkyne-0.6k (weight average molecular weight = 0.60k) . MALDI-TOF-MS expected M.W. about 2,800, measured weight average M.W. about 2,800.
Optical parameters of IRETBN-1700 in H2O: absorption peak λ = 835 nm, emission peak λem = 1098 nm, absorption coefficient K= 1.1 L/g. cm in 808 nm, quantum yield is 0.7% (with 808 nm excitation)
Optical parameters of IRETBN-600 in H2O: absorption peak λ = 830 nm, emission peak λem = 1098 nm, absorption coefficient K= 1.22 L/g. cm in 808 nm, quantum yield is 0.9% (with 808 nm excitation) 
Example 2: Synthesis of IREF-PEG600 and IREFN-PEG600.
Figure PCTCN2016081265-appb-000043
(1) Synthesis of 5- (9H-fluoren-2-yl) -2, 3-dihydrothieno [3, 4-b] [1, 4] dioxine (compound 6) :
2-bromo-9H-fluorene (compound 5) (5.0 g, 20.4 mmol) and tributyl (2, 3-dihydrothieno [3, 4-b] [1, 4] dioxin-5-yl) stannane (9.2 g, 21.4 mmol) were dissolved in 40 mL toluene under protective gas atmosphere, then Pd (PPh34 (200 mg) was added. After reflux for 6 h, the crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford compound 6 as a light yellow solid (5.8 g, 94 %) .
1H NMR (500 MHz, Chloroform-d) δ 7.94 (dd, J = 3.8, 1.7 Hz, 1H) , 7.82 –7.74 (m, 3H) , 7.56 (dd, J = 7.3, 2.0 Hz, 1H) , 7.40 (td, J = 7.5, 2.7 Hz, 1H) , 7.36 –7.29 (m, 1H) , 6.41 –6.26 (m, 1H) , 4.37 –4.31 (m, 2H) , 4.29 –4.23 (m, 2H) , 3.95 (s, 2H) . 13C NMR (126 MHz, Chloroform-d) δ 37.60, 65.10, 65.41, 98.00, 118.68, 120.45, 120.62, 123.15, 125.43, 125.64, 127.22, 127.41, 132.37, 138.60, 140.84, 142.11, 142.91, 144.05, 144.30.
HRMS (ESI) calcd for C19H15O2+, ( [M+H+] ) 307.0793, Found 307.0787.
(2) Synthesis of 5- (9, 9-bis (6-bromohexyl) -9H-fluoren-2-yl) -2, 3-dihydrothieno [3, 4-b] [1, 4] dioxine (compound 7) :
5-(9H-fluoren-2-yl) -2, 3-dihydrothieno [3, 4-b] [1, 4] dioxine (compound 6) (3.0 g, 9.8 mmol) and 1, 6-dibromohexane (9.7 g, 40 mmol) were dissolved in 50 mL THF at 0 ℃. Then potassium tert-butanolate (2.5 g, 2.1 mmol) in THF was added dropwise. After reacting for 6 h at RT, the crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford compound 7 as a light yellow oil (4.9 g, 81 %) .
1H NMR (500 MHz, Chloroform-d) δ 7.77 (dd, J = 8.0, 1.6 Hz, 1H) , 7.71 (ddd, J = 7.9, 4.6, 0.8 Hz, 2H) , 7.69 –7.64 (m, 1H) , 7.41 –7.29 (m, 3H) , 6.35 (s, 1H) , 4.42 –4.34 (m, 2H) , 4.34 –4.26 (m, 2H) , 3.30 (t, J = 6.8 Hz, 4H) , 2.02 (dt, J = 11.1, 5.7 Hz, 4H) , 1.74 –1.59 (m, 4H) , 1.29 –1.17 (m, 4H) , 1.16 –1.04 (m, 4H) , 0.78 –0.56 (m, 4H) . 13C NMR (126 MHz, Chloroform-d) δ23.54, 27.76, 29.06, 32.65, 34.07, 40.20, 55.01, 64.52, 64.88, 77.29, 97.35, 118.20, 119.70, 119.88, 120.23, 122.77, 124.98, 126.92, 127.02, 132.09, 138.06, 139.69, 140.86, 142.38, 150.55, 150.77.
HRMS (ESI) calcd for C31H37Br2O2S+, ( [M+H+] ) 630.0803, Found 631.0861.
(3) Synthesis of compound 8:
To a solution of compound 7 (2.0 g, 3.18 mmol) in 25 mL THF at -78 ℃ under Ar atmosphere, n-BuLi (1.6 M in hexane, 2.4 mL, 3.8 mmol) was added dropwise. After the mixture was stirred at this temperature for another 1.5 h, trinbutyltinchloride (1.3 g, 3.8 mmol) was added to the solution. Then the reaction was slowly warmed to room temperature and stirred for 8 h.  After that, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo without further purification.
To a solution of the crude product (1.4 g, 1.5 mmol) above and compounds of a (195 mg, 0.5 mmol) in 15 mL toluene under Ar atmosphere, Pd (PPh32Cl2 (100 mg) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 12 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford compound 8 as a dark green solid (435 mg, 60 %) .
1H NMR (500 MHz, Chloroform-d) δ 7.95 (dd, J = 7.8, 1.7 Hz, 2H) , 7.85 –7.73 (m, 6H) , 7.39 –7.32 (m, 6H) , 4.54 (dd, J = 6.0, 2.6 Hz, 4H) , 4.48 –4.32 (m, 4H) , 3.31 (t, J = 6.8 Hz, 8H) , 2.11 –2.01 (m, 8H) , 1.70 –1.66 (m, 8H) , 1.29 –1.21 (m, 8H) , 1.17 –1.10 (m, 8H) , 0.76 –0.64 (m, 8H) . 13C NMR (126 MHz, Chloroform-d) δ 13.71, 17.59, 23.59, 26.90, 27.81, 27.92, 29.07, 32.66, 34.12, 40.26, 55.13, 64.61, 64.79, 108.85, 113.14, 119.84, 119.95, 119.97, 120.68, 122.66, 122.80, 125.63, 127.01, 127.24, 131.79, 138.40, 140.36, 140.82, 142.00, 150.66, 150.83, 152.60.
HRMS (ESI) calcd for C68H71Br4N4O4S4 +, ( [M+H+] ) 1451.1092, Found 1451.1080.
(4) Synthesis of IREF-PEG600 and IREFN-PEG600:
Compound 8 (100 mg, 0.069 mmol) was dissolved in 10 mL DMF and sodium azide (47 mg, 0.72 mmol) was added. The mixture was heated for 3 h at 70 ℃. After cooling to RT, water was added to dissolve all the solids. Then it was extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford dark green solid 95 mg (quant) .
The dark green solid was dissolved in 5 mL THF and CuTc (10 mg) , HO-PEG-Alkyne-0.6k (weight average molecular weight = 0.60k, 170 mg) , and TBTA (10 mg) was added. The system was stirred at RT for 0.5 h. Then filtered with diatomite, and the solution was evaporated in vacuo. When all the organic solvent was removed, the solid was dissolved in 15 mL water and it was transferred to the dialyzer (MWCO = 3500) . The system was stirred at RT for 72 h with 10 times water exchange. The resulting water solution in the dialyzing membrane was lyophilized. IREF-PEG600 (250 mg) was afforded as a green oil. MALDI-TOF-MS expected M.W. about 3,700, measured M.W. 3,700. And IREFN-PEG600 was prepared as green oil with the same  method by changing the amount of HO-PEG-Alkyne-0.6k to 85 mg. MALDI-TOF-MS expected M.W. about 2,800, measured weight average M.W. about 2,800.
Optical parameters of IREFN-PEG600 in H2O: absorption peak λ = 793 nm, emission peak λem = 1047 nm, absorption coefficient K= 2.2 L/g. cm in 808 nm, quantum yield is 2.1% (with 808 nm excitation)
Example 3: Synthesis of IREFNS
Figure PCTCN2016081265-appb-000044
Compound 8 (100 mg, 0.069 mmol) was dissolved in 10 mL THF and dimethylamine (2.0 M in THF, 2 mL) , then stirred for 6 h at 50 ℃. After that the solvents were evaporated in vacuo. The dark green solid and 1, 2-oxathiolane 2, 2-dioxide 122 mg (1 mmol) was dissolved in 5 mL THF, then the solution was stirred overnight. After that the solution was filtered, washed with acetone and ethyl ether for several times. IREFNS (110 mg) was afforded as a green solid.
HRMS (ESI) calcd for C88H120N8O16S8, ( [M+H+] ) 1800.6588, Found 1800.6545.
Optical parameters of IREFNS in H2O: absorption peak λ = 795 nm, emission peak λem =1047 nm, absorption coefficient K= 6.2 L/g. cm in 808 nm, quantum yield is 0.46% (with 808 nm excitation)
Example 4: Synthesis of IRTTBN-PEG1000
Figure PCTCN2016081265-appb-000045
(1) Synthesis of 3- (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) thiophene (compound 9) :
A dry 250 mL two-neck round bottom flask with condenser and magnetic stir bar was charged with potassium tertbutylate (10.5 g, 94 mmol) and cuprous iodide (2.34 g, 12 mmol) . Next, 10 mL pyridine and 100 mL toluene mixture solution was added and stirred until dissolved, and 15 mL triethylene glycol monomethyl ether was added. The reaction mixture was then allowed to stir at room temperature for 30 min. 3-bromothiophene (5.8 mL, 62 mmol) was then added in one portion and the reaction mixture was heated to 110 ℃ for 24 h. After cooling to room temperature, the reaction mixture was centrifuged and concentrated under vacuum. 50 mL dichloromethane was added and washed with 5 M HCl (aq) . The aqueous layers were extracted with DCM, and the combined organic portions were dried with MgSO4 and concentrated under reduced pressure. The crude material was purified via column chromatography, eluting with 1: 1 ethyl ether in hexanes (v/v) . The desired product was isolated as a yellow tinted oil (10.35 g, 68%yield) .
1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.18 (dd, J = 5.3, 3.1 Hz, 1H) , 6.79 (dd, J = 5.3, 1.5 Hz, 1H) , 6.28 (dd, J = 3.1, 1.5 Hz, 1H) , 4.17 –4.10 (m, 2H) , 3.89 –3.83 (m, 2H) , 3.77 –3.72 (m, 2H) ,  3.72 –3.64 (m, 4H) , 3.57 (dd, J = 5.7, 3.6 Hz, 2H) , 3.40 (s, 3H) .
(2) Synthesis of 2-bromo-3- (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) thiophene (compound 10) :
Compound 9 (2.46 g, 10 mmol) was dissolved in 15 mL DMF, and NBS (1.78 g, 10 mmol) was added in portions at 0 ℃. After 18 h at RT, it was added just as much water as needed to dissolve all solids. Then it was extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was washed with Na2SO3 (aq) three times and dried with MgSO4 and evaporated in vacuo without further purification and afford compound 10 as a yellow tinted oil (3.0 g, 92%yield) .
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.18 (d, J = 6.0 Hz, 1H) , 6.77 (d, J = 5.9 Hz, 1H) , 4.28 –4.13 (m, 2H) , 3.86 –3.79 (m, 2H) , 3.76 –3.70 (m, 2H) , 3.70 –3.63 (m, 4H) , 3.55 (dd, J = 5.6, 3.6 Hz, 2H) , 3.38 (s, 3H) .
(3) Synthesis of triisopropyl (3- (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) thiophen-2-yl) silane (compound 11) :
To a solution of Compound 10 (3.25 g, 10 mmol) in 20 mL THF at -78 ℃ under protection gas atmosphere, n-BuLi (1.6 M in hexane, 6.25 mL, 20 mmol) was added dropwise. After the mixture was stirred at this temperature for another 2.0 h, triisopropylsilyl chloride (1.9 g, 12 mmol) was added to the solution. Then the reaction was slowly warmed to room temperature and stirred for 12 h. After that, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude material was purified via column chromatography, eluting with 2: 1 ethyl ether in hexanes (v/v) . The desired product was isolated as a yellow tinted oil (3.53 g, 88%yield) .
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.46 (d, J = 5.0 Hz, 1H) , 6.95 (d, J = 5.0 Hz, 1H) , 4.16 –4.10 (m, 2H) , 3.79 (t, J = 5.2 Hz, 2H) , 3.71 –3.66 (m, 6H) , 3.59 –3.55 (m, 2H) , 3.40 (s, 3H) , 1.49 –1.35 (m, 2H) , 1.10 (d, J = 7.5 Hz, 19H) . 13C NMR (126 MHz, CDCl3) δ 163.62, 129.85, 116.51, 108.99, 71.95, 70.72, 70.67, 70.06, 69.96, 59.07, 18.78, 12.03.
HRMS (ESI) calcd for C20H39O4SSi+, ( [M+H+] ) 402.2294, Found 403.2333.
(4) Synthesis of triisopropyl (3- (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) -5- (tributylstannyl) thiophen-2-yl) silane (compound 12) :
To a solution of compound 11 (402 mg, 1.0 mmol) in 5 mL THF at -78 ℃ under protection gas atmosphere, n-BuLi (1.6 M in hexane, 0.625 mL, 1.2 mmol) was added dropwise. After the mixture was stirred at this temperature for another 2.0 h, trinbutyltinchloride (390 mg, 1.2 mmol)  was added to the solution. Then the reaction was slowly warmed to room temperature and stirred for 8 h. After that, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo without further purification.
(5) Synthesis of (5'- (2, 6-bis ( (6-bromohexyl) oxy) phenyl) -4- (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) - [2, 2'-bithiophen] -5-yl) triisopropylsilane (compound 13) :
To a solution of compound 2- (2, 6-bis ( (6-bromohexyl) oxy) phenyl) -5-bromothiophene (1.19 g, 2.0 mmol) , compound 12 (1.66 g, 2.4 mmol) in 10 mL toluene under protection gas atmosphere. Pd (PPh34 (142 mg, 0.122 mol) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 18 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel with PE/EA 2: 1 to afford compound 13 as a light yellow oil (1.18 g, 54 %) .
