近红外聚合物量子点的设计制备及活体荧光成像研究
本文选题:近红外聚合物量子点 + 细胞毒性 ; 参考:《吉林大学》2017年博士论文
【摘要】:活体荧光成像技术是生命科学研究和医学基础研究的重要手段。活体荧光成像很大程度上依赖于显像剂的光学特性。以高亮度的近红外荧光材料作为显像剂的活体荧光成像具有深的组织穿透性、高的成像信噪比及灵敏度。因此,发展性能优异的近红外荧光材料对于推动活体荧光成像的发展具有重要意义。半导体聚合物量子点(Semiconducting polymer dots,Pdot)作为一种新型的有机荧光纳米材料,具有光学吸收截面大、荧光亮度高、斯托克斯位移大、稳定性好、生物相容性好等优良特性,已在生物传感、药物输送及肿瘤治疗等领域获得广泛研究。然而,目前在近红外区域发光的Pdot非常少,并且普遍发光较弱,限制了其在活体成像中的应用。因此,本研究致力于设计制备具有优良光学性能的近红外Pdot,并通过对Pdot的纯化来提高其生物相容性。通过在特异性细胞标记、干细胞示踪及对小鼠肿瘤和淋巴结成像方面的研究探索,证明近红外Pdot是一种理想的荧光成像试剂,在生物医学领域具有巨大应用潜力。本文的研究结果如下:1、我们将近红外染料掺杂于Pdot,实现了Pdot在近红外区域的高亮度、窄带荧光发射。由于共轭聚合物与近红外染料间高效的F?rster共振能量转移,使得Pdot的量子效率可高达22%,发射峰的半峰全宽仅为20 nm。同时该Pdot具有高的单粒子荧光亮度及优异的稳定性。2、我们发现利用凝胶过滤层析法对Pdot纯化,可降低Pdot对间充质干细胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)的毒性。纯化的Pdot对MSCs增殖无影响,并且在长期储存后对MSCs无毒性增强趋势。以高浓度纯化的Pdot孵育MSCs,MSCs的多能性标志物表达不受影响。3、我们通过在Pdot表面修饰细胞穿膜肽——八聚精氨酸(Octa-arginine,R8),促进了MSCs对Pdot的摄取,低浓度Pdot在较短的孵育时间内即可高亮度标记干细胞,体外可长期示踪到MSCs的荧光信号。另外,多项分析结果表明摄取大量Pdot的MSCs,其生物学功能不受影响。4、我们首次将近红外Pdot标记的MSCs移植到肝切除模型鼠体内,实现了Pdot对MSCs的体内示踪。研究表明MSCs可促进肝脏再生,并且可降低肝脏的炎性反应。因此,近红外Pdot可作为一种非常理想的荧光纳米材料,用于基于干细胞的再生医学研究。5、我们利用Suzuki偶联法将近红外卟啉单元连接到共轭聚合物骨架上,首次合成在~800 nm处具有窄带发光的共轭聚合物。以该共轭聚合物制备得到小尺寸、高亮度的Pdot(NIR800 Pdot),在特异性细胞标记应用上,与商品化的近红外探针PE-Cy7相比,展现出更好的标记效果。6、我们制备了混杂Pdot,与NIR800 Pdot相比,其吸收光谱发生红移,同时荧光亮度得到显著提高;将聚乙二醇(PEG)基团修饰到混杂Pdot表面,有效降低网状内皮系统对Pdot的摄取,显著延长其体内停留时间;以PEG-Pdot作为荧光造影剂对淋巴结成像,与传统的蓝染法比较,前者展现了更高的成像信噪比及更长的示踪窗口时间;PEG-Pdot在荷瘤小鼠肿瘤及淋巴结部位大量蓄积,以Pdot作为造影剂的荧光成像,可指导临床精准的外科切除。
[Abstract]:Living fluorescent imaging is an important means of life science and basic medical research. Living fluorescent imaging relies heavily on the optical properties of imaging agents. The living fluorescence imaging with high luminance near infrared fluorescence as imaging agent has deep tissue penetration, high imaging signal to noise ratio and sensitivity. Excellent near infrared fluorescence materials are of great significance for promoting the development of living fluorescent imaging. Semiconducting polymer dots (Pdot), as a new kind of organic fluorescent nanomaterials, has high optical absorption cross section, high luminance, large Stokes displacement, good stability and good biocompatibility. The excellent properties have been widely studied in the fields of biosensing, drug delivery and cancer treatment. However, there are few Pdot luminescence in the near infrared region, and the widespread luminescence is weak, which restricts its application in vivo imaging. Therefore, this study is devoted to the design and preparation of near infrared Pdot with excellent optical properties and through to Pdo T is purified to improve its biocompatibility. Through the study of specific cell markers, stem cell tracers and imaging of tumor and lymph nodes in mice, it is proved that near infrared Pdot is an ideal fluorescent imaging reagent and has great potential for application in the field of