Colorantes del infrarrojo cercano como indicadores de la dispersión raman potenciada en la superficie.

Una nanopartícula que comprende una molécula indicadora activa en SERS de la fórmula:

A-Y

en donde:

A se selecciona del grupo que consiste en:**Fórmula**

y

en donde X1 es CR4 o N;

Y se selecciona del grupo que consiste en:**Fórmula**

; y

**Fórmula**

en donde:

r, s, y t son cada uno independientemente un número entero de 1;

cada X2 y X3 se selecciona independientemente del grupo que consiste en C, S, y N, con la condición de que (i) cuando X2 es C o S, R5 es Z, o cuando X3 es C o S, R6 es Z, tal como se define Z más adelante en el presente documento; (ii) si ambos X2 y X3 son N al mismo tiempo, al menos uno de R5 y R6 está ausente; y (iii) cuando X2 es N, R5 cuando está presente es Z', o cuando X3 es N, R6 cuando está presente es Z', en donde Z' se selecciona del grupo que consiste en:

-(CH2)n-X4; -NR8-(CH2)p-X5; -(CH2)qX6C(≥O)-R9,**Fórmula**

en donde:

n, p, q, u, y v son cada uno independientemente un número entero de 1 a 8;

cada uno de X4 y X5 se selecciona independientemente del grupo que consiste en hidroxilo, amino, y tiol;

X6 es O o NR11;

en donde;

cada R1, R2, R3, R4, R5, R6, R8, R10, R11, y Z se selecciona independientemente del grupo que consiste en H, alquilo, alquilo sustituido, heteroalquilo, heteroalquilo sustituido, cicloalquilo, cicloalquilo sustituido, cicloheteroalquilo, cicloheteroalquilo sustituido, arilo, arilo sustituido, aralquilo, hidroxilo, alcoxilo, hidroxialquilo, hidroxicicloalquilo, alcoxicicloalquilo, aminoalquilo, aciloxilo, alquilaminoalquilo, y alcoxicarbonilo;

R7 es Z';

R9 es -(CH2)m-X7 o -(CH2)m-B, en donde

m es un número entero de 1 a 8;

X7 es halógeno; y

B es una molécula enlazadora que tiene una afinidad de unión por un ligando o analito a detectar.

detaiiada

Se describirá la materia objeto descrita en la presente solicitud de forma más completa a continuación en el presente documento con referencia a los dibujos que la acompañan, en los cuales se muestran algunas pero no todas las realizaciones de la materia objeto descrita en la presente solicitud. Muchas modificaciones y otras realizaciones de la materia objeto descrita en la presente solicitud se le ocurrirán a una persona experta en la técnica a la que pertenece la materia objeto descrita en la presente solicitud aprovechando las enseñanzas presentadas en las anteriores descripciones y en los dibujos asociados. Por tanto, debe entenderse que la materia objeto descrita en la presente solicitud no debe limitarse a las realizaciones específicas descritas y que se pretende que las modificaciones y otras realizaciones se incluyan en el alcance de las reivindicaciones adjuntas. Aunque se empleen en el presente documento términos específicos, se usan solo en un sentido genérico y descriptivo y no a fines de limitación.

Los términos "un", "uno," y "el " se refieren a "uno o más" cuando se usan en esta solicitud, incluyendo las reivindicaciones. Por tanto, por ejemplo, una referencia a "una muestra" incluye una pluralidad de muestras, a no ser que el contexto indique claramente lo contrario (por ejemplo, una pluralidad de muestras), y así sucesivamente.

En toda la memoria descriptiva y las reivindicaciones, las palabras "comprende", "comprenden" y "que comprende" se utilizan en un sentido no exclusivo, excepto si el contexto requiere otra cosa.

Como se emplea en esta memoria, se entiende que el término "aproximadamente," cuando se refiere a un valor abarca variaciones de, en algunas realizaciones ± 50 %, en algunas realizaciones ± 20 %, en algunas realizaciones ± 10 %, en algunas realizaciones ± 5 %, en algunas realizaciones ± 1 %, en algunas realizaciones ± 0,5 %, y en algunas realizaciones ± 0,1 % de la cantidad especificada, ya que dichas variaciones son adecuadas para realizar los métodos descritos o emplear las composiciones descritas.

I. Nanopartículas que comprenden moléculas indicadoras activas en SERS en el IR cercano

La materia objeto descrita en la presente solicitud proporciona colorantes en el infrarrojo cercano y su uso como moléculas indicadoras activas en SERS, que se denominan también en el presente documento moléculas activas en SERS, colorantes activos en SERS, o marcas activas en SERS. Lina "molécula indicadora" se refiere a cualquier molécula o compuesto químico que puede producir un espectro Raman cuando se ilumina con radiación de una longitud de onda adecuada. Lina "molécula indicadora" puede denominarse también en el presente documento como una "marca", un "colorante", una "molécula activa en Raman", o una "molécula activa en SERS"," cada una de las cuales puede usarse de manera indistinta.