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.44 (d, J = 3.9 Hz, 1H) , 7.19 (dd, J = 6.1, 4.5 Hz, 2H) , 7.05 (s, 1H) , 6.64 (d, J = 8.4 Hz, 2H) , 4.04 (t, J = 6.3 Hz, 4H) , 3.82 (t, J = 5.1 Hz, 2H) , 3.76 –3.63 (m, 8H) , 3.58 (dd, J = 5.7, 3.6 Hz, 2H) , 3.46 –3.34 (m, 7H) , 1.92 –1.80 (m, 8H) , 1.68 (s, 3H) , 1.55 –1.47 (m, 8H) , 1.14 (d, J = 7.4 Hz, 18H) . 13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 163.19, 157.12, 141.65, 136.97, 133.40, 129.67, 128.50, 122.15, 112.88, 112.48, 108.23, 105.46, 71.97, 70.75, 70.73, 70.62, 70.04, 68.94, 59.04, 33.80, 32.54, 29.03, 27.84, 25.42, 18.83, 12.11.
HRMS (ESI) calcd for C42H67O6Br81BrS2Si, ( [M+H+] ) 919.24891, Found 919.24902.
(6) Synthesis of 5'- (2, 6-bis ( (6-bromohexyl) oxy) phenyl) -4- (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) -2, 2'-bithiophene (compound 14) :
To a solution of compound 13 (918 mg, 1 mmol) in 4 mL THF at -78 ℃ under protection gas atmosphere, tetrabutylammonium fluoride (1.0 M in THF, 4 mL, 4 mmol) was added. After the mixture was stirred at this temperature for another 1.0 h, the reaction was slowly warmed to room temperature and stirred for 4 h. After that, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude material was purified via flash column chromatography, eluting with hexanes to ethyl acetate. The desired product was isolated as a yellow tinted oil (722 mg, 95 %) .
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.43 (d, J = 3.9 Hz, 1H) , 7.30 (d, J = 3.9 Hz, 1H) , 7.19 (t, J =8.3 Hz, 1H) , 7.05 (d, J = 5.5 Hz, 1H) , 6.91 (d, J = 5.5 Hz, 1H) , 6.63 (d, J = 8.4 Hz, 2H) , 4.02 (t, J  = 6.3 Hz, 4H) , 3.93 –3.84 (m, 2H) , 3.75 (dd, J = 5.8, 3.5 Hz, 2H) , 3.71 –3.60 (m, 4H) , 3.54 (dd, J = 5.7, 3.6 Hz, 2H) , 3.44 –3.34 (m, 7H) , 1.90 –1.78 (m, 8H) , 1.56 –1.44 (m, 8H) . 13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 157.15, 151.93, 134.56, 132.35, 129.03, 128.23, 122.23, 121.03, 117.11, 113.30, 105.56, 71.93, 71.17, 70.91, 70.68, 70.57, 70.06, 68.94, 59.01, 33.88, 32.70, 29.04, 27.86, 25.41.
HRMS (ESI) calcd for C33H47O6Br81BrS2, ( [M+H+] ) 763.1155, Found 763.1154.
(7) Synthesis of 4, 8- (di-2, 6-bis ( (6-bromohexyl) oxy) phenyl) -4- (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) -2, 2'-bithiophene) -1H, 5H-benzo [1, 2-c: 4, 5-c'] bis ( [1, 2, 5] thiadiazole) (compound 15) :
To a solution of compound 14 (1.52 g, 2 mmol) in 15 mL THF at -78 ℃ under protection gas atmosphere, n-BuLi (1.6 M in hexane, 1.5 mL, 2.4 mmol) was added dropwise. After the mixture was stirred at this temperature for another 2.0 h, trinbutyltinchloride (0.812 mg, 2.5 mmol) was added to the solution. Then the reaction was slowly warmed to room temperature and stirred for 8 h. After that, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo without further purification.
To a solution of the crude product above (2 mmol) and 4, 8-dibromo-1H, 5H-benzo [1, 2-c: 4, 5-c'] bis ( [1, 2, 5] thiadiazole) (compound a, 234 mg, 0.67 mmol) in 15 mL toluene under protection gas atmosphere, Pd (PPh32Cl2 (150 mg) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 12 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel with PE/EA 3: 1 to afford compound 15 as a dark green solid (505 mg, 43 %) .
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.56 (dd, J = 8.6, 4.4 Hz, 2H) , 7.33 (dd, J = 3.7, 1.4 Hz, 2H) , 7.23 (dd, J = 15.5, 4.8 Hz, 4H) , 6.70 –6.59 (m, 4H) , 4.41 (d, J = 4.2 Hz, 4H) , 4.07 (t, J = 6.2 Hz, 8H) , 3.72 (t, J = 5.0 Hz, 4H) , 3.63 –3.47 (m, 16H) , 3.42 (t, J = 6.7 Hz, 8H) , 3.36 (s, 6H) , 1.97 –1.83 (m, 16H) , 1.60 –1.45 (m, 16H) .
13C NMR (125 MHz, CDCl3 ) δ 159.25, 152.93, 150.90, 149.60, 140.11, 138.00, 135.70, 129.38, 124.74, 123.08, 122.44, 120.18, 118.16, 109.81, 102.14, 73.68, 70.37 (d, J = 1.6 Hz) , 69.96, 69.54, 69.25, 57.85, 33.30, 31.58, 30.68, 28.80, 26.58.
HRMS (ESI) calcd for C72H91Br4N4O12S6 +, ( [M+H+] ) 1716.1639, Found 1716.1618.
(8) Synthesis of IRTTBN-PEG1000:
Compound 15 (100 mg, 0.058 mmol) and sodium azide (47 mg, 0.72 mmol) were dissolved in 10 mL DMF and heated for 3 h at 70 ℃. A large amount of water was added to dissolve all the solids. Then it was extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to flash column chromatography on silica gel to afford dark green solid 97 mg.
The dark green solid was dissolved in 5 mL THF and CuTc (10 mg) , w-alkynyl-PEG-hydroxyl (Mw = 1000, 116 mg) , and TBTA (5 mg) were added. The system was stirred at RT for 1.0 h. Then the reaction mixture was filtered with diatomite, and the solvent was evaporated in vacuo. When all the organic solvent was removed, the crude product was purified by thin layer chromatography eluting with DCM/MeOH 10: 1. IRTTBN-PEG1000 (142 mg) was afforded as a green oil.
Optical parameters of IRTTBN-PEG1000 in H2O: absorption peak λ = 830 nm, emission peak λem = 1098 nm, absorption coefficient K= 1.22 L/g. cm in 808 nm, quantum yield is 0.93%(with 808 nm excitation)
Example 5: Synthesis of IRTBBN-PEG1000
Figure PCTCN2016081265-appb-000046
(1) Synthesis of (5- (2', 6'-bis ( (6-bromohexyl) oxy) - [1, 1'-biphenyl] -4-yl) -3- (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) thiophen-2-yl) triisopropylsilane (compound 16) :
To a solution of compound 4'-bromo-2, 6-bis ( (6-bromohexyl) oxy) -1, 1'-biphenyl (1.18 g, 2.0 mmol) , compound 12 (1.66 g, 2.4 mmol) in 10 mL toluene under protection gas atmosphere, Pd (PPh34 (142 mg, 0.122 mol) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 18 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel with PE/EA 2: 1 to afford compound 16 as a light yellow oil (1.04 g, 57 %) .
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.62 (d, J = 8.2 Hz, 2H) , 7.37 (d, J = 8.2 Hz, 2H) , 7.27 –7.20 (m, 2H) , 6.64 (d, J = 8.4 Hz, 2H) , 4.22 (t, J = 5.1 Hz, 2H) , 3.91 (t, J = 6.2 Hz, 4H) , 3.76 –3.65 (m, 8H) , 3.59 –3.55 (m, 4H) , 3.40 (s, 3H) , 3.33 (t, J = 6.8 Hz, 4H) , 1.86 –1.73 (m, 4H) , 1.68 –1.60 (m, 4H) , 1.49 –1.41 (m, 3H) , 1.41 –1.30 (m, 8H) , 1.14 (d, J = 7.1 Hz, 18H) . 13C NMR (126 MHz, CDCl3) δ 163.63, 157.17, 148.10, 133.74, 132.47, 131.61, 128.65, 123.99, 119.99, 112.47, 108.72, 105.72, 71.97, 70.64, 70.06, 68.52, 59.07, 33.83, 32.69, 28.94, 27.68, 25.19, 18.86, 17.99, 12.12.
HRMS (ESI) calcd for C44H69O6Br81BrSSi, ( [M+H+] ) 913.29249, Found 913.29279.
(2) Synthesis of 2- (2', 6'-bis ( (6-bromohexyl) oxy) - [1, 1'-biphenyl] -4-yl) -4- (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) thiophene (compound 17) :
To a solution of compound 16 (912 mg, 1 mmol) in 4 mL THF at -78 ℃ under protection gas atmosphere, tetrabutylammonium fluoride (1.0 M in THF, 4 mL, 4 mmol) was added. After the mixture was stirred at this temperature for another 1.0 h, the reaction was slowly warmed to room temperature and stirred for 3 h. After that, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude material was purified via flash column chromatography, eluting with hexanes to ethyl acetate. The desired product was isolated as a yellow tinted oil (695 mg, 92 %) .
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.70 –7.51 (m, 2H) , 7.42 –7.32 (m, 2H) , 7.27 –7.22 (m, 1H) , 7.09 (d, J = 1.6 Hz, 1H) , 6.65 (d, J = 8.4 Hz, 2H) , 6.24 (d, J = 1.6 Hz, 1H) , 4.21 –4.16 (m, 2H) , 3.95 –3.90 (m, 4H) , 3.80 –3.76 (m, 2H) , 3.75 –3.68 (m, 4H) , 3.61 –3.56 (m, 2H) , 3.41 (s, 3H) , 3.35 (t, J = 6.8 Hz, 4H) , 1.83 –1.76 (m, 4H) , 1.69 –1.61 (m, 4H) , 1.41 –1.30 (m, 8H) . 13C NMR (126 MHz, CDCl3) δ 157.32, 157.15, 143.05, 133.94, 132.29, 131.02, 128.70, 124.09, 119.85, 115.32, 105.66, 96.84, 71.96, 70.84, 70.84, 70.66, 69.72, 69.16, 68.51, 59.09, 33.89, 32.66, 28.90,  27.67, 25.17, 18.86, 12.12.
HRMS (ESI) calcd for C35H49O6Br81BrS, ( [M+H+] ) 757.15906, Found 757.15814
(3) Synthesis of 4, 8- (di-2- (2', 6'-bis ( (6-bromohexyl) oxy) - [1, 1'-biphenyl] -4-yl) -4- (2- (2- (2-methoxy ethoxy) ethoxy) ethoxy) thiophene) -1H, 5H-benzo [1, 2-c: 4, 5-c'] bis ( [1, 2, 5] thiadiazole) (compound 18) :
To a solution of compound 17 (1.51 g, 2 mmol) in 15 mL THF at -78 ℃ under protection gas atmosphere, n-BuLi (1.6 M in hexane, 1.5 mL, 2.4 mmol) was added dropwise. After the mixture was stirred at this temperature for another 2.0 h, trinbutyltinchloride (0.812 mg, 2.5 mmol) was added to the solution. Then the reaction was slowly warmed to room temperature and stirred for 8 h. After that, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo without further purification.
To a solution of the crude product above (2 mmol) and 4, 8-dibromo-1H, 5H-benzo [1, 2-c: 4, 5-c'] bis ( [1, 2, 5] thiadiazole) (compound a, 234 mg, 0.67 mmol) in 15 mL toluene under protection gas atmosphere, Pd (PPh32Cl2 (150 mg) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 12 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel with PE/EA 3: 1 to afford compound 18 as a dark green solid (433 mg, 38 %) .
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.74 (d, J = 7.7 Hz, 4H) , 7.53 –7.39 (m, 6H) , 7.32 –7.17 (m, 2H) , 6.67 (d, J = 8.3 Hz, 4H) , 4.51 –4.42 (m, 4H) , 3.95 (t, J = 5.7 Hz, 8H) , 3.74 (t, J = 4.8 Hz, 4H) , 3.67 –3.47 (m, 16H) , 3.45 –3.27 (m, 16H) , 1.78 –1.63 (m, 16H) , 1.48 –1.33 (m, 16H) .
13C NMR (125 MHz, CDCl3) δ 159.98, 152.93, 152.27, 150.90, 144.66, 134.00, 133.34, 132.53, 130.26, 127.74, 125.41, 124.74, 119.65, 105.93, 103.87, 73.68, 70.37 (d, J = 1.6 Hz) , 69.96, 69.54, 69.25, 57.85, 33.30, 31.58, 30.68, 28.80, 26.58. HRMS (ESI) calcd for C76H95Br4N4O12S4 ( [M+H+] ) 1704.4600, Found 1704.4611.
(4) Synthesis of IRTBBN-PEG1000:
Compound 18 (100 mg, 0.058 mmol) was dissolved in 10 mL DMF and heated for 3 h at 70 ℃. A large amount of water was added to dissolve all solids. Then it was extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The  crude product was subjected to flash column chromatography on silica gel to afford dark green solid 97 mg.
The dark green solid was dissolved in 5 mL THF and CuTc 10 mg, w-alkynyl-PEG-hydroxyl (Mw =1000, 117 mg) , and TBTA (5 mg) was added. The system was stirred at RT for 1.0 h. The reaction mixture was filtered with diatomite, and the solution was evaporated in vacuo. When all the organic solvent was removed, the crude product was purified by thin layer chromatography eluting with DCM/MeOH 10: 1. IRTBBN-PEG1000 (160 mg) was afforded as a green oil.
Optical parameters of IRTBBN-PEG1000 in H2O: absorption peak λ= 730 nm, emission peak λem = 1047 nm, absorption coefficient K= 1.19 L/g. cm in 808 nm.
Example 6: Synthesis of IRTFN-PEG600
Figure PCTCN2016081265-appb-000047
(1) Synthesis of (5- (9, 9-bis (6-bromohexyl) -9H-fluoren-2-yl) -3- (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) thiophen-2-yl) triisopropylsilane (compound 19) :
