[发明专利]一种化合物及其应用

说明书

本发明属于生物技术领域，公开了如下式(1)的化合物以及包括其的双聚集诱导发光的荧光发光剂系统：本发明还公开了本发明的化合物用于对微生物进行染色，以及本发明的双聚集诱导发光的荧光发光剂系统用于监测微生物的代谢状态和微生物的生物膜的形态和代谢状态。

技术领域

本发明涉及一种化合物，该化合物在对微生物进行染色中的应用，对微生物进行染色的方法，包括该化合物的双聚集诱导发光的荧光发光剂(AIEgen)系统，以及利用双聚集诱导发光的荧光发光剂(AIEgen)系统监测微生物的代谢状态、定量监测微生物的活性、监测微生物的生物膜的形态和代谢状态的方法。

背景技术

微生物是地球上最古老，最丰富的种群。自从40亿年前出现在这个世界上以来，它们在各个方面都在统治着这个星球。它们的总量估计有一万亿种，其中一些已被人类驯化并用于我们的日常生活中。然而，其中的病原微生物一直威胁着我们人类的生命。人类的发展似乎是一部与微生物作斗争的历史。由于普遍存在的微生物太小而无法观察到的事实，到目前为止，仅发现和了解了1400种病原体。当流行病发生时，这种困境给社会带来恐惧、恐慌和巨大的负担。例如，黑死病是人类历史上最致命的流行病之一，在欧亚大陆和北非造成了0.75～2亿人死亡。直到1894年，罪魁祸首致病菌鼠疫耶尔森氏菌才被发现，严峻的形势得到了很好的控制。因此，开发检测、鉴别和定量测定微生物非常重要。另外，微生物通常形成生物膜以在各种环境中生存并适应。在微生物世界中，聚集的样式较为普遍但也较为复杂，并且缺乏足够的了解。迄今为止，对生物膜形成的原位可视化是迫切的需求。

在临床和研究中，通常用于微生物检测的方法有几种，例如革兰氏染色法、平板计数法、最小抑制浓度(MIC)测试和电子显微镜(SEM和TEM)。革兰氏染色法是区分革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的最广泛使用的方法，但是它需要复杂的程序，其中包括洗涤和对比染色的步骤，并且它只能将细菌粗略地分为两大类，而不管活/死状态。平板计数法通过将稀释的细菌悬浮液散布在适当的琼脂上，而被开发出来定量活细菌，但是需要24小时以上的较长培养时间，而且只能在合适的培养基琼脂上准确培养一小部分微生物。MIC是表征药物和生物材料的抗微生物能力的最常用方法。然而，MIC结果是基于肉眼的浊度读出的，这不够灵敏并且在实践中可能产生系统误差。SEM和TEM的应用使研究人员能够观察到更详细的微生物结构，但是这些技术需要复杂的样品制备。需要进一步指出的是，这四种方法都不属于原位表征技术，很难满足对动态微生物的实时监测。因此，需要进一步推进技术创新，实现微生物原位可视化。

荧光技术具有许多优势，例如高灵敏度、纳米级分辨率和原位/现场可视化特性。因此，荧光探针可以很好地满足生物和医学领域微生物研究的所有这些要求。但是，传统的荧光探针在生物系统中的完美使用受到聚集引起的猝灭(ACQ)的固有缺陷的限制。大多数疏水性ACQ发光体可以在水中形成聚集体，强烈的pi-pi相互作用可能导致部分或全部荧光猝灭。另外，该缺陷在复杂的生物系统中将加剧，并阻止这些传统的荧光探针被纳入生物膜监测中。由于生物膜中含有大量的细菌，因此需要足够的荧光分子来匹配细菌的数量，而ACQ发光体无法在如此高的浓度下有效地工作。为了避免ACQ效应，较少和微弱的荧光探针是唯一的选择，即使它们只能应用所测生物膜的不完整信息。此外，传统的荧光探针总是受到其毒性的困扰，例如PI和SYTO9(常用于商业细菌成像试剂盒)。为了减少高毒性的干扰，必须在成像前将这些探针从样品上冲洗掉。辅助冲洗程序似乎完全不能进行生物膜观察。除了相当大的光谱重叠外，配对的SYTO9和PI还将不可避免的系统误差引入到结果中。因此，迫切需要一种具有免洗和最小光谱重叠特性的用于荧光微生物成像的生物相容性系统。

众所周知，聚集诱导发光的荧光发光剂(aggregation-induced emissionluminogens，AIEgen)作为一种新型的荧光材料，可以完全弥补上述所有缺陷。