Tal como se detalla en lo sucesivo, la Intensidad de la señal SERS observada para los colorantes activos en SERS descritos en la presente solicitud cuando se asocian con, es decir, se adsorben o se unen a una nanopartícula es mayor que la observada para las moléculas indicadoras activas en SERS y los colorantes comerciales conocidos en la

materia. Las señales SERS potenciadas observadas para los colorantes activos en SERS descritos en la presente solicitud permiten su uso en aplicaciones tales como ensayos diagnósticos utilizando espectroscopia Raman como método de detección, formación de imágenes ópticas de tejidos y células, y otras aplicaciones en las que se requiere una elevada sensibilidad.

5 Cuando se usan en un ensayo diagnóstico, las señales SERS potenciadas observadas para los colorantes activos en SERS descritos en la presente solicitud permiten la detección de biomarcadores, incluyendo, pero no se limitan a, proteínas, ácidos nucleicos, y metabolitos, a concentraciones menores que las mensurables utilizando moléculas indicadoras activas en SERS conocidas en la técnica. Esta mayor sensibilidad es beneficiosa en aplicaciones en las que la señal Raman ha de pasar a través de, es decir, se transmite a través de, un medio complejo, tal como sangre 10 completa o suero.

Además, se pueden requerir ensayos diagnósticos con una sensibilidad mayor por los analitos de interés para la detección temprana de una dolencia o patología en un sujeto.

A. /Vanoparf/cu/as que comprenden mo/écu/as /nd/cadoras ací/vas en SERS en e/ /E cercano de Eórmu/a A-Y

En algunas realizaciones, la materia objeto descrita en la presente solicitud proporciona una nanopartícula que 15 comprende una molécula indicadora activa en SERS de la Fórmula:

AY

en donde:

A se selecciona del grupo que consiste en:

en donde Xi es CR4 o N;

Y se selecciona del grupo que consiste en:

R3

en donde:

25 r, s, y t son cada uno independientemente un número entero de 1;

cada uno de X2 y X3 se selecciona independientemente entre el grupo que consiste en C, S, y N, con la condición que (i) cuando X2 es C o S, R5 es Z, o cuando X3 es C o S, Re es Z, tal como se define Z más adelante en el presente documento; (¡i) si ambos X2 y X3 son N al mismo tiempo, al menos uno de R5 y Rf, está ausente; y (i¡¡) cuando X2 es N, Rs cuando está presente es Z', o cuando X3 es N, R6 cuando está presente es Z' en donde Z' se selecciona del grupo 30 que consiste en:

-(CH2)n-X4; -NR8-(CH2)p-Xs; -(CH2)qXeC(=0)-R9,

en donde:

n, p, q, u, y v son cada uno independientemente un número entero de 1 a 8;

cada uno de X4 y X5 se selecciona independientemente del grupo que consiste en hidroxilo, amino, y tiol;

X6 es O o NRn; en donde:

cada R1, R2, R3, R4, Rs, R6, Rs, R10, R11, y Z se selecciona independientemente del grupo que consiste en H, alquilo, alquilo sustituido, heteroalquilo, heteroalquilo sustituido, cicloalquilo, cicloalquilo sustituido, cicloheteroalquilo, cicloheteroalquilo sustituido, arilo, arilo sustituido, aralquilo, hidroxilo, alcoxilo, hidroxialquilo, hidroxicicloalquilo, alcoxicicloalquilo, aminoalquilo, aciloxilo, alquilaminoalquilo, y alcoxicarbonilo;

R7 es Z';

Rs es -(CH2)m-X7 o -(CH2)m-B, en donde m es un número entero de 1 a 8;

X7 es halógeno; y

B es una molécula enlazadora que tiene una afinidad de unión por un ligando o analito a detectar.

En algunas realizaciones, la variable "A" de fórmula A-Y comprende un núcleo de cumarina, un núcleo de azacumarina, un núcleo de benzodiazol, o sus análogos o derivados. Las estructuras representativas de un núcleo de cumarina, un núcleo de azacumarina, y un núcleo de benzoxadiazol se proporcionan en el presente documento inmediatamente a continuación:

cumarina ; aza-cumarina ; y benzoxadiazol

Como se emplea en esta memoria, un "análogo" se refiere a un compuesto químico en el que se han sustituido uno o más átomos individuales o grupos funcionales de un compuesto precursor, tanto con un átomo diferente como con un grupo funcional diferente. Por ejemplo, tiofeno es un análogo de furano, en el que el átomo de oxígeno del anillo de furanilo de cinco miembros está sustituido por un átomo de azufre.