To a solution of compound 2-bromo-9, 9-bis (6-bromohexyl) -9H-fluorene (1.14 g, 2.0 mmol) , compound 12 (1.66 g, 2.4 mmol) in 10 mL toluene under protection gas atmosphere, Pd (PPh34 (142 mg, 0.122 mol) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 24 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column  chromatography on silica gel with PE/EA 2: 1 to afford compound 19 as a light yellow oil (856 mg, 48 %) .
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.70 (dd, J = 10.3, 7.4 Hz, 2H) , 7.62 (dd, J = 7.9, 1.6 Hz, 1H) , 7.54 (d, J = 1.3 Hz, 1H) , 7.35 (tt, J = 6.6, 3.6 Hz, 3H) , 7.27 (s, 1H) , 4.25 (t, J = 5.3 Hz, 2H) , 3.85 (t, J = 5.2 Hz, 2H) , 3.77 –3.65 (m, 6H) , 3.59 (dd, J = 5.6, 3.7 Hz, 2H) , 3.41 (s, 3H) , 3.29 (t, J =6.8 Hz, 4H) , 2.06 –2.00 (m, 4H) , 1.71 –1.63 (m, 4H) , 1.47 (dt, J = 14.8, 7.5 Hz, 3H) , 1.25 –1.05 (m, 26H) , 0.61 –0.68 (m, 4H) . 13C NMR (126 MHz, CDCl3) δ 163.66, 151.09, 150.48, 148.34, 140.79, 140.70, 133.38, 127.23, 126.99, 124.29, 122.77, 119.11, 112.59, 109.05, 71.97, 70.77, 70.64, 70.07, 70.01, 59.09, 55.10, 40.30, 34.02, 32.65, 29.04, 27.78, 23.50, 18.87, 12.14.
HRMS (ESI) calcd for C45H69Br2O4SSi, ( [M+H+] ) 893.2987, Found 893.3026.
(2) Synthesis of 2- (9, 9-bis (6-bromohexyl) -9H-fluoren-2-yl) -4- (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) thiophene (compound 20) :
To a solution of compound 19 (893 mg, 1 mmol) in 4 mL THF at -78 ℃ under protection gas atmosphere, tetrabutylammonium fluoride (1.0 M in THF, 4 mL, 4 mmol) was added. After the mixture was stirred at this temperature for another 1.0 h, the reaction was slowly warmed to room temperature and stirred for 3 h. After that, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude material was purified via flash column chromatography, eluting with hexanes to ethyl acetate. The desired product was isolated as a yellow tinted oil (691 mg, 94 %) .
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.70 (t, J = 7.4 Hz, 2H) , 7.56 (d, J = 8.0 Hz, 1H) , 7.51 (s, 1H) , 7.35 (d, J = 7.1 Hz, 3H) , 7.11 (s, 1H) , 6.26 (d, J = 1.3 Hz, 1H) , 4.24 –4.17 (m, 2H) , 3.93 –3.86 (m, 2H) , 3.78 (dd, J = 5.8, 3.5 Hz, 2H) , 3.71 (ddd, J = 9.3, 5.0, 2.9 Hz, 4H) , 3.59 (dd, J = 5.6, 3.7 Hz, 2H) , 3.41 (s, 3H) , 3.29 (t, J = 6.8 Hz, 4H) , 2.00 (t, J = 8.2 Hz, 4H) , 1.73 –1.61 (m, 4H) , 1.23 –1.05 (m, 8H) , 0.76 –0.57 (m, 4H) . 13C NMR (126 MHz, CDCl3) δ 157.54, 151.08, 150.54, 143.31, 140.96, 140.58, 133.17, 127.29, 127.00, 124.41, 122.79, 120.10, 119.83 , 119.51, 115.53, 96.88, 71.96, 70.84, 70.70, 70.61, 69.71, 69.42, 59.09, 55.03, 40.23, 33.99, 32.64, 29.05, 27.76, 23.53.
HRMS (ESI) calcd for C36H48Br2O4S, ( [M+H+] ) 737.1653, Found 737.1692.
(3) Synthesis of 4, 8- (di-5- (9, 9-bis (6-bromohexyl) -9H-fluoren-2-yl) -3- (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) thiophene) -1H, 5H-benzo [1, 2-c: 4, 5-c'] bis ( [1, 2, 5] thiadiazole) (compound 21) :
To a solution of compound 20 (1.47 g, 2 mmol) in 15 mL THF at -78 ℃ under protection gas atmosphere, n-BuLi (1.6 M in hexane, 1.5 mL, 2.4 mmol) was added dropwise. After the mixture was stirred at this temperature for another 2.0 h, trinbutyltinchloride (0.812 mg, 2.5 mmol) was added to the solution. Then the reaction was slowly warmed to room temperature and stirred for 8 h. After that, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo without further purification.
To a solution of the crude product above (2 mmol) and 4, 8-dibromo-1H, 5H-benzo [1, 2-c: 4, 5-c'] bis ( [1, 2, 5] thiadiazole) (compound a, 234 mg, 0.67 mmol) in 15 mL toluene under protection gas atmosphere then Pd (PPh32Cl2 150 mg was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 12 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured in to water and extracted twice with ethyl acetate, dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel with DCM/EA 5: 1 to afford compound 21 as a dark green solid (565 mg, 52 %) .
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 7.75 (m, 6H) , 7.67 (s, 2H) , 7.49 (s, 2H) , 7.38 (m, 6H) , 4.49 (t, J = 5.1 Hz, 4H) , 3.76 (t, J = 5.1 Hz, 4H) , 3.66 –3.56 (m, 12H) , 3.54 (dd, J = 5.8, 3.5 Hz, 4H) , 3.38 (s, 6H) , 3.31 (t, J = 6.8 Hz, 8H) , 2.07 (t, J = 8.1 Hz, 8H) , 1.69 (dd, J = 14.6, 7.0 Hz, 8H) , 1.28 –1.20 (m, 8H) , 1.16 –1.09 (m, 8H) , 0.75 –0.63 (m, 8H) . 13C NMR (126 MHz, CDCl3) δ156.62, 152.79, 151.23, 150.60, 146.70, 141.55, 140.56, 133.06, 127.49, 127.08, 124.60, 122.82, 120.24, 119.94, 119.66, 113.98, 113.77, 71.91, 71.15, 70.72, 70.60, 70.55, 70.06, 59.05, 55.18, 40.33, 34.03, 32.65, 29.06, 27.81, 23.56.
HRMS (ESI) calcd for C78H94O8N4Br4NaS4 +, ( [M+Na+] ) 1681.2537, Found 1681.2580.
(4) Synthesis of IRTFN-PEG600:
Compound 21 (100 mg, 0.06 mmol) and sodium azide (47 mg, 0.72 mmol) was dissolved in 10 mL DMF and heated for 3 h at 70 ℃. Then a large amount of water was added to dissolve all solids. Then it was extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to flash column chromatography on silica gel to afford a dark green solid (96 mg) . The dark green solid was dissolved in 5 mL THF and CuTc 10 mg, w-alkynyl-PEG-hydroxyl (Mw = 600, 72 mg) , and TBTA (5 mg) was added. The system was stirred at RT for 0.5 h. Then the reaction mixture was  filtered with diatomite, and the solution was evaporated in vacuo. When all the organic solvent was removed, the crude product was purified by thin layer chromatography, eluting with DCM/MeOH 10: 1. IRTFN-PEG600 (130 mg) was afforded as a green oil.
Optical parameters of IRTFN-PEG600 in H2O: absorption peak λ = 750 nm, emission peak λem = 1047 nm, absorption coefficient K= 2.85 L/g. cm at 808 nm, quantum yield is 2.49% (with 808 nm excitation)
Example 7: Synthesis of IRDTNS
Figure PCTCN2016081265-appb-000048
(1) Synthesis of 4, 4-bis (6-bromohexyl) -4H-cyclopenta [2, 1-b: 3, 4-b'] dithiophene (compound 23)
4H-cyclopenta [2, 1-b: 3, 4-b'] dithiophene (2.0 g, 11.23 mmol) and 1, 6-Dibromhexane (13.27 g, 55 mmol) were dissolved in 30 mL DMSO at 10 ℃. Then KOH (1.8 g, 33 mmol) was added in several portions. After stirring for 24 h, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and the crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford compound 23 as a light yellow oil (4.8 g, 86 %) .
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.53 (d, 2H) , δ 6.90 (d, 2H) , 3.52 –3.41 (t, 4H) , 1.80 –1.68 (m, 4H) , 1.43 (d, J = 4.0 Hz, 4H) , 1.33 –1.23 (m, 4H) , 1.15 (m, 4H) , 0.89 –0.85 (m, 4H) .
(2) Synthesis of compound (24) .
To a solution of compound 23 (2.0 g, 4.0 mmol) in 25 mL THF at -78 ℃ under Ar atmosphere, n-BuLi (1.6 M in hexane, 2.5 mL, 4.0 mmol) was added dropwise. After the mixture was stirred at this temperature for another 1.5 h, trinbutyltinchloride (1.5 g, 4.4 mmol) was added to the solution. Then the reaction was slowly warmed to room temperature and stirred for 8 h. After that the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined  organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo without further purification.
To a solution of the above crude product (320 mg, 0.4 mmol) and compounds of a (50 mg, 0.13 mmol) in 5 mL toluene under Ar atmosphere, Pd (PPh34 (10 mg) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 12 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel and yielded compound 24 as a dark brown solid (88 mg, 58 %) .
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.35 (d, J = 4.8 Hz, 2H) , 7.04 (d, J = 4.8 Hz, 2H) , 3.33 (t, J =6.8 Hz, 9H) , 2.05 (td, J = 10.4, 5.0 Hz, 9H) , 1.83 –1.69 (m, 10H) , 1.40 (d, J = 7.4 Hz, 7H) , 1.17 –1.04 (m, 8H) , 0.95 (t, J = 7.3 Hz, 10H) .
(3) Synthesis of compound IRDTNS
Compound 24 (50 mg, 0.042 mmol) was dissolved in 10 mL THF and dimethylamine (2.0 M in THF, 5 mL) , then stirred for 6 h at 50 ℃. After that, the solution was evaporated in vacuo. The dark brown solid and 1, 2-oxathiolane 2, 2-dioxide 122 mg (1 mmol) were dissolved in 5 mL THF, then the solution was stirred overnight. The solution was filtered, washed with acetone and ethyl ether for several times. IRDTNS (40 mg) was afforded as a dark brown solid.
HRMS (ESI) calcd for C68H103N8O12S10, ( [M+H+] ) 1543.4903, Found 1543.4908.
Optical parameters of IRDTNS in H2O: absorption peak λ = 930 nm, emission peak λem =1127 nm, absorption coefficient K= 10.2 L/g. cm at 980 nm.
Example 8: synthesis of IRDT-PEG1000 and IRDTN-PEG1000
Figure PCTCN2016081265-appb-000049
Compound 24 (50 mg, 0.042 mmol) was dissolved in 10 mL DMF and sodium azide (47 mg, 0.72 mmol) and heated for 3 h at 70 ℃. Then a large amount of water was added to dissolve all the solids. The mixture was extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column  chromatography on silica gel to afford a dark brown solid 95 mg (quant) .
The dark brown solid was dissolved in 5 mL THF and CuTc (10 mg) , w-alkynyl-PEG-hydroxyl (Mw = 1000, 170 mg) , and TBTA (10 mg) was added. The system was stirred at RT for 0.5 h. Then the reaction was filtered with diatomite, and the solution was evaporated in vacuo. When all the organic solvent was removed, the solid was dissolved in 15 mL water and it was transferred to the dialyzer (MWCO = 3500) . The system was stirred at RT for 72 h with 10 times water exchange. The resulting water solution in the dialyzing membrane was lyophilized. IRDT-PEG1000 (250 mg) was afforded as a green oil. MALDI-TOF-MS expected M.W. about 5,208, measured M.W. 5,210. And IRDTN-PEG1000 was afforded as green oil with the same method but changing the amount of w-alkynyl-PEG-hydroxyl to 85 mg. MALDI-TOF-MS expected M.W. about 3,198, measured weight average M.W. about 3,200.
Optical parameters of IRDTN-PEG1000 in H2O: absorption peak λ = 930 nm, emission peak λem = 1127 nm, absorption coefficient K= 1.4 L/g. cm at 808 nm.
Example 9: synthesis of IRTSBN-PEG1000
Figure PCTCN2016081265-appb-000050
(1) Synthesis of (5- (5- (2, 6-bis ( (6-bromohexyl) oxy) phenyl) selenophen-2-yl) -3- (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) et hoxy) thiophen-2-yl) triisopropylsilane (compound 26) :
To a solution of compound 2- (2, 6-bis ( (6-bromohexyl) oxy) phenyl) -5-bromoselenophene  (1.28 g, 2.0 mmol) and compound 12 (1.66 g, 2.4 mmol) in 10 mL toluene under protection gas atmosphere, Pd (PPh34 (142 mg, 0.122 mol) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 18 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, and the organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford compound 26 as a light yellow oil (1.18 g, 54 %) .
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.44 (d, J = 3.9 Hz, 1H) , 7.19 (dd, J = 6.1, 4.5 Hz, 2H) , 7.05 (s, 1H) , 6.64 (d, J = 8.4 Hz, 2H) , 4.04 (t, J = 6.3 Hz, 4H) , 3.82 (t, J = 5.1 Hz, 2H) , 3.76 –3.63 (m, 8H) , 3.58 (dd, J = 5.7, 3.6 Hz, 2H) , 3.46 –3.34 (m, 7H) , 1.92 –1.80 (m, 8H) , 1.68 (s, 3H) , 1.55 –1.47 (m, 8H) , 1.14 (d, J = 7.4 Hz, 18H) .
(2) Synthesis of 2- (5- (2, 6-bis ( (6-bromohexyl) oxy) phenyl) selenophen-2-yl) -4- (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) eth oxy) thiophene (compound 27) :
