本發(fā)明涉及有機光電子學和光學測量，尤其涉及高發(fā)光、易光漂白熒光分子的開發(fā)，其可以用于快速測量激發(fā)光光斑尺寸和光強分布。

背景技術：

0、技術背景

1、光斑尺寸是決定其光功率密度高低、光學成像質量以及激光加工精度的重要因素之一。準確測量不同光源的光斑尺寸可以幫助優(yōu)化熒光成像結果，提高激光加工分辨率等。目前常用的光斑尺寸測量方法包括利用衍射圖案分析法、刀口法和光束相機直接成像法等。衍射圖案分析法是一種常用于激光系統(tǒng)中測量光斑大小的方法，其原理是光束引導經過一個小孔或小縫，并將其衍射圖樣投影在探測器上。通過對探測器上的衍射圖樣進行分析和處理，可以計算出光斑尺寸?；谠摲椒ㄩ_發(fā)的光束質量分析儀的測試精度可達到微米級別，但是光斑尺寸的測量范圍最高只能達到幾百微米。另外光束質量分析儀的價格較為昂貴，使用成本較高。刀口分析法測量光斑尺寸是利用刀口掃描光束的同時用光電二極管測量通過光的光功率。首先測出全部的光束功率，然后用刀口逐漸切過光束，測出不同強度的光強對應的位置。然后通過兩位置的間距的兩倍等于1/e2直徑推算出光斑直徑。刀口分析法雖然裝置和算法都比較簡單，但只能測量圓形高斯光束直徑，不能獲得激光強度輪廓信息。相機直接成像法需要利用光束相機，原理上能測量任意光束的尺寸和強度輪廓，不過由于高靈敏傳感芯片需要防止成像強度過飽和損壞儀器，而且測量時需要做背景光補償，后期光斑尺寸計算需要大量的數據處理，大大增加了測量光斑尺寸的難度和成本。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的之一是提供一類用于快速測量激發(fā)光光斑尺寸和光強分布的熒光分子。

2、本發(fā)明的目的之二是提供一類用于快速測量激發(fā)光光斑尺寸和光強分布的熒光分子及均勻發(fā)光薄膜的制備方法。

3、本發(fā)明的目的之三是提供一種快速測量激發(fā)光光斑尺寸和光強分布的方法。

4、本發(fā)明首先提供如下式i所示的化合物：

5、

6、其中，r相同或不同，彼此獨立地選自h，c1-12烷基，c1-12烷氧基，所述c1-12烷基和c1-12烷氧基任選被一個，兩個或更多個如下基團所取代：鹵素，oh，c1-12烷基，c1-12烷氧基；

7、r1為非氫取代基，選自鹵素、oh、c1-12烷氧基或c1-12烷基，所述c1-12烷氧基或c1-12烷基任選被一個，兩個或更多個如下基團所取代：鹵素、oh、c1-12烷氧基；所述非氫取代基r1的個數為0、1、2、3或4個；

8、r2選自-c6-12芳基-5-12元雜芳基、-5-12元雜芳基-5-12元雜芳基、-c6-12芳基-c6-12芳基或-5-12元雜芳基-c6-12芳基；所述c6-12芳基和5-12元雜芳基任選被一個，兩個或更多個如下基團所取代：鹵素、oh、c1-12烷基、c1-12烷氧基；

9、(x+z)為芴基或取代芴基的個數，為1、2、3、4、5、6、7、8、9或10；

10、y為苯環(huán)或取代苯環(huán)的個數，為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。

11、根據本發(fā)明的實施方案，r相同或不同，彼此獨立地選自h，c1-6烷基，c1-6烷氧基；所述c1-6烷基和c1-6烷氧基任選被一個，兩個或更多個如下基團所取代：鹵素，oh，c1-6烷基，c1-6烷氧基；

12、r1為非氫取代基，選自鹵素、oh、c1-6烷氧基或c1-6烷基，所述c1-6烷氧基或c1-6烷基任選被一個，兩個或更多個如下基團所取代：鹵素、oh、c1-6烷氧基；所述非氫取代基r1的個數為0、1或2；

13、r2選自-苯基-5-12元雜芳基、-5-12元雜芳基-5-12元雜芳基、-苯基-苯基或-5-12元雜芳基-苯基；所述苯基和5-12元雜芳基任選被一個，兩個或更多個如下基團所取代：鹵素、oh、c1-6烷基、c1-6烷氧基；