biomedicine. The results of this study are as follows: 1, we are nearly infrared dyes. Doped with Pdot, the high luminance and narrow band fluorescence emission of Pdot in the near infrared region are achieved. The quantum efficiency of Pdot can be as high as 22% because of the efficient F? Rster resonance energy transfer between the conjugated polymer and the near infrared dye. The half peak width of the emission peak is only 20 nm. and the Pdot has high single particle luminance and excellent stability.2, and the Pdot has high luminance and excellent stability. We found that the purification of Pdot by gel filtration chromatography can reduce the toxicity of Pdot to Mesenchymal stem cells (MSCs). The purified Pdot has no effect on the proliferation of MSCs, and increases the nontoxic tendency to MSCs after long-term storage. The MSCs of Pdot is incubated with high concentration of Pdot, and the expression of the pluripotent marker of MSCs is not affected. We improve the uptake of Pdot by modifying the membrane peptide - eight polyarginine (Octa-arginine, R8) on the surface of the Pdot. The low concentration Pdot can mark the stem cells with high brightness in the short incubation time. In vitro, the MSCs can be traced to the fluorescent signal of MSCs in vitro. In addition, the multiple analysis results show that a large amount of Pdot is absorbed in a large amount of Pdot. The function is not affected by.4, and our first near infrared Pdot labeled MSCs has been transplanted into the hepatectomy model rat and the Pdot has been traced to MSCs in vivo. The study shows that MSCs can promote liver regeneration and reduce the inflammatory response of the liver. Therefore, near infrared Pdot can be used as an unusually ideal fluorescent nano material based on stem cells. In the regenerative medicine study.5, we use the Suzuki coupling method of near infrared porphyrin unit to connect to the conjugated polymer skeleton and synthesize the conjugated polymer with narrow band luminescence at ~800 nm for the first time. The conjugated polymer is prepared to obtain small size, high brightness Pdot (NIR800 Pdot), and in the application of specific cell marking, and commercialized near red. Compared with the external probe PE-Cy7, we showed a better labeling effect of.6. We prepared a hybrid Pdot. Compared with NIR800 Pdot, the absorption spectrum was red shift and the luminance was significantly improved. The modification of the polyethylene glycol (PEG) group to the mixed Pdot surface could effectively reduce the uptake of Pdot in the network endothelial system and prolong the retention time in the body significantly. PEG-Pdot was used as a fluorograph for lymph node imaging, compared with the traditional blue staining method, the former showed a higher imaging signal to noise ratio and longer tracer window time; PEG-Pdot was accumulated in tumor and lymph nodes of tumor bearing mice, and Pdot was used as a fluorograph of contrast agent, which could guide clinical surgical excision.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O657.3