To a solution of compound 26 (1.0 g, 1 mmol) in 4 mL THF at -78 ℃ under protection gas atmosphere, tetrabutylammonium fluoride (1.0 M in THF, 8 mL, 8 mmol) was added. After the mixture was stirred at this temperature for another 1.0 h, the reaction was slowly warmed to room temperature and stirred for 4 h. After that the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude material was purified via flash column chromatography, eluting with hexanes to ethyl acetate. The desired product was isolated as a yellow tinted oil (722 mg, 95 %) .
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.43 (d, J = 3.9 Hz, 1H) , 7.30 (d, J = 3.9 Hz, 1H) , 7.19 (t, J =8.3 Hz, 1H) , 7.05 (d, J = 5.5 Hz, 1H) , 6.91 (d, J = 5.5 Hz, 1H) , 6.63 (d, J = 8.4 Hz, 2H) , 4.02 (t, J = 6.3 Hz, 4H) , 3.93 –3.84 (m, 2H) , 3.75 (dd, J = 5.8, 3.5 Hz, 2H) , 3.71 –3.60 (m, 4H) , 3.54 (dd, J = 5.7, 3.6 Hz, 2H) , 3.44 –3.34 (m, 7H) , 1.90 –1.78 (m, 8H) , 1.56 –1.44 (m, 8H) .
(3) Synthesis of compound 28:
To a solution of compound 27 (400 mg, 0.5 mmol) in 15 mL THF at -78 ℃ under protection gas atmosphere, n-BuLi (1.6 M in hexane, 1 mL, 1.6 mmol) was added dropwise. After the mixture was stirred at this temperature for another 1.0 h, trinbutyltinchloride (0.812 mg, 2.5 mmol) was added to the solution. Then the reaction was slowly warmed to room temperature and stirred for 8 h. After that, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo without  further purification.
To a solution of the above crude product (0.25 mmol) and 4, 8-dibromo-1H, 5H-benzo [1, 2-c: 4, 5-c'] bis ( [1, 2, 5] thiadiazole) (compound a, 32 mg, 0.08 mmol) in 5 mL toluene under protection gas atmosphere, Pd (PPh32Cl2 (15 mg) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 12 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate. The organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford compound 28 as a dark green solid (86 mg, 61 %) .
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.56 (dd, J = 8.6, 4.4 Hz, 2H) , 7.33 (dd, J = 3.7, 1.4 Hz, 2H) , 7.23 (dd, J = 15.5, 4.8 Hz, 4H) , 6.70 –6.59 (m, 4H) , 4.41 (d, J = 4.2 Hz, 4H) , 4.07 (t, J = 6.2 Hz, 8H) , 3.72 (t, J = 5.0 Hz, 4H) , 3.63 –3.47 (m, 16H) , 3.42 (t, J = 6.7 Hz, 8H) , 3.36 (s, 6H) , 1.97 –1.83 (m, 16H) , 1.60 –1.45 (m, 16H) .
(4) Synthesis of IRTTBN-PEG1000:
Compound 28 (100 mg, 0.058 mmol) was dissolved in 10 mL DMF and sodium azide (47 mg, 0.72 mmol) and heated for 3 h at 70 ℃. A large amount of water was added to dissolve all the solids. Then it was extracted twice with ethyl acetate, and the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to flash column chromatography on silica gel to afford a dark green solid 97 mg. The dark green solid was dissolved in 5 mL THF and CuTc 10 mg, w-alkynyl-PEG-hydroxyl (Mw = 1000, 52 mg) , and TBTA (5 mg) were added. The system was stirred at RT for 1.0 h. Then the reaction was filtered with diatomite, and the solution was evaporated in vacuo. When all the organic solvent was removed, the solid was dissolved in 15 mL water and it was transferred to the dialyzer (MWCO =3500) . The system was stirred at RT for 72 h with 10 times water exchange. The resulting water solution in the dialyzing membrane was lyophilized. IRTSBN-PEG1000 (140 mg) was afforded as a green oil.
Optical parameters of IRTSBN-PEG1000 in H2O: absorption peak λ = 800 nm, absorption coefficient K= 0.85 L/g. cm at 808 nm.
Example 10: synthesis of IRESBN-PEG1000
Figure PCTCN2016081265-appb-000051
(1) Synthesis of 5- (5- (2, 6-bis ( (6-bromohexyl) oxy) phenyl) selenophen-2-yl) -2, 3-dihydrothieno [3, 4-b] [1, 4] dioxine (compound 29) :
To a solution of tributyl (2, 3-dihydrothieno [3, 4-b] [1, 4] dioxin-5-yl) stannane (860 mg, 2.0 mmol) and compound 25 (720 mg, 1.1 mmol) in 10 mL toluene under Ar atmosphere, Pd (PPh34 (71 mg, 0.061 mol) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 24 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, and the organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford compound 29 as a light yellow oil (468 mg, 60 %) .
1H NMR (400 MHz, CDCl3) : δ 7.45 (d, J = 3.9 Hz, 1H) , 7.24 (d, J = 3.9 Hz, 1H) , 7.17 (t, J = 8.3 Hz, 1H) , 6.61 (d, J = 8.4 Hz, 2H) , 6.21 (s, 1H) , 4.37 –4.32 (m, 2H) , 4.28 –4.23 (m, 2H) , 4.01 (t, J = 6.2 Hz, 4H) , 3.38 (t, J = 6.9 Hz, 4H) , 1.84 (m, 7.2 Hz, 8H) , 1.52 –1.43 (m, 8H) ;
(2) Synthesis of (7- (5- (2, 6-bis ( (6-bromohexyl) oxy) phenyl) selenophen-2-yl) -2, 3-dihydrothieno [3, 4-b] [1, 4] dioxin-5-yl) tributylstannane (compound 30) :
To a solution of compound 29 (350 mg, 0.53 mmol) in 5 mL THF at -78 ℃ under Ar atmosphere, n-BuLi (1.6 M in hexane, 1 mL, 1.6 mmol) was added dropwise. After the mixture was stirred at this temperature for another 1.5 h, trinbutyltinchloride (330 mg, 1 mmol) was added to the solution. Then the reaction mixture was slowly warmed to room temperature and stirred for 8 h. After that, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo without further purification.
(3) Synthesis of compound 31:
To a solution of compound a (72 mg, 0.2 mmol) and compound 30 (500 mg, 0.47 mmol) in 5 mL toluene under Ar atmosphere, Pd (PPh32Cl2 (35 mg, 0.03 mol) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 48 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate. The combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford compound 31 as a dark green solid (93 mg, 31 %) .
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.55 (d, J = 4.0 Hz, 2H) , 7.42 (d, J = 4.0 Hz, 2H) , 7.19 (t, J =8.3 Hz, 2H) , 6.63 (d, J = 8.4 Hz, 4H) , 4.51 (m, 4H) , 4.37 (m, 4H) , 4.04 (t, J = 6.3 Hz, 8H) , 3.40 (t, J = 6.8 Hz, 8H) , 1.87 (m, 16H) , 1.55 –1.43 (m, 16H) ;
(4) Synthesis of IRESBN-1700. Compound 31 (50 mg, 0.036 mmol) was dissolved in 5 mL DMF. Then sodium azide (47 mg, 0.72 mmol) was added and the reaction solution was stirred at 60 ℃ for 20 h. After that, a large portion of water was added, and the product was extracted twice with ethyl acetate. The combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford azide product as dark green solid 43 mg (quant) .
The azide product (20 mg) was dissolved in 5 mL THF and cuprous iodide (100 mg) , α-alkynyl-ω-hydroxyl-poly (ethylene glycol) (Mw = 1.68k, 120 mg) , and triethylamine 200μL were added. The system was stirred at RT for 48 h. Then the reaction mixture was filtered with Al2O3, and the solution was evaporated in vacuo. When all the organic solvent was removed, the solid was dissolved in 15 mL water and it was transferred to the dialyzer (MWCO = 3500) . The system was stirred at RT for 72 h with 10 times water exchange. The resulting water solution in the dialyzing membrane was lyophilized, IRETBN-1700 (100 mg) was afforded as yellow powder.
Example 11: Synthesis of IREDTN-PEG1700
Figure PCTCN2016081265-appb-000052
(1) Synthesis of (4, 4-bis (6-bromohexyl) -4H-cyclopenta [2, 1-b: 3, 4-b'] dithiophen-2-yl) triisopropylsilane (compound 32) .
4, 4-bis (6-bromohexyl) -4H-cyclopenta [2, 1-b: 3, 4-b'] dithiophene (compound 23) (3.0 g, 6.0 mmol) was dissolved in 40 mL dry THF at -78 ℃ under Ar atmosphere. n-BuLi (1.6 M in hexane, 4 mL, 6.4 mmol) was added dropwise. After the mixture was stirred at this temperature for another 1.5 h, TIPSCl (1.5 g, 7.0 mmol) was added to the solution. Then the reaction mixture was slowly warmed to room temperature and stirred for 8 h. After that, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo without further purification.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.53 (d, 1H) , δ 6.90 (d, 2H) , 3.52 –3.41 (t, 4H) , 1.92 –1.80 (m, 8H) , 1.68 (s, 3H) , 1.55 –1.47 (m, 8H) , 1.14 (d, J = 7.4 Hz, 18H) .
(2) Synthesis of (6-bromo-4, 4-bis (6-bromohexyl) -4H-cyclopenta [2, 1-b: 3, 4-b'] dithiophen-2-yl) triisopropylsilane (compound 33) .
(4, 4-bis (6-bromohexyl) -4H-cyclopenta [2, 1-b: 3, 4-b'] dithiophen-2-yl) triisopropylsilane (compound 32) (2.1 g, 3.18 mmol) was dissolved in 40 mL dry THF at -78 ℃ under Ar atmosphere. Then n-BuLi (1.6 M in hexane, 3 mL, 4.8 mmol) was added dropwise. After the mixture was stirred at this temperature for another 1.5 h, CBr4 (1.68 g, 4.77 mmol) was added to  the solution. Then the reaction mixture was slowly warmed to room temperature and stirred overnight. The mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, and the organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford compound 33 as a light red oil (1.88 g, 80 %) .
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 6.90 (d, 2H) , 3.52 –3.41 (t, 4H) , 1.92 –1.80 (m, 8H) , 1.68 (s, 3H) , 1.55 –1.47 (m, 8H) , 1.14 (d, J = 7.4 Hz, 18H) .
(3) Synthesis of (4, 4-bis (6-bromohexyl) -6- (2, 3-dihydrothieno [3, 4-b] [1, 4] dioxin-5-yl) -4H-cyclopenta [2, 1-b: 3, 4-b'] dithiophen-2-yl) triisopropylsilane (compound 34) 
To a solution of tributyl (2, 3-dihydrothieno [3, 4-b] [1, 4] dioxin-5-yl) stannane (860 mg, 2.0 mmol) and (6-bromo-4, 4-bis (6-bromohexyl) -4H-cyclopenta [2, 1-b: 3, 4-b'] dithiophen-2-yl) triisopropylsilane (compound 33) (1.15 g, 1.6 mmol) in 10 mL toluene under Ar atmosphere, Pd (PPh34 (71 mg, 0.061 mol) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 24 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, and the organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford compound 34 as a red oil (868 mg, 68 %) .
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 6.90 (d, 2H) , 4.28 (s, 2H) , 4.25 (s, 2H) , 3.52 –3.41 (t, 4H) , 1.92 –1.80 (m, 8H) , 1.68 (s, 3H) , 1.55 –1.47 (m, 8H) , 1.14 (d, J = 7.4 Hz, 18H) .
(4) Synthesis of compound 35.
To a solution of compound 34 (400 mg, 0.5 mmol) in 15 mL THF at -78 ℃ under protection gas atmosphere, n-BuLi (1.6 M in hexane, 1 mL, 1.6 mmol) was added dropwise. After the mixture was stirred at this temperature for another 1.0 h, trinbutyltinchloride (0.812 mg, 2.5 mmol) was added to the solution. Then the reaction was slowly warmed to room temperature and stirred for 8 h. After that, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo without further purification.
To a solution of the above crude product (0.25 mmol) and 4, 8-dibromo-1H, 5H-benzo [1, 2-c: 4, 5-c'] bis ( [1, 2, 5] thiadiazole) (compound a) (32 mg, 0.08 mmol) in 5 mL toluene under protection gas atmosphere, Pd (PPh32Cl2 (15 mg) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 12 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into  water and extracted twice with ethyl acetate, and the organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford compound 35 as a brown solid (75 mg, 61 %) .
(5) Synthesis of IREDTN-PEG1700.
Compound 35 (50 mg, 0.028 mmol) was dissolved in 5 mL DMF. Then sodium azide (47 mg, 0.72 mmol) was added and the reaction solution was stirred at 60 ℃ for 20 h. After that, a large portion of water was added, and the product was extracted twice with ethyl acetate. The combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford the azide product as dark green solid 43 mg (quant) .
