多功能荧光纳米颗粒的设计合成与生物应用研究

发布时间：2017-09-14 15:07

  本文关键词：多功能荧光纳米颗粒的设计合成与生物应用研究

  更多相关文章： 纳米颗粒 荧光 多功能 杂化 点击化学 荧光共振能量转移 生物应用

【摘要】：纳米材料由于尺寸小而具有纳米效应,使得材料自身在物理、化学性能方面较块状材料都有显著的提高。其中,纳米颗粒的结构组成多样性使其在实际应用中具有优异的可设计性。而荧光技术具有灵敏性好、选择性强、方便、多样化等优势,近年来已经被广泛应用于生物医药领域。荧光纳米材料是荧光技术与纳米技术的结合,由于其优异的光学性能、高灵敏度及快速响应等优势,越来越受到人们的重视,并被广泛应用于生命科学等诸多方面(尤其是生物医药领域),令其在该方面具有重要的学术价值以及广阔的应用开发前景。本文成功地合成了一系列多功能的荧光纳米颗粒,并对它们在相关生物领域的应用进行了较为详细的研究。具体内容如下：1.利用无水反相微乳液聚合方法,使用液态亲水单体N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)成功制备了尺寸2.6 nm的PDMAA纳米微凝胶,并对其组成及形貌进行了表征。利用反相微乳液体系的特点,通过体系水含量的调节,制备了一系列10 nm以下不同尺寸的PDMAA纳米微凝胶,实现了对产物纳米颗粒尺寸的可控。在上述体系中,我们首次发现并研究了关于该“无水反相微乳液”聚合体系白沉淀现象。通过电镜表征了聚合物纳米颗粒通过自组装方式形成的聚集体形貌,并模拟了其析出方式。在此基础上,设计并实施了表面活性剂AOT的循环利用实验。并使用上述自沉淀方式得到的PDMAA聚合物纳米微凝胶作为纳米反应器,用于络合有机金属,并对其结构组成进行了表征。同时利用反相微乳液体系的特点,在聚合过程中引入荧光染料分子,从而得到具有荧光性能的超细聚合物纳米颗粒。2.在反相微乳液体系制备PDMAA纳米凝胶粒子的基础上引入Ag+,通过紫外光照的方式,成功使用模板法和原位还原法制备聚合物／银杂化纳米颗粒。其中模板法以PDMAA中N-Ag的特异性结合吸附Ag+,制备的杂化银纳米颗粒具有良好的荧光性能,其形貌尺寸与模板聚合物纳米颗粒基本一致,可通过改变模板聚合物粒子尺寸对产物杂化银纳米颗粒形貌的调控。而原位还原法利用反相微乳液胶束的特点,有效避免了模板法中游离Ag+的影响,制备了单分散性更好的聚合物/银杂化纳米颗粒,并可通过调节体系AgNO3水溶液含量实现对粒子尺寸的调控。对上述两种方法合成的杂化银纳米颗粒进行了抗菌性能的表征,以大肠杆菌为目标模型菌,采用传统平板菌落计数法,结果表明两种杂化银纳米颗粒均有效抑制了大肠杆菌的生长,表现出优异的抗菌性能。3.以高温热注入法制备了尺寸均一、分散性好的油溶性CdSe量子点。通过控制体系的反应时间得到一系列不同尺寸的CdSe量子点,上述材料在相同激发波长下可发射出不同波长的荧光,随着粒子尺寸的增长,荧光峰呈逐渐红移趋势。以CdSe为内核,分别采用热注入有机金属法和采用连续离子层吸附反应(SILAR)法在表面包覆钝化层,分别制备了CdSe@ZnSe与CdSe@CdS核壳型量子点。采用反相微乳液法制备QD@SiO2纳米颗粒,研究了Triton X-100以及Igepal CO520体系中各组分条件对产物形貌的影响。最终通过Igepal CO520/正丁醇体系制备出形貌规整、尺寸均一、分散性好的QD@SiO2核壳结构纳米颗粒。通过硅烷偶联剂使得QD@SiO2表面带上巯基,使之与原子转移自由基聚合(ATRP)法制备的荧光线性聚合物末端的溴原子发生点击化学反应,进而制备双荧光复合量子点纳米材料。4.在高温热解法制备磁性粒子的基础之上,对实验配方进行改良,使用油胺代替昂贵的二元醇还原剂,成功制备了尺寸均一、分散性好、形貌规整的CoFe2O4纳米颗粒。同时研究了体系内反应条件参数(反应温度、溶剂种类、金属前躯体用量、还原剂/溶剂体积比等)对反应体系的影响,实现了对产物CoFe2O4粒子尺寸及形貌的调控。以反相微乳液法制备了表面含有螯爪性双羧基的CoFe2O4纳米颗粒,螯合Cu2+后可对牛血红蛋白(BHb)进行特异性吸附,由于其尺寸小表面修饰材料简单,其饱和吸附率远大于文献报道值,可用作高效蛋白分离工具。此外,我们通过多巴胺对CoFe2O4粒子进行改性后,以可逆性非共价结合方式吸附单层人血清白蛋白(HSA),然后以相同方式吸附合成的花酰亚胺水溶性小分子,成功制备了具有荧光磁性双功能的CoFe2O4@dopamine@HSA@PDI纳米颗粒。生物实验证明上述合成颗粒可进入细胞进行细胞成像,在生物医药领域有良好应用前景。
【关键词】：纳米颗粒 荧光 多功能 杂化 点击化学 荧光共振能量转移 生物应用