Como se emplea en esta memoria, un "derivado" se refiere a un compuesto químico que se deriva o se obtiene a partir de un compuesto precursor y contiene elementos esenciales del compuesto precursor, pero normalmente tiene uno o más grupos funcionales diferentes. Dichos grupos funcionales se pueden añadir a un compuesto precursor por ejemplo, para mejorar la solubilidad, absorción, semivida biológica, actividad Raman, y similares, de la molécula, o disminuir la toxicidad de la molécula, eliminar o atenuar cualquier efecto secundario indeseable de la molécula, y similares. Se entiende que un derivado de un compuesto precursor incluye cualquier modificación química, adición, deleción, o sustitución del compuesto precursor En algunas realizaciones, un derivado de un compuesto precursor puede incluir cualquier producto de reacción del derivado, por ejemplo, el producto de derivado con un resto de aminoácido. Por consiguiente, en algunas realizaciones, las nanopartículas activas en SERS descritas en la presente solicitud pueden incluir un colorante de Fórmula A-Y, donde el núcleo de colorante incluye un grupo reactivo que se puede conjugar, por ejemplo, unido covalentemente, a un aminoácido, por ejemplo, un resto aminoácido de una proteína. Un ejemplo no limitante de un derivado es un áster o amida de un compuesto precursor que tiene un grupo funcional ácido carboxílico.

En algunas realizaciones, la molécula colorante... [Seguir leyendo]

1. Una nanopartícula que comprende una molécula Indicadora activa en SERS de la fórmula:

A-Y

en donde:

A se selecciona del grupo que consiste en:

en donde Xi es CR4 o N;

Y se selecciona del grupo que consiste en:

en donde:

r, s, y t son cada uno Independientemente un número entero de 1 ;

cada X2 y X3 se selecciona Independientemente del grupo que consiste en C, S, y N, con la condición de que (i) cuando X2 es C o S, R5 es Z, o cuando X3 es C o S, R6 es Z, tal como se define Z más adelante en el presente documento; (¡I) si ambos X2 y X3 son N al mismo tiempo, al menos uno de R5 y R6 está ausente; y (iii) cuando X2 es N, R5 cuando está presente es Z', o cuando X3 es N, R6 cuando está presente es Z', en donde Z' se selecciona del grupo que consiste en:

-(CH2)n-X4; -NR8-(CH2)p-Xs; -(CH2)qXgC(=0)-R9,

en donde:

n, p, q, u, y v son cada uno independientemente un número entero de 1 a 8;

cada uno de X4 y X5 se selecciona independientemente del grupo que consiste en hidroxilo, amino, y tiol;

X6 es O o NR11;

en donde;

cada R1, R2, R3, R4, Rs, Re, Rs, R10, R11, y Z se selecciona independientemente del grupo que consiste en H,

alquilo, alquilo sustituido, heteroalquilo, heteroalquilo sustituido, cicloalquilo, cicloalquilo sustituido, cicloheteroalquilo, cicloheteroalquilo sustituido, arilo, arilo sustituido, aralquilo, hidroxilo, alcoxilo, hidroxialquilo, hidroxicicloalquilo, alcoxicicloalquilo, aminoalquilo, aciloxilo, alquilaminoalquilo, y alcoxicarbonilo;

R? es Z';

Rg es -(CH2)m-X7 o -(CH2)m-B, en donde

m es un número entero de 1 a 8;

X7 es halógeno; y

B es una molécula enlazadora que tiene una afinidad de unión por un ligando o analito a detectar.

2. La nanopartícula de la reivindicación 1, en donde la molécula indicadora activa en SERS de fórmula A - Y se 15 selecciona del grupo que consiste en:

cu.

R-

X'

Rs

en donde:

X' se selecciona del grupo que consiste en hldroxllo, amino, y tiol; y cada Ri y R2 se selecciona 5 Independientemente del grupo que consiste en H, alquilo, alquilo sustituido, heteroalquilo, heteroalquilo sustituido,

clcloalqullo, clcloalquilo sustituido, cicloheteroalquilo, cicloheteroalquilo sustituido, arilo, arilo sustituido, aralquilo, hldroxllo, alcoxl), hldroxlalqullo, hldroxlclcloalqullo, alcoxicicloalquilo, aminoalquilo, aciloxilo, alquilaminoalquilo, y alcoxlcarbonllo.