The azide product 20 mg was dissolved in 5 mL THF and cuprous iodide 100 mg, α-alkynyl-ω-hydroxyl-poly (ethylene glycol) (Mw = 1.7k, 76 mg) , and triethylamine 200 μL were added. The system was stirred at RT for 48 h. Then the reaction mixture was filtered with Al2O3, and the solution was evaporated in vacuo. When all the organic solvent was removed, the solid was dissolved in 15 mL water and it was transferred to the dialyzer (MWCO = 3500) . The system was stirred at RT for 72 h with 10 times water exchange. The resulting water solution in the dialyzing membrane was lyophilized. IRETBN-1700 (100 mg) was afforded as brown powder.
Optical parameters of IRDTNS in H2O: absorption peak λ= 982 nm, absorption coefficient K=1.3 L/g. cm at 980 nm.
Example 12: Synthesis of IRETBNS
Figure PCTCN2016081265-appb-000053
Synthesis of IRETBNS: Compound 4 (50 mg, 0.036 mmol) was dissolved in 5 mL DMF. Then sodium azide (47 mg, 0.72 mmol) was added and the reaction solution was stirred at 60 C  for 20 h. After that, a large portion of water was added, and the product was extracted twice with ethyl acetate. The combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel to afford the azide product as a dark green solid 43 mg (quant) .
The azide product 20 mg was dissolved in 5 mL DMSO and cuprous iodide 100 mg, sodium prop-2-yne-1-sulfonate 15 mg, and triethylamine 200μL were added. The system was stirred at RT for 48 h. Then the reaction mixture was filtered with diatomite, and the solution was dissolved in 15 mL water and it was transferred to the dialyzer (MWCO = 3500) . The system was stirred at RT for 72 h with 10 times water exchange. The resulting water solution in the dialyzing membrane was lyophilized, IRETBNS (23 mg) was afforded as a green powder.
1H NMR (500 MHz, D2O) δ 8.53 (s, 4H) , 7.54 –7.46 (m, 4H) , 7.34 (d, J = 7.5 Hz, 2H) , 6.80 (d, J = 7.5 Hz, 4H) , 4.60 –4.42 (m, 8H) , 4.28 (s, 8H) , 4.22 –4.04 (m, 17H) , 2.12 –1.86 (m, 8H) , 1.90 –1.76 (m, 8H) , 1.54 –1.37 (m, 8H) , 1.39 –1.27 (m, 8H) .
13C NMR (125 MHz, D2O) δ 159.25, 153.19, 151.34, 150.73, 147.66, 142.77, 140.11, 137.54, 129.38, 126.07, 125.39, 123.90, 123.08, 120.49, 118.16, 109.81, 101.64, 70.37, 66.98, 51.79, 42.08, 28.80, 27.64, 27.05, 26.58.
HRMS (ESI) calcd for C74H78O20N16Na2S10 2+, ( [M+2H+] ) 938.12960, Found 938.1335.
Optical parameters of IRETBNS in H2O: absorption peak λ = 913 nm, emission peak λem =1149 nm, absorption coefficient K= 3.23 L/g. cm at 808 nm, quantum yield is 0.14% (with 808 nm excitation) .
Example 13: Synthesis of IRTTEBN-PEG600
Figure PCTCN2016081265-appb-000054
(1) Synthesis of 3, 4-bis (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) thiophene (compound 36) :
A dry 250 mL two-neck round bottom flask with condenser and magnetic stir bar was charged with potassium tertbutylate (10.5 g, 94 mmol) and cuprous iodide (2.34 g, 12 mmol) . Next, 10 mL pyridine and 100 mL toluene mixture solution was added and the mixture was stirred until dissolved, and 15 mL triethylene glycol monomethyl ether was then added. The reaction mixture was allowed to stir at room temperature for 30 min. 3, 4-dibromothiophene (7.4 g, 31 mmol) was then added in one portion and the reaction mixture was heated to 115 ℃ for 24 h. After cooling to room temperature, the reaction mixture was centrifuged and concentrated under vacuum. 100 mL dichloromethane was added and washed with 5 M HCl (aq) . The aqueous layers were extracted with DCM, and the combined organic portions were dried with MgSO4 and concentrated under reduced pressure. The crude material was purified via column chromatography, eluting with 1: 1 ethyl ether in hexanes (v/v) . The desired product was isolated as a yellow tinted oil (8.04 g, 61%yield) .
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 6.25 (s, 2H) , 4.19 –4.10 (m, 4H) , 3.97 –3.80 (m, 4H) , 3.78 –3.60 (m, 12H) , 3.61 –3.49 (m, 4H) , 3.39 (s, 6H) .
13C NMR (126 MHz, CDCl3) δ 147.10, 97.87, 71.94, 70.80, 70.66, 70.56, 58.36.
HRMS (ESI) calcd for C18H32O8S+, ( [M+H+] ) 409.1854, Found 409.1817.
(2) Synthesis of (3, 4-bis (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) thiophen-2-yl) tributylstannane (compound 37) :
To a solution of Compound 36 (408 mg, 1.0 mmol) in 5 mL THF at -78 ℃ under protection gas atmosphere, n-BuLi (1.6 M in hexane, 0.625 mL, 1.2 mmol) was added dropwise. After the mixture was stirred at this temperature for another 2.0 h, trinbutyltinchloride (390 mg, 1.2 mmol) was added to the solution. Then the reaction was slowly warmed to room temperature and stirred for 8 h. After that, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo without further purification.
(3) Synthesis of 5'- (2, 6-bis ( (6-bromohexyl) oxy) phenyl) -3, 4-bis (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) -2, 2'-bithi ophene (compound 38) :
To a solution of compound 2- (2, 6-bis ( (6-bromohexyl) oxy) phenyl) -5-bromothiophene (1.19 g, 2.0 mmol) , compound 37 (1.53 g, 2.2 mmol) in 10 mL toluene under protection gas atmosphere. Pd (PPh34 (142 mg, 0.122 mol) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 18 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, and the organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel with PE/EA 2: 1 to afford compound 38 as a light yellow oil (0.89 g, 48 %) .
1H NMR (500 MHz, CDCl3 ) δ 7.61 –7.38 (m, 2H) , 7.34 (d, J = 15.0 Hz, 1H) , 6.80 (d, J =15.0 Hz, 2H) , 6.61 (s, 1H) , 4.45 –4.22 (m, 4H) , 4.22 –4.05 (m, 4H) , 3.87 –3.68 (m, 4H) , 3.63 –3.45 (m, 20H) , 3.40 (s, 6H) , 2.01 –1.70 (m, 8H) , 1.62 –1.19 (m, 8H) .
13C NMR (125 MHz, CDCl3 ) δ 159.25, 147.48 (d, J = 18.6 Hz) , 140.11, 137.21, 133.39, 129.38, 124.96, 123.08, 118.16, 109.81, 95.52, 73.68, 70.37 (d, J = 1.6 Hz) , 69.96, 69.54, 68.97, 67.92, 57.85, 33.30, 31.58, 30.68, 28.80, 26.58.
HRMS (ESI) calcd for C40H61O10Br2S2, ( [M+H+] ) 923.20598, Found 923.20674.
(4) Synthesis of 4, 8- (5'- (2, 6-bis ( (6-bromohexyl) oxy) phenyl) -3, 4-bis (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) -2, 2'-bithiophene) -1H, 5H-benzo [1, 2-c: 4, 5-c'] bis ( [1, 2, 5] thiadiazole) (compound 39) :
To a solution of compound 38 (1.844 g, 2 mmol) in 15 mL THF at -78 ℃ under protection  gas atmosphere, n-BuLi (1.6 M in hexane, 1.5 mL, 2.4 mmol) was added dropwise. After the mixture was stirred at this temperature for another 2.0 h, trinbutyltinchloride (0.812 mg, 2.5 mmol) was added to the solution. Then the reaction was slowly warmed to room temperature and stirred for 8 h. After that the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo without further purification.
To a solution of the above crude product (2 mmol) and 4, 8-dibromo-1H, 5H-benzo [1, 2-c: 4, 5-c'] bis ( [1, 2, 5] thiadiazole) (compound a) (234 mg, 0.67 mmol) in 15 mL toluene under protection gas atmosphere, Pd (PPh32Cl2 (150 mg) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 12 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel with PE/EA 2: 1 to afford compound 39 as a dark green solid (772 mg, 38 %) .
1H NMR (500 MHz, CDCl3 ) δ 7.55 –7.40 (m, 4H) , 7.34 (d, J = 7.5 Hz, 2H) , 6.80 (d, J =7.5 Hz, 4H) , 4.31 (t, J = 7.0 Hz, 8H) , 4.11 (t, J = 7.4 Hz, 8H) , 3.77 (t, J = 7.1 Hz, 8H) , 3.64 –3.48 (m, 40H) , 3.40 (s, 12H) , 1.97 –1.62 (m, 16H) , 1.58 –1.37 (m, 8H) , 1.38 –1.26 (m, 8H) .
13C NMR (125 MHz, CDCl3 ) δ 159.25, 157.63, 153.23 (d, J = 10.1 Hz) , 151.34, 140.11, 137.54, 129.38, 127.88, 126.07, 123.90, 123.08, 118.16, 109.81, 104.50, 73.68, 70.37 (d, J = 1.6 Hz) , 69.96, 69.54, 68.97, 57.85, 33.30, 31.58, 30.68, 28.80, 26.58.
HRMS (ESI) calcd for C86H119Br4N4O20S6, ( [M+H+] ) 2039.3356, Found 2039.3389.
(5) Synthesis of IRTTEBN-PEG600:
Compound 39 (118 mg, 0.058 mmol) and sodium azide (47 mg, 0.72 mmol) was dissolved in 10 mL DMF and heated for 3 h at 70 ℃. Then a large amount of water was added to dissolve all the solids. Then it was extracted twice with ethyl acetate, and the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to flash column chromatography on silica gel to afford a dark green solid 114 mg. The dark green solid was dissolved in 5 mL THF and CuTc 10 mg, w-alkynyl-PEG-hydroxyl (Mw = 600, 70 mg) , and TBTA (5 mg) was added. The system was stirred at RT for 1.0 h. The reaction mixture was filtered with diatomite, and the solution was evaporated in vacuo. When all the organic solvent was removed, the crude product was purified by thin layer chromatography eluting with DCM/MeOH 10: 1. IRTTEBN-PEG600 (118 mg) was afforded as a green oil.
Optical parameters of IRTTEBN-PEG600 in H2O: absorption peak λ = 710 nm, absorption coefficient K= 1.22 L/g. cm at 808 nm.
Example 14: Synthesis of IRTEFN-PEG600
Figure PCTCN2016081265-appb-000055
(1) Synthesis of 2- (9, 9-bis (6-bromohexyl) -9H-fluoren-2-yl) -3, 4-bis (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxy) thioph ene (compound 40) :
To a solution of compound 2-bromo-9, 9-bis (6-bromohexyl) -9H-fluorene (1.14 g, 2.0 mmol) , compound 37 (1.53 g, 2.2 mmol) in 10 mL toluene under protection gas atmosphere, Pd (PPh34 (142 mg, 0.122 mol) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 24 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel with PE/EA 2: 1 to afford compound 40 as a light yellow oil (790 mg, 44 %) .
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 8.20 –8.00 (m, 1H) , 7.90 (dd, J = 14.8, 3.1 Hz, 1H) , 7.85 –7.75 (m, 2H) , 7.48 –7.03 (m, 3H) , 6.29 (s, 1H) , 4.31 (t, J = 13.9 Hz, 4H) , 3.77 (t, J = 13.9 Hz, 4H) , 3.62 –3.45 (m, 20H) , 3.40 (s, 6H) , 2.06 –1.65 (m, 8H) , 1.47 –1.11 (m, 12H) .
13C NMR (125 MHz, CDCl3 ) δ 150.16, 149.92, 149.70, 148.88, 141.93, 137.29, 131.31, 129.29, 125.80, 123.74 (d, J = 7.8 Hz) , 120.15 (d, J = 13.1 Hz) , 118.44, 114.51, 96.83, 73.68, 70.38, 69.96, 69.54, 68.97, 67.92, 57.85, 52.54, 40.16, 33.30, 31.58, 30.68, 29.54, 25.54.
HRMS (ESI) calcd for C43H63O8Br2S, ( [M+H+] ) 897.26049, Found 897.25927.
(2) Synthesis of 4, 8- (di-2- (9, 9-bis (6-bromohexyl) -9H-fluoren-2-yl) -3, 4-bis (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethox y) thiophene) -1H, 5H-benzo [1, 2-c: 4, 5-c'] bis ( [1, 2, 5] thiadiazole) (compound 41) :
To a solution of compound 40 (1.79 g, 2 mmol) in 15 mL THF at -78 ℃ under protection gas atmosphere, n-BuLi (1.6 M in hexane, 1.5 mL, 2.4 mmol) was added dropwise. After the mixture was stirred at this temperature for another 2.0 h, trinbutyltinchloride (0.812 mg, 2.5 mmol) was added to the solution. Then the reaction was slowed warmed to room temperature and stirred for 8 h. After that the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo without further purification.
To a solution of the above crude product (2 mmol) and 4, 8-dibromo-1H, 5H-benzo [1, 2-c: 4, 5-c'] bis ( [1, 2, 5] thiadiazole) (compound a) (234 mg, 0.67 mmol) in 15 mL toluene under protection gas atmosphere, Pd (PPh32Cl2 (150 mg) was added. The mixture was stirred at 110 ℃ for 12 h. After cooling to room temperature, the mixture was poured into water and extracted twice with ethyl acetate, the organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to column chromatography on silica gel with DCM/EA 3: 1 to afford compound 41 as a dark green solid (674 mg, 34 %) .
