水溶性AIE荧光聚合物的制备及在生物成像的应用

论文摘要

在过去的研究中,荧光有机纳米粒子（FONs）因其在生物学和生物化学中的潜在用途而受到越来越多的关注,并且对于传感、成像和生物医学上的应用尤其具有吸引力。与传统的荧光无机纳米粒子例如碳点、量子点和荧光硅点相比,FONs具有许多优点,如低毒性、良好的生物相容性、高生物降解性和功能可调节性。然而,大多数有机荧光团因为结构中含有疏水基团导致不溶于水。因此,为了改善它们的亲水特征,制备具有水溶性的FONs在生物工程领域具有重要意义。自从聚集诱导发光（AIE）现象发现以来,这一类材料已成为一种优异的荧光染料应用于多种领域。并且通过共价策略引入AIE染料可以轻易的合成具有两亲性的FONs。本论文通过可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合,和侧链后修饰反应相结合,制备了两种结构稳定,光学性能优异,生物相容性良好的荧光有机纳米粒子。具体工作如下:（1）多组分反应（MCR）具有原子经济,优异的模块化,高效和环保特性的优点。我们致力于通过RAFT聚合和MCR Biginelli反应的一锅法制备两亲性AIE荧光聚合物并且和两步法制备的荧光聚合物作对比研究。由核磁测试结果分析可知一锅法合成的聚合物与两步法合成的产物结构相同。而当染料TPB的进料比为33.5%时,由两步法制的的PEG-PTE1共聚物中TPB的摩尔分数为14.2%,采用一锅策略合成的PEG-PTE2共聚物中的TPB的摩尔分数为22.5%,说明一锅法策略更容易将TPB染料引入到共聚物支链中,并且合成产物的分子量控制性好。由一锅法制备的具有AIE活性的PEG-PTE2共聚物在水中可自组装成荧光有机纳米粒子（FONs）,粒径为100-180 nm呈现球形形态,其最大发射峰出现在460 nm处,具有明显的AIE现象。此外,通过细胞毒性试验和细胞摄取行为的表征,制备的FONs具有低毒性和优异的细胞染色能力,显示出在生物医学应用领域的巨大潜力。（2）发红光的FONs在生物成像中具有巨大的优势,在本文中我们将TPEBr和4-乙烯基苯基硼酸通过Suzuki偶联反应成功合成了一种TPES的新型可聚合AIE染料,通过晶体结构分析可知该染料属于三斜晶系晶体系统和P1空间群。与前驱体TBP染料相比,TPES的发射波长明显红移且荧光强度更强。随后,通过RAFT聚合将获得的TPES单体引入到PEG-TS聚合物中,合成的荧光聚合物的分子量约为47000,多分散指数（PDI）在1.3左右。当TPES的进料比从16.0%增加至25.0%时,PEG-TS聚合物中TPES的摩尔分数相应地从15.5%增加至25.6%。当其溶于水中时,所制备的水溶性的PEG-TS1和PEG-TS2聚合物倾向于自组装形成直径约150 nm和400 nm的FONs,说明可以控制染料的进料比来制备不同粒径的FONs,并以此来调节所制备的FONs的发光强度。通过这种方法合成的水溶性荧光聚合物在515 nm处出现最大荧光发射峰,具有明显的AIE现象。此外,该聚合物还具有优秀的分散性,良好的荧光性和优异的生物相容性。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 聚集诱导发光概述
•     1.2.1 聚集诱导发光机理
•   1.3 具有AIE效应的FNPs的制备策略
•     1.3.1 AIE染料和两亲聚合物的自组装
•     1.3.2 AIE染料与聚合物的共价键连接
•     1.3.3 乳液聚合和RAFT聚合法
•   1.4 AIE纳米探针在生物领域的应用
•     1.4.1 生物成像
•     1.4.2 生物传感器
•     1.4.3 治疗诊断
•   1.5 多组分点击化学
•     1.5.1 Biginelli反应
•     1.5.2 缩聚反应
•     1.5.3 聚合主链后修饰
•     1.5.4 一锅法反应
•   1.6 本论文的研究意义和研究内容
• 第二章 基于RAFT聚合和BIGINELLI反应一锅法合成两亲性荧光聚合物及在细胞成像中的应用
•   2.1 引言
•   2.2 实验原料与仪器
•     2.2.1 实验原料及试剂
•     2.2.2 实验仪器与性能测试方法
•   2.3 实验部分
•     2.3.1 荧光染料TPB的合成
•     2.3.2 化合物PEG-AE的合成
•     2.3.3 化合物PEG-PTE的合成
•     2.3.4 通过一锅法来合成PEG-PTE荧光聚合物
•     2.3.5 PEG-PTE FONs细胞毒性的研究
•     2.3.6 PEG-PTE FONs的细胞共焦显微成像的研究
•   2.4 实验结果与讨论
•     2.4.1 核磁分析及凝胶渗透色谱分析
•     2.4.2 PEG-PTE FON透射电子显微分析
•     2.4.3 PEG-PTE FON FT-IR光谱分析
•     2.4.4 PEG-PTE2紫外吸收光谱分析
•     2.4.5 PEG-PTE2的荧光光谱分析
•     2.4.6 PEG-PTE纳米颗粒生物毒性研究
•     2.4.7 PEG-PTE荧光纳米颗粒的生物成像
•   2.5 本章小结
• 第三章 两亲性荧光聚合物PEG-TS的制备及细胞成像研究
•   3.1 引言
•   3.2 实验原料与仪器
•     3.2.1 实验原料及试剂
•     3.2.2 实验仪器与性能测试方法
•   3.3 实验合成
•     3.3.1 化合物TPEBr的制备
•     3.3.2 化合物TPES的制备
•     3.3.3 荧光聚合物PEG-TS的合成
•     3.3.4 聚合反应动力学研究
•     3.3.5 PEG-TS FONs的细胞毒性测试
•     3.3.6 PEG-TS FONs细胞共焦显微成像
•   3.4 实验结果与讨论
•     3.4.1 PEG-TS晶体结构解析
•     3.4.2 核磁分析及凝胶渗透色谱分析
•     3.4.3 PEGMA和TPES的RAFT聚合反应动力学研究
•     3.4.4 PEG-TS FON的透射电子显微分析及粒径分布分析
•     3.4.5 红外光谱分析
•     3.4.6 PEG-TS1紫外吸收光谱分析
•     3.4.7 TBP TPES和PEG-TS1的荧光光谱研究
•     3.4.8 PEG-TS1 FONs的生物相容性研究
•     3.4.9 PEG-TS1 FONs的细胞成像研究
•   3.5 本章小结
• 第四章 全文总结与展望
•   4.1 全文结论
•   4.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王润泽

导师: 刘孝波,黄增芳

关键词: 聚合物,聚合,一锅法,细胞成像

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,一般化学工业

单位: 电子科技大学

分类号: TQ617.3;Q-334

总页数: 72

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