3. La nanopartícula de la reivindicación 1, en donde la molécula indicadora activa en SERS de fórmula A - Y se adsorbe 10 en la superficie externa de la nanopartícula, o en donde la molécula indicadora activa en SERS de fórmula A - Y se une

covalentemente a la superficie externa de la nanopartícula.

4. La nanopartícula de la reivindicación 1, en donde la nanopartícula comprende un metal seleccionado del grupo que consiste en Au, Ag, Cu, Na, Al, y Cr, o en donde la nanopartícula comprende una aleación de al menos dos metales seleccionados entre el grupo que consiste de Au, Ag, Cu, Na, Al, y Cr.

5. La nanopartícula de la reivindicación 1, en donde la nanopartícula tiene un diámetro inferiora 200 nm, o en donde la

nanopartícula tiene un diámetro entre 40 nm y 100 nm.

6. La nanopartícula de la reivindicación 1, en donde la molécula indicadora activa en SERS de fórmula A-Y forma una capa sobre una superficie externa de la nanopartícula, en donde la capa cubre al menos parcialmente la superficie externa de la nanopartícula y está definida por una superficie interna y una superficie externa, y en donde la capa de la

20 molécula activa en SERS se selecciona del grupo que consiste en una submonocapa, una monocapa, y una multicapa.

7. La nanopartícula de la reivindicación 6, que comprende además un encapsulante, en donde el encapsulante se coloca en al menos una de la superficie externa de la nanopartícula y la superficie externa de la capa de la molécula indicadora activa en SERS de fórmula A - Y, y en donde el encapsulante comprende uno o más materiales seleccionados entre el grupo que consiste de un vidrio, un polímero, un metal, un óxido metálico, y un sulfuro metálico.

8. La nanopartícula de la reivindicación 7, en donde el vidrio comprende SiO*.

9. La nanopartícula de la reivindicación 7 en donde el encapsulante tiene un espesor de 1 nm a 40 nm.

10. Un método para detectar la presencia o la cantidad de uno o más analtos en una muestra biológica, comprendiendo el método:

(a) proporcionar una muestra biológica que se sospecha que contiene uno o más analitos;

(b) poner en contacto la muestra biológica con un reactivo que comprende una o más nanopartículas activas en SERS que tienen asociado con la misma al menos una molécula enlazadora específica que tiene afinidad por el uno o más analitos y al menos una molécula indicadora activa en SERS de Fórmula:

A-Y

en donde:

A se selecciona del grupo que consiste en:

en donde Xi es CR4 o N;

Y se selecciona del grupo que consiste en:

en donde:

r, s, y t son cada uno independientemente un número entero de 1;

15 cada X2 y X3 se selecciona independientemente del grupo que consiste en C, S, y N, con la condición de que

(i) cuando X2 es C o S, R5 es Z, o cuando X3 es C o S, R6 es Z, tal como se define Z más adelante en el presente documento; (¡i) si ambos X2 y X3 son N al mismo tiempo, al menos uno de R5 y R6 está ausente; y (i¡¡) cuando X2 es N, R5 cuando está presente es Z', o cuando X3 es N, R6 cuando está presente es Z', en donde Z' se selecciona del grupo que consiste en:

-(CH2)n-X4; -NRs-(CH2)p-Xs; -(CH2)qXeC(=0)-R9,

R10 / i N -H2C)I

U

en donde;

n, p, q, u, y v son cada uno independientemente un número entero de 1 a 8;

cada uno de X4 y X5 se selecciona independientemente del grupo que consiste en hidroxilo, amino, y tiol;

X6 es O o NR11; en donde;

cada R1, R2, R3, R4, R5, R6, Rs, R10, R11, y Z se selecciona independientemente del grupo que consiste en H, alquilo, alquilo sustituido, heteroalquilo, heteroalquilo sustituido, cicloalquilo, cicloalquilo sustituido, cicloheteroalquilo, cicloheteroalquilo sustituido, arilo, arilo sustituido, aralquilo, hidroxilo, alcoxilo, hidroxialquilo, hidroxicicloalquilo, alcoxicicloalquilo, aminoalquilo, aciloxilo, alquilaminoalquilo, y alcoxicarbonilo;

R7 es Z';

Rs es -(CH2)m-X7 o -(CH2)m-B, en donde m es un número entero de 1 a 8;

X7 es halógeno; y

B es una molécula enlazadora que tiene una afinidad de unión por un ligando o analito a detectar;

(c) ¡luminar la muestra biológica con radiación incidente a una longitud de onda para inducir a la molécula indicadora activa en SERS a producir una señal SERS; y

(d) medir la señal SERS para detectar la presencia o la cantidad de uno o más analitos de la muestra biológica, con la condición de que se excluya un método diagnóstico realizado sobre el organismo humano o animal.