1H NMR (500 MHz, CDCl3 ) δ 8.09 (d, J = 7.5 Hz, 2H) , 8.00 (d, J = 1.4 Hz, 2H) , 7.90 (dd, J = 7.4, 1.5 Hz, 2H) , 7.78 (dd, J = 7.5, 1.4 Hz, 2H) , 7.48 (dd, J = 7.4, 1.5 Hz, 2H) , 7.34 (td, J = 7.5, 1.5 Hz, 2H) , 7.24 (td, J = 7.5, 1.5 Hz, 2H) , 4.31 (t, J = 6.9 Hz, 8H) , 3.77 (t, J = 7.0 Hz, 8H) , 3.60 –3.44 (m, 40H) , 3.40 (s, 12H) , 2.02 –1.72 (m, 16H) , 1.44 –1.01 (m, 24H) .
13C NMR (125 MHz, CDCl3 ) δ 159.92, 153.19, 151.88, 151.34, 150.46, 150.16, 142.59, 137.29, 129.54, 129.29, 126.07, 125.80, 124.19, 123.77, 121.16, 120.20, 119.88, 119.32, 105.62, 73.68, 70.38, 69.96, 69.54, 68.97, 57.85, 52.98, 40.16, 33.30, 31.58, 30.68, 29.54, 25.54.
HRMS (ESI) calcd for C92H122Br4N4O16S4 +, ( [M+Na+] ) 2007.4477, Found 2007.4452.
(3) Synthesis of IRTEFN-PEG600:
Compound 41 (120 mg, 0.06 mmol) was dissolved in 10 mL DMF and sodium azide (47 mg,  0.72 mmol) and heated for 3 h at 70 ℃. Then a large amount of water was added to dissolve all solids. Then it was extracted twice with ethyl acetate, the combined organic phase was dried with MgSO4 and evaporated in vacuo. The crude product was subjected to flash column chromatography on silica gel to afford a dark green solid 118 mg. The dark green solid was dissolved in 5 mL THF and CuTc 10 mg, w-alkynyl-PEG-hydroxyl (Mw = 600, 72 mg) , and TBTA (5 mg) were added. The system was stirred at RT for 0.5 h. The reaction mixture was filtered with diatomite, and the solution was evaporated in vacuo. When all the organic solvent was removed, the crude product was purified by thin layer chromatography eluting with DCM/MeOH 10: 1. IRTEFN-PEG600 (153 mg) was afforded as a green oil.
Optical parameters of IRTEFN-PEG600 in H2O: absorption peak λ = 700 nm, absorption coefficient K= 1.35 L/g. cm at 808 nm.
Example 15: Characterization experiments
Spectral Characterization:
UV-Vis-NIR spectrophotometer (UV 3600) with background correction was employed to measure the optical absorption spectra in water in the range of 300-1,200 nm. A home build setup was used to measure the fluorescence spectrum of IR-E1 in the region of 900-1,600 nm using an array detector (Princeton OMA-V) and a spectrometer (Acton SP2300i) under an 808-nm diode laser (RMPC lasers) excitation (160 mW) . During emission measurements, an 850-nm (Thorlabs) , 1,000-nm (Thorlabs) , 1,100-nm (Omega) and 1,300-nm short-pass filter (Omega) were used as excitation filters and 900-nm long-pass filter (Thorlabs) was used as emission filter. The obtained emission spectra were further corrected by the detector sensitivity profile and the absorbance features of the filter.
Absorption and emission spectra of IRETBN-PEG1700 in aqueous solution were shown in Fig 1a, fluorescence intensity of IRETBN-PEG1700 in water and PBS measured over 1 week were shown in Fig 1b. In aqueous solution, IRETBN-PEG1700 exhibited an absorption peak at 830 nm, while the fluorescence emission spectrum showed emission range from 1000 to 1400 nm with a main emission peak at around 1080 nm (Fig. 1a) . The weight average molecular weight (MW) of IRETBN-PEG1700 was ~ 4.5 kDa with a hydrodynamic size of ~ 3.6 nm in aqueous solution. Both the molecular weight and hydrodynamic size were below the renal excretion cutoff of 40 kD and 5.5 nm, respectively. The florescence intensity of IRETPBN-PEG1700 in water and phosphate buffer saline (PBS) didn’t show any decay after 1 week, indicating excellent stability  (Fig 1b) . IRETBN-PEG1700 showed high photostability in PBS and water with negligible decay under continuous 808 nm laser at a power density of 0.33 W/cm2 for 2 hour.
Determination of fluorescence quantum yield
The commercial SWIR fluorescent IR-26 dye was used as the reference sample with the quantum yield of 0.5%. The IR-26 was dissolved in 1, 2-dichloroethane (DCE) , and diluted to different concentration with absorbance value at 808 nm of ~0.067, ~0.029, ~0.014 and ~0.002 using a ultraviolet-visible-near-infrared absorbance spectrometer. The fluorescence spectra in the range of 900-to 1,600-nm was collected (900-nm long-pass filter) under the 808-nm diode laser (RMPC lasers) excitation. The absorption and emission of compounds of examples 1 to 6 in water were measured using same method with IR-26. Then all emission spectra of both IR-26 and the measured fluorophores were corrected by the detector sensitivity profile and the extinction profiles of the filters, and then integrated in the 900 to 1,600 nm. The integrated SWIR fluorescence intensity was plotted against absorbance at the excitation wavelength of 808 nm and fitted into a linear function. The slope of IR-E1 was contrast with dye IR-26, and the quantum yield of measured fluorophore in SWIR was determined by the equation below.
Figure PCTCN2016081265-appb-000056
QY stands for quantum yields, n is refractive index of the solvent, A is the absorbance of the solution, and I is the fluorescence intensity.
Example 16: Non-invasive SWIR fluorescence imaging for brain blood vessels
The PBS solution of IRETBN-PEG1700 (1 mg/ml, 200 μL) was injected into hair removed mouse for SWIR imaging. An 808 nm laser was used as excitation (140 mW·cm-2) filtered through 850 nm short-pass filter. Dynamic imaging was done with a 2D InGaAs camera (Princeton Instrument 2D-OMA V: 320) with exposure time of 300 ms in the > 1300 nm range (by collecting emission through 1, 300-nm long-pass filter) . SWIR fluorescence signals in the inferior cerebral vein, transverse sinus and middle cerebral vessels in the contralateral hemisphere showed up immediately within 1 s post injection, and these signals rapidly increased and plateaued at ~ 10 s (Figure 2) . SWIR imaging of a mouse’s brain blood vessels with the IRETBN-PEG1700 fluorophore were shown in Figure 2.
Example 17: SWIR fluorescence imaging for tumors
The PBS solution of IREFNS (0.3 mg/ml, 350 μL) was injected intravenously into a mouse  with a subcutaneous xenograft 4T1 murine tumor located on the left and right hind limbs. An 808 nm laser was used as excitation (140 mW·cm-2) filtered through 850 nm short-pass filter. Dynamic imaging was done with a 2D InGaAs camera (Princeton Instrument 2D-OMA V: 320) with exposure time of 300 ms in the > 1100 nm range (by collecting emission through 1, 100-nm long-pass filter) . The dye fluorescence in the 4T1 tumors started to appear at around 10 s post injection and the intensity increased over time, suggesting the accumulation of the dye molecules in the tumors. The dye fluorescence in the tumors was stable for over 12 h and the tumor signal to noise ratio could reach over 4 (Figure 3) . SWIR fluorescence images of a 4T1 tumor bearing mouse after injection of IREFNS solution were shown in Figure 3.
Example 18. Conjugating molecular fluorophores to biomolecules
Conjugation was completed by the click reaction between alkyne functional biomolecules (such as protein and antibody) and the azide functionalized fluorophore, schematic was shown in Figure 4.
For a typical reaction for Straptavidin (SA) conjugation: 5 μL SA (90.9 μM) and 2.95μL DBCO-PEG4-NHS (3.08 mM) were added in 50μL PBS sequentially. The mix was vortexed a little bit, and reacted at shaker or stirring for 2 hours. After the reaction, the product was washed by 30 k filter for 4 times, the final volume is 100μL. Then, 29.7μL IRETBN-PEG600 (152.9 μM) was added to 100 μL SA@DBCO-PEG4 (the concentration of the dye can be tuned) . The mix was vortexed a little bit, and reacted at stirring for 6 hours. To purify the conjugate, the product was washed by 30 k filter for 3 times. And the product could be further subjected to density gradient ultracentrifugation (DGU) purification (sucrose column gradient: 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 %, ultracentrifuge for 18 hours at 50000 rpm and 4 ℃) . The samples after DGU were excited by a 808 nm laser and their fluorescence was recorded, the results were shown in Figure 5. As shown in figure 5, IRETBN-PEG600 was successfully linked to SA. The fluorescence efficiency can be maintained or enhanced after their binding to biomolecules.
For a typical reaction for antibody conjugation: 72.2 μL Erbitux (13.7 μM) and 1.93 μL DBCO-PEG4-NHS (3.08 mM) were added together. The mix was vortexed a little bit, and reacted at shaker for 2 hours. After the reaction, the product was washed by 30 k filter for 4 times, the final volume is 100 μL. Then, 29.7 μL IRETBN-PEG600 (152.9 μM) was added to 100 μL Erbitux@DBCO-PEG4. The mix was vortexed a little bit, and reacted at stirring for 6 hours. The product was washed by 100 k filter for 6 times. The dye-Erbitux conjugates were observed to  bind specifically on EGFR over-expressing SCC cell lysate spotted on a substrate without binding to EGFR negative SKOV cell lysate spots.
Example 19: Excretion of the molecular fluorophores
By proper design, the molecular fluorophores can be excreted in vivo, which is important to reduce the potential toxicity of fluorophores. Inventors used IRETBN-PEG1700 as an example. First, PBS solution of IRETBN-PEG1700 at a dose of 2.5 mg/kg was injected into healthy C57BL/6 mice, and whole-body imaging was performed to follow the fluorophores in vivo. It was observed that IRETBN-PEG1700 accumulated in the bladder within several hours after injection (Figure 6 a) . Urine samples at different time points were collected to check the excretion of IRETBN-PEG1700. Fluorescence method was used to evaluate the amount of the fluorophore in urine. Strong SWIR fluorescence signals in the urine samples were observed with the maximum SWIR signal at 3 h after injection (Figure 6 b) . The total amount of IRETBN-PEG1700 excreted by urine was estimated to be over 80 %at 15 hours post injection.
Reference throughout this specification to "an embodiment, " "some embodiments, " "one embodiment" , "another example, " "an example, " "a specific example, " or "some examples, " means that a particular feature, structure, material, or characteristic described in connection with the embodiment or example is included in at least one embodiment or example of the present disclosure. Thus, the appearances of the phrases such as "in some embodiments, " "in one embodiment" , "in an embodiment" , "in another example, "in an example, " "in a specific examples, " or "in some examples, " in various places throughout this specification are not necessarily referring to the same embodiment or example of the present disclosure. Furthermore, the particular features, structures, materials, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments or examples.
Although explanatory embodiments have been shown and described, it would be appreciated by those skilled in the art that the above embodiments cannot be construed to limit the present disclosure, and changes, alternatives, and modifications can be made in the embodiments without departing from spirit, principles and scope of the present disclosure.