14、(x+z)為芴基或取代芴基的個數，為1、2、3、4或5；

15、y為苯環(huán)或取代苯環(huán)的個數，為0、1、2或3。

16、根據本發(fā)明的實施方案，r相同或不同，彼此獨立地選自h或c1-6烷基。

17、根據本發(fā)明的實施方案，(x+z)為芴基或取代芴基的個數，為1、2或3；

18、根據本發(fā)明的實施方案，y為苯環(huán)或取代苯環(huán)的個數，為0或1。

19、在一些實施方案中，式i所示化合物選自如下式ia或ib所示結構：

20、

21、其中r相同或不同，彼此獨立地選自h或c1-6烷基；

22、r2相同或不同，彼此獨立地選自-苯基-咪唑、-苯基-苯并咪唑、-苯基-吲哚、-苯基-惡唑、-苯基-苯并惡唑、-苯基-吡咯、-苯基-茚或-苯基-苯并噻吩；

23、x為1、2或3。

24、在一些具體的實施方案中，一個r為h，另一個為己基；或者兩個r同時為己基；或者兩個r同時為h。

25、在一些具體的實施方案中，x為3。

26、在一些具體的實施方案中，r2相同，選自苯環(huán)與如下基團構成的取代基：

27、

28、其中，*處為與苯基相連的位點。

29、在一些具體的實施方案中，r2相同，選自-苯基-苯并咪唑。

30、在本發(fā)明一些具體的實施方案中，式i所示化合物選自如下結構：

31、

32、根據本發(fā)明的實施方案，式i所示化合物為高發(fā)光、易光漂白的熒光分子，其吸收范圍是300-410納米。當將其用于測量激發(fā)光光斑尺寸和/或光強分布時，待測光源的波長范圍中應包括式i所示化合物的吸收范圍，以使該熒光分子在待測光源照射下發(fā)生光漂白。

33、根據本發(fā)明的實施方案，式i所示化合物的熒光量子效率大于90％。該化合物的熒光發(fā)射效率高，可以增加熒光成像時光漂白區(qū)域和未光漂白區(qū)域對比度。

34、根據本發(fā)明的實施方案，式i所示化合物的發(fā)射范圍是400-480納米。該化合物的發(fā)射波長位于可見光范圍內，可以使熒光成像在熒光顯微鏡下直接觀察。

35、本發(fā)明還提供如上所述式i所示化合物的制備方法，包括如下步驟：

36、

37、1)化合物ia與化合物ib反應得到化合物ic；

38、2)化合物ia與化合物id反應得到化合物ie；

39、3)化合物ic，ie與化合物if反應得到化合物i；

40、其中，r、r1、r2、x、y、z具有如上所述定義；

41、l為鹵素。

42、本發(fā)明還提供如上式i所示化合物在制備熒光分子薄膜中的用途。

43、本發(fā)明還提供如上式i所示化合物制備熒光分子薄膜的方法，包括：

44、將式i所示化合物溶解于有機溶劑，將所得溶液滴于二維基底上，烘干得到熒光薄膜；

45、所述有機溶劑為醇或者氯仿，又或者醇和氯仿的混合溶劑。

46、根據本發(fā)明的實施方案，溶液中式i所示化合物的濃度為0.001到10.0毫克/毫升，取樣體積為0.01到10.0微升。

47、根據本發(fā)明的實施方案，所述醇是乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、正戊醇、異戊烷和正己醇等可揮發(fā)的醇中任意一種或幾種的混合溶劑。

48、根據本發(fā)明的實施方案，所述的二維基底可以是玻璃片，石英片，硅片，云母片或石墨中的一種。

49、根據本發(fā)明的實施方案，所述熒光薄膜的制備方法中，得到致密均勻的高發(fā)光、易光漂白的熒光薄膜的關鍵是在分散均勻的液滴中快速移除溶劑。

50、本發(fā)明還提供如上所述熒光薄膜用于測量激發(fā)光的光斑尺寸的方法，其測量方法包括以下步驟：將待測光源照射如上所述熒光分子薄膜，利用熒光分子的熒光淬滅現象進行熒光成像，再對熒光成像圖片進行灰度分析得到灰度值的二維分布，根據灰度值的分布得到待測光源的光斑尺寸。

51、本發(fā)明還提供如上所述熒光薄膜用于測量激發(fā)光的強度分布的方法，其測量方法包括以下步驟：將待測光源照射如上所述熒光分子薄膜，利用熒光分子的熒光淬滅現象進行熒光成像，將光漂白之后的熒光成像圖片進行灰度分析得到軸向灰度變化，根據灰度的軸向變化得到待測光源的強度分布。

