刺激—响应性聚合物荧光纳米微球的制备及在生物成像方面的应用

发布时间：2017-03-26 04:05

  本文关键词：刺激—响应性聚合物荧光纳米微球的制备及在生物成像方面的应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生物成像技术可以使细胞形态可视化,目前在生物研究领域发挥着重要的作用。荧光检测作为一种响应快速、高灵敏、简单方便以及非侵害的分析技术而被广泛地用于分子识别、生物标记和细胞成像等领域,逐渐成为最常用的生物成像技术。荧光探针的发展促进了细胞生物学和医学诊断的发展。在过去几十年里,人们合成出了一系列的荧光探针,包括半导体量子点、碳量子点、稀土离子掺杂纳米材料、光致发光硅纳米微球、金属纳米簇、有机小分子和荧光蛋白等。其中基于响应性聚合物的荧光纳米微粒受到人们广泛关注。通过不同条件可以合成出尺寸可调、不同表面电荷和表面性质的响应性聚合物纳米微粒,并且响应性聚合物纳米微粒具有良好的分散性、稳定性和生物相容性,特别是聚合物表面含有许多结合位点,有利于功能性分子(如荧光分子、药物分子或靶向分子)通过化学或物理的方法修饰到纳米微粒表面,实现纳米微粒的功能化。此外,响应性聚合物受到外界环境刺激时,自身的物理或化学性质会发生相应的改变,赋予了荧光纳米微粒智能性。目前有机荧光小分子有很多种类。传统有机荧光分子有一个共性:聚集导致淬灭(Aggregation-caused quenching,ACQ)效应。传统有机荧光分子在低浓度下有较强的荧光,然而在高浓度下或聚集态下荧光很弱,这种现象在很大程度上限制了有机荧光分子在生物成像领域的应用。2001年唐本忠院士研究组设计合成了一种新型的荧光分子,这种荧光分子在高浓度或聚集态下有强荧光,均匀分散时荧光降低,这种奇特的现象称为聚集诱导荧光增强(Aggregation-induced emission,AIE)。由AIE型荧光分子和响应性聚合物复合制成的荧光纳米微粒不仅具有聚合物的响应特性,还可以通过增加AIE型荧光分子的含量来提高聚合物的荧光检测灵敏度,降低荧光纳米微粒的光漂白效应。因此AIE型荧光聚合物材料在生物成像领域具有巨大的应用潜力。在论文的第二章,我们设计制备了正电性荧光纳米微球SDSA/PS-co-VBTAC,通过无皂乳液聚合的方法合成了表面带正电荷的纳米微球,利用库仑力的作用将带负电荷的荧光分子SDSA修饰到纳米微球表面,获得了正电性聚合物荧光纳米微球。我们所合成的正电性纳米微球具有良好的水溶性,并且尺寸均一、单分散性好。SDSA是一种典型的水溶性AIE型荧光分子,当将它分散在水溶液中时,荧光很弱;当将其复合到正电性纳米微球上,聚合物链段限制了SDSA荧光分子的分子内转动,使其荧光得到显著增强,显现出优良的AIE效应。所合成的正电性荧光纳米微球在p H=3-10的较宽范围内具有优良的荧光稳定性,而且不同于传统的荧光探针,BSA等生物大分子可以使正电性纳米微球的荧光性质增强,放大其荧光信号。正电性荧光纳米微球有较低的生物毒性,并且它与带负电的细胞膜之间存在静电吸引作用力,可以提高细胞对荧光纳米微球的摄取量。研究结果表明这种正电性荧光纳米微球材料可以用于细胞成像等领域。在论文的第三章,为了拓展对响应性聚合物体系的功能研究,提高荧光探针的靶向性,我们设计构筑了p H响应性荧光纳米微球体系,通过无皂乳液聚合方法合成了具有p H响应性的聚合物纳米微球,利用酰胺化反应将癌细胞靶向的叶酸分子修饰到纳米微球表面,进一步将带负电荷的荧光分子通过库仑力的作用复合到纳米微球表面,获得了具有靶向性的荧光纳米微球。p H响应性纳米微球表面含有正、负两种电荷的官能团,可以通过去离子化作用调节微球表面的带电性质,并利用库仑力作用实现了荧光分子的聚集诱导荧光增强效应(AIE)。通过调节纳米微球表面正/负电荷的比例可以实现p H响应特性。当正/负电荷比例为1:2时,荧光纳米微球在正常生理环境p H=7.4下可以均匀分散在水中,而在肿瘤环境p H=6.5下发生聚集,团聚尺寸较大。这一特征可以使纳米微球通过增强渗透滞留(EPR)效应在癌组织处聚集,同时微球表面的叶酸可以促使纳米微球靶向进入癌细胞,实现荧光成像。p H响应性荧光纳米微球具有荧光稳定性,荧光性质不受环境p H和生物大分子影响,并且具有良好的生物相容性。我们合成的p H响应性荧光纳米微球将在体内靶向肿瘤组织和生物成像等领域具有重要的应用价值。
【关键词】：智能响应 聚合物微球 荧光 靶向 生物成像
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3;TB383.1
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-44
• 1.1 智能响应性聚合物的分类12-19
• 1.1.1 物理刺激12-15
• 1.1.2 化学刺激15-17
• 1.1.3 生物刺激17-19
• 1.2 刺激-响应性聚合物的生物应用19-25
• 1.2.1 疾病诊断方面19-22
• 1.2.2 疾病治疗方面22-25
• 1.3 纳米微粒的物理化学性质25-33
• 1.3.1 微粒尺寸的影响26-28
• 1.3.2 表面性质的影响28-33
• 1.4 聚集诱导发光分子及应用33-42
• 1.4.1 传统荧光分子33-35
• 1.4.2 聚集诱导荧光增强35-37
• 1.4.3 新型AIE型探针37-42
• 1.5 本论文的设计思路42-44
• 第二章 正电性聚合物荧光纳米微球的制备与性质44-57
• 2.1 引言44-45
• 2.2 实验部分45-47
• 2.2.1 实验原料45
• 2.2.2 实验过程45-47
• 2.2.3 表征仪器设备47
• 2.3 结果与讨论47-55
• 2.3.1 纳米微球的形貌表征47-49
• 2.3.2 正电性荧光纳米微球的荧光性质49-50
• 2.3.3 正电性荧光纳米微球的荧光稳定性50-53
• 2.3.4 正电性荧光纳米微球的生物应用53-55
• 2.4 本章小结55-57
• 第三章 pH智能响应性荧光纳米微球制备及其靶向癌细胞成像57-71
• 3.1 引言57-60
• 3.2 实验部分60-61
• 3.2.1 实验原料60
• 3.2.2 实验过程60-61
• 3.2.3 表征仪器设备61
• 3.3 结果与讨论61-69
• 3.3.1 纳米微球的pH响应性和靶向性61-65
• 3.3.2 pH响应性纳米微球的稳定性65-66
• 3.3.3 pH响应性荧光纳米微球的荧光性质66-68
• 3.3.4 pH响应性荧光纳米微球的生物应用68-69
• 3.4 本章小结69-71
• 参考文献71-87
• 作者简介及科研成果87-89
• 致谢89

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