Claims (25)

  1. A compound, comprising:
    an electron accepting aromatic unit,
    an optional electron donating aromatic unit, and
    an shielding unit shielding the electron accepting aromatic unit and/or the electron donating aromatic unit from intermolecular interactions,
    wherein the electron accepting aromatic unit, the electron donating aromatic unit and the shielding unit are connected via a covalent bond,
    the electron accepting aromatic unit has a formula of any one selected from the group consisting of:
    Figure PCTCN2016081265-appb-100001
    each one of Z1 and Z2 is independently O, S, Se, or NR,
    each R is independently H, Cn1H2n1+1, or tert-butyloxycarbonyl,
    n1 is an integer ranging from 1 to 12,
    the electron donating aromatic unit has a formula of any one selected from the group consisting of:
    Figure PCTCN2016081265-appb-100002
    each R1 is independently H, Cn2H2n2+1, or tert-butyloxycarbonyl, 
    each X is independently S, Se, NR1, or O,
    each one of Y1 and Y2 is independently H, OCn2H2n2+1, Cn2H2n2+1
    Figure PCTCN2016081265-appb-100003
    OCn2H2n2B, or Cn2H2n2Z,
    each B is independently Br, I, OTs, OMs, ONs, N3, or OMe,
    each Z is independently H, Br, or N3,
    each m is independently an integer ranging from 0 to 6,
    each n2 is independently an integer ranging from 1 to 20,
    each p is independently an integer ranging from 1 to 20,
    the shielding unit has a formula of any one selected from the group consisting of:
    Figure PCTCN2016081265-appb-100004
    each R2 is independently OCn3H2n3+1, Cn3H2n3+1
    Figure PCTCN2016081265-appb-100005
    Figure PCTCN2016081265-appb-100006
    OCn3H2n3W, or Cn3H2n3W,
    each n3 is independently an integer ranging from 0 to 20,
    each p1 is independently an integer ranging from 1 to 20,
    each W is H, Br, I, OH, OTs, N3
    Figure PCTCN2016081265-appb-100007
    Figure PCTCN2016081265-appb-100008
    each one of Z5, Z6, and Z7 is independently S, Se, O, or NR2’ ,
    R2’ is H, Cn5H2n5+1, or tert-butyloxycarbonyl,
    each X1 is independently Si, Ge, or C,
    each n5 is an integer ranging from 1 to 20,
    each n is an integer ranging from 4 to 120,
    each b is independently an integer ranging from 1 to 6.
  2. The compound of claim 1, wherein the compound comprises two shielding units and two electron donating aromatic units, and the compound has a formula of S’ 1-D1-A-D2-S’ 2, wherein
    S’ 1 represents a first shielding unit,
    S’ 2 represents a second shielding unit,
    D1 represents a first electron donating aromatic unit,
    D2 represents a second electron donating aromatic unit,
    A represents the electron accepting aromatic unit.
  3. The compound of claim 1, wherein the compound has a formula of S’ -D-A, wherein
    S’ represents the shielding unit,
    D represents the electron donating aromatic unit,
    A represents the electron accepting aromatic unit.
  4. The compound of claim 1, wherein the compound comprises two electron accepting aromatic units, three electron donating aromatic units, and two shielding units, and the compound has a formula of S’ 3-D3-A1-D5-A2-D4-S’ 4, wherein
    S’ 3 represents a third shielding unit,
    S’ 4 represents a forth shielding unit,
    D3 represents a third electron donating aromatic unit,
    D4 represents a forth electron donating aromatic unit,
    D5 represents a forth electron donating aromatic unit,
    A1 represents a first electron accepting aromatic unit,
    A2 represents a second electron accepting aromatic unit.
  5. The compound of claim 1, wherein the compound comprises one electron accepting aromatic unit, two shielding units, and the compound has a formula of S’ 5-A-S’ 6, wherein
    S’ 5 represents a fifth shielding unit,
    S’ 6 represents a sixth shielding unit,
    A represents the electron accepting aromatic unit.
  6. The compound of claim 1, wherein the compound comprises one electron accepting aromatic unit, four shielding units, and the compound has a formula of S’ 7-S’ 8-A-S’ 9-S’ 10, wherein
    S’ 7 represents a seventh shielding unit,
    S’ 8 represents an eighth shielding unit,
    S’ 9 represents a ninth shielding unit,
    S’ 10 represents a tenth shielding unit,
    A represents the electron accepting aromatic unit.
  7. The compound of claim 1, wherein the compound having a formula of any one selected from the group consisting of:
    Figure PCTCN2016081265-appb-100009
    Figure PCTCN2016081265-appb-100010
    each one of Y1 and Y2 is independently H, Cn2H2n2+1, OCn2H2n2+1, OCn2H2n2B, 
    Figure PCTCN2016081265-appb-100011
    Figure PCTCN2016081265-appb-100012
  8. The compound of claim 1, wherein the compound having a formula of any one selected from the group consisting of:
    Figure PCTCN2016081265-appb-100013
    Figure PCTCN2016081265-appb-100014
    Figure PCTCN2016081265-appb-100015
  9. A kit comprising the compound of any one of claims 1 to 8.
  10. Use of the compound of any one of claims 1 to 8 or the kit of claim 9 in labeling or conjugating to a biomolecule.
  11. The use of claim 10, wherein the biomolecule and the compound of any one of claims 1 to 8 are combined together through click chemistry with azide groups on the compound of any one of claims 1 to 8 or intermolecular forces to form strong, non-covalent complexes through simple mixing or mixing followed by heating to 40-70 degree Celsius.
  12. A conjugate of the compound of any one of claims 1 to 8 to a biomolecule, wherein the biomolecule comprising a small bioactive molecule, a peptide, an antibody, a protein, an affibody, a nucleic acid, and an aptamer modified with terminal alkynyl.
  13. The conjugate of claim 12, wherein the biomolecule and the compound of any one of claims 1 to 8 are conjugated together through click chemistry with azide groups on the compound of any one of claims 1 to 8 or intermolecular forces to form strong, non-covalent complexes through simple mixing or mixing followed by heating to 40-70 degree Celsius.
  14. Use of the compound of any one of claims 1 to 8, the kit of claim 9, or the conjugate of claim 12or 13 in biomedical imaging.
  15. The use of claim 14, wherein the biomolecule comprising a small bioactive molecule, a peptide, an antibody, a protein, an affibody, a nucleic acid, and an aptamer modified with terminal alkynyl.
  16. A method of biomedical imaging, comprising:
    administrating the compound of any one of claims 1 to 8, the kit of claim 9, or the conjugate of claim 12 or 13 to a subject,
    irradiating the subject at a site of interest by NIR light source,
    recording a fluorescence image or video by a camera.
  17. The method of claim 16, wherein the subject comprising an animal, a human, a tissue, a cell, a 3D organoid or a spheroid.
  18. The method of claim 17, wherein the compound of any one of claims 1 to 8, the kit of claim 9, or the conjugate of claim 12 or 13 are administrated into a blood vessel, a tissue, an organ or a lymph node of the subject.
  19. The method of claim 16, wherein the NIR light source is a laser light source or a light emitting diode, and the wavelength of the NIR light source is 780nm, 808nm, or 980 nm.
  20. The method of claim 16, wherein the camera comprising an InGaAs camera for imaging in 900nm-1700nm, a Si charge coupled device (CCD) or camera with or without NIR enhanced detector for imaging in 800-1100nm range.
  21. The method of claim 16, wherein the biomedical imaging comprising:
    imaging blood vessels with fluorophore circulation in brain, eye or other organs of a body of human or animals,
    sentinel lymph node (SLN) mapping to image lymph nodes proximal to tumor for diagnosis  of cancer metastasis, or
    molecular imaging of cancer though fluorophore-biomolecule targeted homing to cancer cells in the body.
  22. A method of imaging guided tumor surgery, comprising:
    recording an image of the targeted tumor by the method of any one of claims 16 to 21,
    using the image to guide tumor removal.
  23. A method for labeling a biomolecule, comprising:
    making the compound of any one of claims 1 to 8 or the kit of claim 9 reacting with the biomolecule, or
    mixing the compound of any one of claims 1 to 8 or the kit of claim 9 with the biomolecule with or without heating to 40-70 degree Celsius.
  24. The method of claim 23, wherein the biomolecule comprising a small bioactive molecule, a peptide, an antibody, a protein, an affibody, a nucleic acid, and an aptamerul modified with terminal alkynyl.
  25. The method of claim 24, wherein the small bioactive molecule comprising folic acid, tretinoin, cholic acid, galactose, and biotin,
    the peptide comprising decapeptide: synB3, OSBP-1 and OSBP-S,
    the antibody comprising erbitux, anti-SA2, Herceptin, secondary antibody against human or animal antibodies, abciximab, adalimumab, alemtuzumab, basiliximab, belimumab, bevacizumab, brentuximab vedotin, canakinumab, cetuximab, certolizumab pegol, daclizumab, daratumumab, denosumab, eculizumab, efalizumab, golimumab, ibritumomab tiuxetan, infliximab, ipilimumab, muromonab-CD3, natalizumab, nivolumab, ofatumumab, omalizumab, palivizumab, panitumumab, Pembrolizumab, ranibizumab, rituximab, tocilizumab, tositumomab, trastuzumab, ustekinumab, and vedolizumab.
PCT/CN2016/081265 2016-05-06 2016-05-06 Molecular fluorophores and preparation method thereof and use for short wavelength infrared imaging Ceased WO2017190345A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2016/081265 WO2017190345A1 (en) 2016-05-06 2016-05-06 Molecular fluorophores and preparation method thereof and use for short wavelength infrared imaging
CN201680087445.5A CN109641921B (en) 2016-05-06 2016-05-06 Molecular fluorophore, method for its preparation and use for short-wave infrared imaging