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-22
• 符号说明22-23
• 第一章 绪论23-49
• 1.1 前言23-24
• 1.2 有机荧光纳米材料24-36
• 1.2.1 碳荧光纳米材料24
• 1.2.2 荧光单一大分子24-28
• 1.2.2.1 内嵌发色团的单一大分子24-27
• 1.2.2.2 自发荧光大分子27-28
• 1.2.3 荧光聚合物纳米颗粒28-31
• 1.2.4 荧光超分子纳米组装材料31-36
• 1.3 无机荧光纳米材料36-42
• 1.3.1 量子点36-38
• 1.3.2 荧光金属纳米粒簇38-40
• 1.3.3 无机核壳结构荧光纳米颗粒40-42
• 1.4 有机/无机杂化荧光纳米结构42-46
• 1.4.1 无机@有机杂化荧光纳米结构43-45
• 1.4.2 有机@无机杂化荧光纳米结构45-46
• 1.5 本论文的设计思想与主要内容46-49
• 第二章 聚合物凝胶纳米颗粒49-77
• 2.1 引言49-50
• 2.2 实验部分50-52
• 2.2.1 原料和试剂50
• 2.2.2 实验方法50-51
• 2.2.2.1 无水反相微乳液聚合50-51
• 2.2.2.2 含水反相微乳液聚合51
• 2.2.2.3 纳米微反应器络合有机金属钛51
• 2.2.3 测试和表征51-52
• 2.2.3.1 FT-IR分析51
• 2.2.3.2 高分辨透射电镜观测及能谱表征51-52
• 2.2.3.3 激光粒度仪测量(DLS)52
• 2.2.3.4 扫描能谱(SEM/EDS)52
• 2.2.3.5 X光衍射仪(XRD)52
• 2.2.3.6 X射线光电子能谱(XPS)52
• 2.2.3.7 荧光分光光度计52
• 2.3 结果与讨论52-75
• 2.3.1 无水反相微乳液体系53-55
• 2.3.2 聚合物粒子的表征55-58
• 2.3.2.1 聚合物粒子的红外表征55-56
• 2.3.2.2 聚合物粒子的元素分析表征56-57
• 2.3.2.3 聚合物粒子的形貌表征57-58
• 2.3.3 聚合物粒子的尺寸调控58-61
• 2.3.3.1 体系水含量对自沉淀现象的影响59-60
• 2.3.3.2 体系水含量对产物粒径的影响60-61
• 2.3.4 微乳液自沉淀现象及其研究61-64
• 2.3.5 表面活性剂的循环利用64-67
• 2.3.6 聚合物微凝胶做纳米微反应器67-73
• 2.3.6.1 杂化钛纳米颗粒的表征68-71
• 2.3.6.2 纳米微反应器的作用机理及体系影响因素研究71-73
• 2.3.7 聚合物纳米颗粒装载荧光染料分子的可行性探讨73-75
• 2.4 本章小结75-77
• 第三章 聚合物/银杂化纳米颗粒的合成与应用77-97
• 3.1 引言77-78
• 3.2 实验部分78-80
• 3.2.1 原料和试剂78
• 3.2.2 聚合物/银杂化纳米颗粒的制备及抗菌操作办法78-80
• 3.2.2.1 模板法制备银杂化纳米颗粒78-79
• 3.2.2.2 原位还原法制备银杂化纳米颗粒79
• 3.2.2.3 聚合物/银杂化纳米颗粒的抗菌实验79-80
• 3.2.3 测试和表征80
• 3.2.3.1 高分辨透射电镜观测及能谱表征80
• 3.2.3.2 X光衍射仪(XRD)80
• 3.2.3.3 紫外-可见光分光光度计80
• 3.2.3.4 荧光显微镜80
• 3.2.3.5 荧光分光光度计80
• 3.3 结果与讨论80-96
• 3.3.1 模板法制备聚合物/银杂化纳米颗粒80-89
• 3.3.1.1 紫外光照时间的确定81-82
• 3.3.1.2 杂化银纳米颗粒形貌及组成82-84
• 3.3.1.3 杂化银纳米颗粒的光学性能84-86
• 3.3.1.4 不同尺寸模板制备杂化银纳米颗粒86-89
• 3.3.2 原位还原法制备聚合物/银杂化纳米颗粒89-95
• 3.3.2.1 原位还原法制备杂化银纳米颗粒89-90
• 3.3.2.2 杂化银纳米颗粒的表征90-93
• 3.3.2.3 杂化银纳米颗粒的尺寸调控93-95
• 3.3.3 聚合物/银杂化纳米颗粒抗菌性能研究95-96
• 3.4 本章小结96-97
• 第四章 量子点复合荧光材料97-127
• 4.1 引言97-98
• 4.2 实验部分98-102
• 4.2.1 原料和试剂98-99
• 4.2.2 CdSe量子点的合成方法99
• 4.2.3 核壳型量子点的合成方法99-100
• 4.2.3.1 热注入有机金属法制备核壳量子点99
• 4.2.3.2 连续离子层吸附反应法制备核壳量子点99-100