52、根據本發(fā)明的實施方案，本發(fā)明涉及的待測光源的光學參數條件是：波長范圍中包括300-410納米，以使該熒光分子在待測光源照射下發(fā)生光漂白；光功率范圍10-3-103毫瓦，單點的照射時間10-2-102秒。

53、根據本發(fā)明的實施方案，所述的待測光源在波長滿足要求的條件下，光功率密度越小，光漂白所需要的時間越長。要求待測光源的光功率密度閾值為10毫瓦每平方毫米，以實現快速測量激發(fā)光的光斑尺寸和/或強度分布。

54、根據本發(fā)明的實施方案，所述的待測光源在能量強度閾值以上實現高發(fā)光、易光漂白的熒光分子的光漂白，可以是led光源，鹵燈，激光，汞燈，氙燈等任意一種。

55、本發(fā)明的快速測量光斑尺寸和/或強度分布的方法，通過待測光源(led光源，鹵燈，激光，汞燈，氙燈等)照射高發(fā)光、易光漂白的熒光分子薄膜，利用被照射的高發(fā)光、易光漂白的熒光分子的熒光淬滅現象進行熒光成像，實現對待測光源的光斑尺寸和/或強度分布的快速測量。

56、上述快速測量光源的光斑尺寸和強度分布的方法具體可為：當待測光源(led光源，鹵燈，激光，汞燈，氙燈等)照射在高發(fā)光、易光漂白的熒光分子薄膜上時，高發(fā)光、易光漂白的熒光分子在待測光源的照射下會發(fā)生熒光淬滅現象，形成一個明顯的暗色淬滅區(qū)域；然后在顯微鏡熒光模式下對高發(fā)光、易光漂白的熒光分子薄膜進行熒光成像并進行灰度分析，即可得到待測光源的光斑尺寸和強度分布。

57、有益效果

58、相比現有的光斑尺寸和強度分布的測量方法，本發(fā)明提供了一種簡易快速測量光斑尺寸和光強分布的方法，其原理是將式i所示光穩(wěn)定性相對較差的高熒光量子效率分子在二維基底上涂膜，通過待測光斑照射該高發(fā)光、易光漂白的熒光分子薄膜，利用被照射熒光分子的熒光淬滅現象在熒光顯微鏡下進行二次成像，實現對于光斑尺寸和光強分布的快速測量。

59、本發(fā)明的方法操作簡單，快捷，具有一定的應用前景。

60、術語定義和說明

61、在本文中，術語“鹵素”表示氟、氯、溴和/或碘。相應地，術語“鹵代”是指氟代、氯代、溴代和/或碘代。在本文的范圍內，在原子、殘基基團或部分被鹵代時，鹵代位置的原子可以被鹵素原子單取代、二取代或多取代直至全取代，例如“鹵代c1-12烷基”。

62、術語“c1-12烷基”應理解為表示具有1～12個碳原子的直鏈或支鏈飽和一價烴基，優(yōu)選為c1-6烷基?！癱1-6烷基”應理解為優(yōu)選表示具有1、2、3、4、5或6個碳原子的直鏈或支鏈飽和一價烴基。所述烷基是例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、異丙基、異丁基、仲丁基、叔丁基、異戊基、2-甲基丁基、1-甲基丁基、1-乙基丙基、1,2-二甲基丙基、新戊基、1,1-二甲基丙基、4-甲基戊基、3-甲基戊基、2-甲基戊基、1-甲基戊基、2-乙基丁基、1-乙基丁基、3,3-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、1,1-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基或1,2-二甲基丁基等或它們的異構體。特別地，所述基團具有1、2或3個碳原子(“c1-3烷基”)，例如甲基、乙基、正丙基或異丙基。

63、術語“c3-12環(huán)烷基”應理解為表示飽和的一價單環(huán)、雙環(huán)烴環(huán)或多環(huán)烴環(huán)(也稱稠環(huán)烴環(huán))，其具有3-12個碳原子。雙環(huán)或多環(huán)環(huán)烷基包括并環(huán)環(huán)烷基、橋環(huán)烷基、螺環(huán)烷基；所述的并環(huán)是指由兩個或兩個以上環(huán)狀結構彼此公用兩個相鄰的環(huán)原子(即共用一個鍵)所形成的稠環(huán)結構。所述的橋環(huán)是指有兩個或兩個以上環(huán)裝結構彼此共用兩個非相鄰的環(huán)原子所形成的稠環(huán)結構。所述的螺環(huán)是指由兩個或兩個以上環(huán)狀結構彼此共用一個環(huán)原子所形成的稠環(huán)結構。例如所述c3-20環(huán)烷基可以是c3-8單環(huán)環(huán)烷基，如環(huán)丙基、環(huán)丁基、環(huán)戊基、環(huán)己基、環(huán)庚基、環(huán)辛基，或者是c7-12并環(huán)環(huán)烷基，如十氫化萘環(huán)。