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 ;国内新荧光成像技术可清晰呈现血管脉动[J];化学分析计量;2013年01期
2 王懋;李春炎;孙云飞;李敏;翟晓敏;吴东岷;;近红外小动物活体荧光成像系统的研制[J];光学学报;2013年06期
3 高艳虹;余梦晓;李富友;李定国;易涛;陆汉明;黄春辉;;细胞内铜离子的双光子荧光成像(英文)[J];感光科学与光化学;2007年05期
4 王可;陈廷;;数码紫外荧光成像技术与原棉异纤检测[J];纺织科技进展;2009年06期
5 陈建宏;汪鹏飞;;新型有机荧光染料的设计、合成及在荧光成像中的应用[J];影像科学与光化学;2013年04期
6 王栩;赵谦;孙娟;吕建政;唐波;;细胞内活性小分子近红外荧光成像探针[J];化学进展;2013年Z1期
7 刘亭廷;彭程;马云川;欧阳津;;碳量子点荧光成像法应用于聚丙烯酰胺凝胶电泳检测人血清蛋白质的研究[J];化学学报;2013年06期
8 敬静;唐娟;谢达;蔡元博;陈涓涓;张俊龙;;发光ZnSalen配合物在分子荧光成像中的应用进展[J];中国科学:化学;2014年02期
9 林新峰;朱华;洪业;杨志;;CD20靶向Cy7-Rituximab分子探针的制备及在小鼠活体荧光成像中的应用[J];高等学校化学学报;2013年09期
10 张飞雪;李胜清;陈浩;;纸上荧光成像-数码比色法快速测定维生素B_2[J];分析试验室;2014年08期
相关会议论文 前10条
1 薛松超;李晶;冯杭;刘谦;;基于冷冻磨削成像技术的断层荧光成像系统[A];中国遗传学会第十届全国激光生物学学术会议论文摘要集[C];2009年
2 唐波;;细胞内活性氧自由基瞬时、动态、可逆荧光成像研究新进展[A];第八届全国化学生物学学术会议论文摘要集[C];2013年
3 林幸笋;孙飞;王珏;马辉;赵静波;季梁;陈瓞延;;血管弹力纤维双光子自荧光成像与分析[A];第三届全国现代生物物理技术学术讨论会论文摘要汇编[C];2000年
4 谢树森;李步洪;陆祖康;;一种新型鼻咽癌诊断与定位的荧光成像装置[A];中国仪器仪表学会学术论文集[C];2004年
5 郭亨长;Hossein Aleyasin;Scott Howard;Bryan C Dickinson;Renee Haskew-Layton;Demirhan Kobat;Vivian S Lin;David Rivera;Christopher J Chang;Rajiv R Ratan;许春辉;;细胞内可控过氧化氢的产生和荧光成像[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
6 成康民;李艳周;吕丰;武莉;高丽丽;刘鉴峰;刘金剑;刘天军;;水溶性糖酞菁近红外荧光成像分子探针的合成与评价[A];天津市生物医学工程学会第30次学术年会暨生物医学工程前沿科学研讨会论文集[C];2010年
7 喻碧莺;蔡吓妹;李志芳;陈海宇;李晖;;大鼠早期急性心肌缺血的双光子荧光成像及分析[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
8 陈小慧;梁淑彩;刘衍斌;余慧;高晨;鄢国平;;萘酰亚胺/PEI荧光纳米粒的制备及细胞双光子荧光成像[A];2012年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(上册)[C];2012年
9 周治国;李富友;黄春辉;;过渡金属离子的荧光化学传感与细胞荧光成像[A];中国化学会第26届学术年会光化学分会场论文集[C];2008年
10 刘秀丽;全廷伟;曾绍群;;低信噪比和非线性神经网络钙信号的解析[A];中国神经科学学会第九届全国学术会议暨第五次会员代表大会论文摘要集[C];2011年
相关重要报纸文章 前3条
1 华凌;新荧光成像技术可清晰呈现血管脉动[N];科技日报;2012年
2 庄愉;荧光成像技术在药剂学研究中渐受瞩目[N];中国医药报;2005年
3 申宝忠 衣晓峰 岳金凤;活体荧光成像:看得见肿瘤生长过程[N];健康报;2006年
相关博士学位论文 前6条
1 钟旖菱;荧光硅纳米颗粒的制备及其在生物荧光成像中的应用基础研究[D];苏州大学;2015年
2 朱镇峰;聚集诱导发光染料的非线性光学性质研究及生物成像应用[D];浙江大学;2016年
3 陈丹丹;近红外聚合物量子点的设计制备及活体荧光成像研究[D];吉林大学;2017年
4 柳万国;纳米荧光材料经硬膜外腔给药实现脊髓快速荧光成像的实验研究[D];吉林大学;2017年
5 艾敏;Golgi-Cox染色鼠脑神经元的荧光成像[D];华中科技大学;2015年
6 张继超;微束X射线荧光成像方法及其在纳米材料生物学效应研究中的应用[D];中国科学院研究生院(上海应用物理研究所);2013年
相关硕士学位论文 前10条
1 陈东菊;微波法快速制备β-NaYF_4/NaGdF_4:Nd~(3+)近红外发光纳米粒子及应用[D];暨南大学;2016年
2 张婉君;荧光金纳米簇在生物成像和检测中的应用研究[D];东南大学;2016年
3 马钰慧;紫外荧光成像系统的研制[D];华侨大学;2014年
4 吴培;用于反射式荧光成像的光谱分离方法[D];华中科技大学;2012年
5 汪海龙;活体红色荧光成像评估Ag85A/B DNA疫苗联合抑瘤效应的实验研究[D];山西医科大学;2010年
6 金霞;基于石墨烯的光致电化学生物传感器及荧光成像的研究[D];青岛科技大学;2012年
7 付晓燕;新型铽配合物的制备及时间分辨荧光成像测定[D];大连理工大学;2010年
8 伍旭;基于纳米材料的肿瘤活体荧光成像以及光动力学治疗研究[D];湖南大学;2010年
9 崔文思;核酸适配体用于实体瘤活体荧光成像研究[D];湖南大学;2013年
10 郑瑶;乳腺癌细胞移植瘤模型的建立及小动物超声和活体荧光成像中的应用比较[D];吉林大学;2015年
,本文编号:1838252
本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/1838252.html