11. El método de la reivindicación 10, en donde el uno o más analitos se selecciona del grupo que consiste en un ácido nucleico, un fragmento de ADN, un nucleótido, un polinucleótido, un oligonucleótido, o en donde el analito comprende una estructura diana de una célula.

12. El método de la reivindicación 10, en donde el reactivo comprende una nanopartícula que tiene asociado con la misma más de una molécula indicadora activa en SERS de fórmula A - Y, en donde cada una o más moléculas indicadoras activas en SERS presenta una señal SERS mensurable y distinta.

13. El método de la reivindicación 10, en donde la molécula enlazadora específica que tiene afinidad por el uno o más analitos está directamente unida a la superficie externa de la nanopartícula, o en donde la molécula enlazadora específica está covalentemente unida a la nanopartícula a través de un enlazador.

14. El método de la reivindicación 13, en donde el enlazador comprende polietilenglicol (PEG).

15. El método de la reivindicación 14, en donde el polietilenglicol comprende al menos 12 subunidades de etilenglicol, o en donde el polietilenglicol comprende una molécula de polietilenglicol (PEG) heterobifuncional, en donde la molécula de PEG heterobifuncional comprende un primer grupo funcional en un primer extremo de la molécula de PEG heterobifuncional y un segundo grupo funcional en un segundo extremo de la molécula de PEG heterobifuncional.

16. El método de la reivindicación 15, en donde el primer grupo funcional comprende un áster de N-hidroxisuccinimida (NHS) y en donde el segundo grupo funcional comprende una maleimida.

17. El método de la reivindicación 16, en donde la molécula de PEG heterobifuncional está unida covalentemente a la nanopartícula activa en SERS a través de un grupo tiol de la nanopartícula activa en SERS y el grupo maleimida de la molécula de PEG heterobifuncional.

18. El método de la reivindicación 17, en donde la molécula enlazadora específica comprende un polinucleótido, y en donde el polinucleótido está unido covalentemente a la molécula de PEG heterobifuncional a través de un grupo amina en el extremo 5' o 3' del polinucleótido y al áster de NHS de la molécula de PEG heterobifuncional.

19. El método de la reivindicación 10, en donde la molécula enlazadora específica que tiene afinidad por el uno o más analitos está conjugada con la molécula indicadora activa en SERS de fórmula A - Y.

20. El método de la reivindicación 10, en donde la molécula indicadora activa en SERS de fórmula A -Y forma una capa sobre una superficie externa de la nanopartícula, en donde la capa cubre al menos parcialmente la superficie externa de la nanopartícula y está definida por una superficie interna y una superficie externa, y en donde la nanopartícula comprende además un encapsulante, en donde el encapsulante se coloca en al menos una de la superficie externa de la nanopartícula y la superficie externa de la capa de la molécula indicadora activa en SERS de fórmula A - Y.

21. El método de la reivindicación 10, que comprende además poner en contacto una pluralidad de partículas de captura magnética con la muestra biológica, en donde cada partícula de captura magnética tiene unida sobre la misma al menos una molécula enlazadora que tiene afinidad por el uno o más analltos, y en donde la partícula de captura magnética forma un complejo con la nanopartícula activa en SERS que tiene asociada sobre sí misma una molécula Indicadora activa en SERS de fórmula A - Y, y que comprende además exponer la muestra biológica a un campo magnético para hacer que el complejo entre la partícula de captura magnética y la nanopartícula activa en SERS migre 5 hacia una zona localizada del dispositivo de recogida de muestra.

22. El método de la reivindicación 21, que comprende además ¡luminar la zona localizada del dispositivo de recogida de muestra con radiación incidente para detectar la presencia o la cantidad de uno o más analitos asociados con la partícula de captura magnética y la nanopartícula activa en SERS.

23. El método de la reivindicación 10, en donde el uno o más analitos se inmovilizan sobre un soporte sólido, en donde 10 la una o más nanopartículas activas en SERS que tienen asociado con la misma al menos una molécula enlazadora

específica que tiene afinidad por el uno o más analitos y al menos una molécula indicadora activa en SERS de Fórmula A- Y se han inmovilizado en un soporte sólido.

24. Un kit que comprende un reactivo que comprende una o más nanopartículas activas en espectroscopia Raman potenciada en superficie (SERS) que tiene asociada sobre la misma al menos una molécula indicadora activa en

15 SERS tal como se ha definido en una de las reivindicaciones 1 a 9.