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2016/081265 WO2017190345A1 (en) 2016-05-06 2016-05-06 Molecular fluorophores and preparation method thereof and use for short wavelength infrared imaging

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017190345A1 true WO2017190345A1 (en) 2017-11-09

Family

ID=60202677

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2016/081265 Ceased WO2017190345A1 (en) 2016-05-06 2016-05-06 Molecular fluorophores and preparation method thereof and use for short wavelength infrared imaging

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN109641921B (en)
WO (1) WO2017190345A1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019012514A1 (en) * 2017-07-14 2019-01-17 King Abdullah University Of Science And Technology Size controllable conjugated polymer nanoparticles with fluorescence in the spectral range between far-red and short-wavelength infrared
CN109369684A (en) * 2018-11-01 2019-02-22 华东师范大学 A kind of electron donor-acceptor-donor fluorescent molecule and its preparation method and application
CN110237272A (en) * 2019-06-25 2019-09-17 武汉大学苏州研究院 Suitable for the bimodal tumor imaging nano-probe of MRI/NIR-II, preparation method and application
WO2019221386A1 (en) * 2018-05-17 2019-11-21 주식회사 엘지화학 Heterocyclic compound and organic electronic device comprising same
WO2019218276A1 (en) * 2018-05-16 2019-11-21 Merck Patent Gmbh Organic semiconductors
WO2020015700A1 (en) * 2018-07-18 2020-01-23 The Hong Kong University Of Science And Technology Photothermal agents
EP3858839A1 (en) * 2020-01-30 2021-08-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Infrared absorbers, infrared absorbing/blocking films, photoelectric devices, organic sensors, and electronic devices
CN114790215A (en) * 2021-01-25 2022-07-26 中国科学院上海药物研究所 Quinoxaline-based D-A-D near-infrared two-region fluorescent molecule and preparation method and application thereof

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020239025A1 (en) * 2019-05-28 2020-12-03 The Hong Kong University Of Science And Technology An ultrabright nir-ii aiegen for bioimaging
CN111840251B (en) * 2020-06-30 2022-07-08 南方科技大学 Targeted nanoparticle and preparation method, application, system, device and storage medium
CN112552490B (en) * 2020-12-11 2023-04-14 南方科技大学 A kind of nucleic acid grafted semiconductor polymer, nucleic acid probe and its preparation method and application
CN114478587B (en) * 2021-12-29 2023-07-28 南京邮电大学 A kind of near-infrared second zone dye, nanoparticle and its preparation method and application
CN114560874A (en) * 2022-01-19 2022-05-31 南京邮电大学 Cationic water-soluble near-infrared two-zone fluorescence imaging contrast agent and application thereof
CN114751918B (en) * 2022-05-07 2023-04-11 深圳大学 Novel near-infrared two-region excitation aggregation-induced luminescent material, and preparation method and application thereof
CN115710283B (en) * 2022-10-18 2025-02-14 郑州中科生物医学工程技术研究院 Compound, preparation method and application thereof, and preparation method of near-infrared-IIa fluorescence imaging contrast agent
CN116178454B (en) * 2023-01-10 2024-09-20 南华大学 Compound IR-FE-Fc, IR-FE-Fc self-assembled nano material, preparation method and anti-tumor application
CN120365536B (en) * 2025-05-21 2025-11-14 赣南医科大学 D-A conjugated polymer based on click chemistry and preparation method and application thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014107606A2 (en) * 2013-01-04 2014-07-10 Nitto Denko Corporation Highly-fluorescent and photo-stable chromophores for wavelength conversion
WO2015012913A2 (en) * 2013-04-22 2015-01-29 Massachusetts Institute Of Technology Short-wavelength infrared (swir) fluorescence in vivo and intravital imaging with semiconductor nanocrystals
WO2015041026A1 (en) * 2013-09-20 2015-03-26 宇部興産株式会社 Benzobis (thiadiazole) derivative, ink containing same, and organic electronic device using same
US20150295182A1 (en) * 2014-04-09 2015-10-15 Seiko Epson Corporation Light-emitting element, light emission apparatus, authentication apparatus, and electronic machine
WO2016112220A1 (en) * 2015-01-07 2016-07-14 Nitto Denko Corporation Highly photo-stable bis-triazole fluorophores

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014107606A2 (en) * 2013-01-04 2014-07-10 Nitto Denko Corporation Highly-fluorescent and photo-stable chromophores for wavelength conversion
WO2015012913A2 (en) * 2013-04-22 2015-01-29 Massachusetts Institute Of Technology Short-wavelength infrared (swir) fluorescence in vivo and intravital imaging with semiconductor nanocrystals
WO2015041026A1 (en) * 2013-09-20 2015-03-26 宇部興産株式会社 Benzobis (thiadiazole) derivative, ink containing same, and organic electronic device using same
US20150295182A1 (en) * 2014-04-09 2015-10-15 Seiko Epson Corporation Light-emitting element, light emission apparatus, authentication apparatus, and electronic machine
WO2016112220A1 (en) * 2015-01-07 2016-07-14 Nitto Denko Corporation Highly photo-stable bis-triazole fluorophores

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANTARIS A.L. ET AL.: "A small-molecule dye for NIR-II imaging", NATURE MATERIALS, vol. 15, 29 February 2016 (2016-02-29), pages 235 - 243, XP055420687 *
FENG G.X. ET AL.: "Conjugated polymer microparticles for selective cancer cell image-guided photothermal therapy", JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY B, vol. 3, 3 December 2014 (2014-12-03), pages 1135 - 1141, XP055435805 *
QIAN, G . ET AL.: "Band Gap Tunable, Donor-Acceptor-Donor Charge-Transfer Heteroquinoid-Based Chromophores: Near Infrared Photoluminescence and Electroluminescence", CHEM. MATER ., vol. 20, no. 19, 18 September 2008 (2008-09-18), pages 6208 - 6216, XP055435804 *
QIAN, G. ET AL.: "Design, synthesis, and properties of benzobisthiadiazole-based donor-pi- acceptor-Jt-donor type of low-band-gap chromophores and polymers", CHEM. MATER., vol. 88, 19 January 2010 (2010-01-19), pages 192 - 201, XP008177745 *

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11639896B2 (en) 2017-07-14 2023-05-02 King Abdullah University Of Science And Technology Size controllable conjugated polymer nanoparticles with fluorescence in the spectral range between far-red and short-wavelength infrared
WO2019012514A1 (en) * 2017-07-14 2019-01-17 King Abdullah University Of Science And Technology Size controllable conjugated polymer nanoparticles with fluorescence in the spectral range between far-red and short-wavelength infrared
WO2019218276A1 (en) * 2018-05-16 2019-11-21 Merck Patent Gmbh Organic semiconductors
WO2019218828A1 (en) * 2018-05-16 2019-11-21 Merck Patent Gmbh Organic semiconductors
CN110730783B (en) * 2018-05-17 2022-03-18 株式会社Lg化学 Heterocyclic compounds and organic electronic devices containing the same
WO2019221386A1 (en) * 2018-05-17 2019-11-21 주식회사 엘지화학 Heterocyclic compound and organic electronic device comprising same
CN110730783A (en) * 2018-05-17 2020-01-24 株式会社Lg化学 Heterocyclic compounds and organic electronic devices containing the same
JP2020523288A (en) * 2018-05-17 2020-08-06 エルジー・ケム・リミテッド Heterocyclic compound and organic electronic device containing the same
US11401275B2 (en) 2018-05-17 2022-08-02 Lg Chem, Ltd. Non-fullerene based heterocyclic compound and organic electronic device including same
CN112566911B (en) * 2018-07-18 2023-09-01 香港科技大学 Photothermal reagent
WO2020015700A1 (en) * 2018-07-18 2020-01-23 The Hong Kong University Of Science And Technology Photothermal agents
CN112566911A (en) * 2018-07-18 2021-03-26 香港科技大学 Photothermal reagent
CN109369684B (en) * 2018-11-01 2021-07-27 华东师范大学 A kind of electron donor-acceptor-donor fluorescent molecule and preparation method and application
CN109369684A (en) * 2018-11-01 2019-02-22 华东师范大学 A kind of electron donor-acceptor-donor fluorescent molecule and its preparation method and application
CN110237272B (en) * 2019-06-25 2022-02-15 武汉大学苏州研究院 Bimodal tumor imaging nanoprobe suitable for MRI/NIR-II, preparation method and application
CN110237272A (en) * 2019-06-25 2019-09-17 武汉大学苏州研究院 Suitable for the bimodal tumor imaging nano-probe of MRI/NIR-II, preparation method and application
KR20210097549A (en) * 2020-01-30 2021-08-09 삼성전자주식회사 Infrared absorbing material, infrared absorbing/cutting film and photoelectric diode and organic sensor and electronic device
EP3858839A1 (en) * 2020-01-30 2021-08-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Infrared absorbers, infrared absorbing/blocking films, photoelectric devices, organic sensors, and electronic devices
US12120951B2 (en) 2020-01-30 2024-10-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Infrared absorbers, infrared absorbing/blocking films and photoelectric devices and organic sensors and electronic devices
KR102764008B1 (en) 2020-01-30 2025-02-05 삼성전자주식회사 Infrared absorbing material, infrared absorbing/cutting film and photoelectric diode and organic sensor and electronic device
CN114790215A (en) * 2021-01-25 2022-07-26 中国科学院上海药物研究所 Quinoxaline-based D-A-D near-infrared two-region fluorescent molecule and preparation method and application thereof
CN114790215B (en) * 2021-01-25 2023-10-31 中国科学院上海药物研究所 Quinoxaline-based D-A-D near-infrared second-region fluorescent molecules and their preparation methods and applications

Also Published As

Publication number Publication date
CN109641921B (en) 2022-02-08
CN109641921A (en) 2019-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017190345A1 (en) Molecular fluorophores and preparation method thereof and use for short wavelength infrared imaging
US10894121B2 (en) Small molecule dye for molecular imaging and photothermal therapy
Luo et al. A review of NIR dyes in cancer targeting and imaging
JP6606487B2 (en) Substituted silaxanthenium red to near-infrared fluorescent dyes for in vitro and in vivo imaging and detection
Peng et al. Soft fluorescent nanomaterials for biological and biomedical imaging
ES2670852T3 (en) Dyes with polycycle and their use
JP5313249B2 (en) Fluorescence resonance energy transfer detection using nanoparticles
CN105339436B (en) Bis- substituted cyclohexyl bridging heptamethine cyanines of 4,4- and its application
KR20200008596A (en) Functionalized nanoparticles and preparation and use thereof
Nani et al. Electrophile-integrating Smiles rearrangement provides previously inaccessible C4′-O-alkyl heptamethine cyanine fluorophores
CN101440282A (en) Near-infrared fluorescent molecular probe, synthesizing method and use thereof
US10526317B2 (en) Benzocyanine compounds
Zhang et al. NIR‐II cyanine@ albumin fluorophore for deep tissue imaging and imaging‐guided surgery
WO2018014865A1 (en) Aiegens for cancer cell imaging
CN114057773A (en) A near-infrared second region aggregation-induced luminescent molecule and its application
Swamy et al. Biocompatible and water-soluble shortwave-infrared (SWIR)-emitting cyanine-based fluorescent probes for in vivo multiplexed molecular imaging
CN113209315A (en) Polypeptide probe for targeting tumor and application
EP2683413A1 (en) In vivo selection of therapeutically active antibodies
Cole et al. Water-soluble, deep-red fluorescent squaraine rotaxanes
Colak et al. The synthesis and targeting of PPP-type copolymers to breast cancer cells: multifunctional platforms for imaging and diagnosis
KR101756537B1 (en) Herceptin-photosensitizer conjugate for breast cancer diagnosis and the preparing method thereof
Bila et al. A biocompatible NIR squaraine dye and dye-antibody conjugates for versatile long-term in vivo fluorescence bioimaging
CN113683600B (en) A near-infrared two-window fluorescent immunoprobe and its preparation method and application
US10493168B2 (en) Phosphorescent meso-unsubstituted metallo-porphyrin probe molecules for measuring oxygen and imaging methods
KR101334696B1 (en) Reversible fluorescence photoswitch based on dye-crosslinked dendritic nanoclusters for high-contrast imaging of living biological systems

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16900867

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16900867

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1