64、術語“3-12元雜環(huán)基”意指飽和的一價單環(huán)或雙環(huán)烴環(huán)，其包含1-5個，優(yōu)選1-3個選自n、o和s的雜原子。所述雜環(huán)基可以通過所述碳原子中的任一個或氮原子(如果存在的話)與分子的其余部分連接。特別地，所述雜環(huán)基可以包括但不限于：4元環(huán)，如氮雜環(huán)丁烷基、氧雜環(huán)丁烷基；5元環(huán)，如四氫呋喃基、二氧雜環(huán)戊烯基、吡咯烷基、咪唑烷基、吡唑烷基、吡咯啉基；或6元環(huán)，如四氫吡喃基、哌啶基、嗎啉基、二噻烷基、硫代嗎啉基、哌嗪基或三噻烷基；或7元環(huán)，如二氮雜環(huán)庚烷基。任選地，所述雜環(huán)基可以是苯并稠合的。所述雜環(huán)基可以是雙環(huán)的，例如但不限于5,5元環(huán)，如六氫環(huán)戊并[c]吡咯-2(1h)-基環(huán)，或者5,6元雙環(huán)，如六氫吡咯并[1,2-a]吡嗪-2(1h)-基環(huán)。含氮原子的環(huán)可以是部分不飽和的，即它可以包含一個或多個雙鍵，例如但不限于2,5-二氫-1h-吡咯基、4h-[1,3,4]噻二嗪基、4,5-二氫噁唑基，或4h-[1,4]噻嗪基，或者，它可以是苯并稠合的，例如但不限于二氫異喹啉基。

65、術語“c6-12芳基”應理解為優(yōu)選表示具有6、7、8、9、10、11、12個碳原子的一價芳香性或部分芳香性的單環(huán)、雙環(huán)或三環(huán)烴環(huán)(“c6-14芳基”)，特別是具有6個碳原子的環(huán)(“c6芳基”)，例如苯基；或聯苯基，或者是具有9個碳原子的環(huán)(“c9芳基”)，例如茚滿基或茚基，或者是具有10個碳原子的環(huán)(“c10芳基”)，例如四氫化萘基、二氫萘基或萘基，或者是具有13個碳原子的環(huán)(“c13芳基”)，例如芴基，或者是具有14個碳原子的環(huán)(“c14芳基”)，例如蒽基。

66、術語“5-12元雜芳基”應理解為包括這樣的一價單環(huán)、雙環(huán)或三環(huán)芳族環(huán)系：其具有5、6、7、8、9、10、11、12個環(huán)原子，特別是5或6或9或10個碳原子，且其包含1-5個，優(yōu)選1-3各獨立選自n、o和s的雜原子并且，另外在每一種情況下可為苯并稠合的。特別地，雜芳基選自噻吩基、呋喃基、吡咯基、噁唑基、噻唑基、咪唑基、吡唑基、異噁唑基、異噻唑基、噁二唑基、三唑基、噻二唑基、噻-4h-吡唑基等以及它們的苯并衍生物，例如苯并呋喃基、苯并噻吩基、苯并噁唑基、苯并異噁唑基、苯并咪唑基、苯并三唑基、吲唑基、吲哚基、異吲哚基等；或吡啶基、噠嗪基、嘧啶基、吡嗪基、三嗪基等，以及它們的苯并衍生物，例如喹啉基、喹唑啉基、異喹啉基等；或吖辛因基、吲嗪基、嘌呤基等以及它們的苯并衍生物；或噌啉基、酞嗪基、喹唑啉基、喹喔啉基、萘啶基、蝶啶基、咔唑基、吖啶基、吩嗪基、吩噻嗪基、吩噁嗪基等。

67、除非另有說明，雜環(huán)基、雜芳基或亞雜芳基包括其所有可能的異構形式，例如其位置異構體。因此，對于一些說明性的非限制性實例，吡啶基或亞吡啶基包括吡啶-2-基、亞吡啶-2-基、吡啶-3-基、亞吡啶-3-基、吡啶-4-基和亞吡啶-4-基；噻吩基或亞噻吩基包括噻吩-2-基、亞噻吩-2-基、噻吩-3-基和亞噻吩-3-基。

68、上述對術語“c1-12烷基”的定義同樣適用于含有“c1-12烷基”的其他術語，例如術語“鹵代c1-12烷基”或“c1-12烷氧基”等等。