• 4.2.4 反相微乳液法合成QD@SiO_2100-101
• 4.2.4.1 一步法合成QD@SiO_2@APS+MPS100
• 4.2.4.2 两步法合成QD@SiO_2@APS+MPS100-101
• 4.2.5 通过点击化学在QD@SiO_2表面接枝荧光聚合物101
• 4.2.5.1 ATRP法制备荧光聚合物101
• 4.2.5.2 在QD@SiO_2@APS+MPS表面接枝荧光聚合物101
• 4.2.6 测试和表征101-102
• 4.2.6.1 高分辨透射电镜观测及能谱表征101
• 4.2.6.2 X光衍射仪(XRD)101
• 4.2.6.3 紫外-可见光分光光度计101
• 4.2.6.4 荧光分光光度计101-102
• 4.2.6.5 红外FT-IR分析102
• 4.2.6.6 热失重分析(TGA)102
• 4.3 结果与讨论102-124
• 4.3.1 CdSe量子点的制备102-106
• 4.3.1.1 一系列不同尺寸CdSe量子点的制备102-106
• 4.3.2 热注入有机金属法制备CdSe@ZnSe量子点106-107
• 4.3.3 SILAR法制备CdSe@CdS量子点107-112
• 4.3.3.1 CdSe量子点分子量计算108-109
• 4.3.3.2 Cd与S前驱体用量计算109-110
• 4.3.3.3 CdSe@CdS量子点表征110-112
• 4.3.4 反相微乳液法制备QD@SiO_2及其表面官能化112-120
• 4.3.4.1 Tri ton X-100体系112-116
• 4.3.4.2 Igepa] CO520体系116-119
• 4.3.4.3 QD@SiO_2表面官能化119-120
• 4.3.6 QD@SiO_2表面接枝荧光聚合物120-124
• 4.3.6.1 ATRP法制备线性荧光聚合物121-122
• 4.3.6.2 点击化学法接枝荧光聚合物122
• 4.3.6.3 量子点复合材料表征122-124
• 4.4 本章小结124-127
• 第五章 功能化铁酸钴磁性纳米颗粒合成及其应用127-153
• 5.1 引言127-128
• 5.2 实验部分128-132
• 5.2.1 原料和试剂128-129
• 5.2.2 油溶性CoFe_2O_4磁性粒子合成方法129
• 5.2.3 表面双羧基化CoFe_2O_4磁性粒子合成方法129-130
• 5.2.4 荧光CoFe_2O_4磁性粒子合成方法130-131
• 5.2.4.1 水溶性傒酰亚胺荧光小分子的合成130
• 5.2.4.2 荧光CoFe_2O_4磁性纳米颗粒的制备方法130-131
• 5.2.5 复合磁性粒子生物实验131-132
• 5.2.5.1 牛血红蛋白(BHb)吸附实验131
• 5.2.5.2 聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)131
• 5.2.5.3 细胞摄取实验131-132
• 5.2.6 测试和表征132
• 5.2.6.1 高分辨透射电镜观测及能谱表征132
• 5.2.6.2 X光衍射仪(XRD)132
• 5.2.6.3 紫外-可见光分光光度计132
• 5.2.6.4 荧光分光光度计132
• 5.2.6.5 振动样品磁强计(VSM)132
• 5.2.6.6 聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)132
• 5.3 结果与讨论132-151
• 5.3.1 高温热解法制备CoFe_2O_4磁性粒子132-139
• 5.3.2 MNP蛋白质特异性吸附139-146
• 5.3.2.1 磁性粒子表面羧基化修饰139-141
• 5.3.2.2 螯合金属磁性粒子特异性蛋白吸附141
• 5.3.2.3 BHb标准曲线测定141-143
• 5.3.2.4 磁性粒子蛋白吸附率测定143-144
• 5.3.2.5 磁性粒子蛋白吸附的特异性检测144-146
• 5.3.3 荧光CoFe_2O_4磁性复合纳米颗粒及其细胞成像应用146-151
• 5.3.3.1 水溶性傒酰亚胺荧光小分子表征147-148
• 5.3.3.2 荧光磁性纳米颗粒制备148-150
• 5.3.3.3 细胞成像应用150-151
• 5.4 本章小结151-153
• 第六章 结论153-155
• 参考文献155-169
• 致谢169-171
• 研究成果及发表的学术论文171-173
• 作者和导师简介173-175
• 附件175-176

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本文编号：850698