基于AIE效应的多重刺激响应性聚合物纳米微球的制备及其细胞示踪应用

基于AIE分子和智能响应性聚合物构筑的纳米材料,具有优良的AIE发光性能、环境刺激响应性和生物相容性,已在生命科学领域展现出诱人的应用前景. 本研究通过ATRP活性聚合方法, 以合成的TPE-BIB为引发剂, 引发具有多刺激响应特性的N-[2-(二乙氨基)-乙基]丙烯酰胺单体聚合, 成功制备具有温度/pH/CO₂三重响应性的两亲性聚合物: TPE-g-PDEAEAM, 并自组装形成约200 nm的纳米微球. 研究表明: 这种聚合物纳米粒子具有优良的水溶性、单分散性、稳定性及优异的AIE发光特性. 其相转变温度为60 ℃, 溶液荧光对环境温度、pH及CO₂均表现出快速敏感响应性能. 同时, 该纳米粒子表现出低细胞毒性, 能够有效示踪HeLa细胞增殖至11代以上, 有望作为一种活细胞荧光示踪探针材料.     

基于共轭聚合物的纳米粒子用于肿瘤的近红外二区荧光成像及光热治疗

为提高生物组织荧光成像质量以及对肿瘤的高效光热治疗,设计合成了一种新型的窄带隙共轭聚合物(BDT-TTQ),并通过纳米沉积的方式将聚合物制备成水溶性纳米粒子(BDT-TTQ NPs).该共轭聚合物纳米粒子在1000~1200 nm近红外二区范围具有较好的吸收,在1064 nm的激发光下能实现1200~1400 nm的近红外二区荧光成像. BDT-TTQ NPs纳米粒子粒径分布较窄,形貌呈规则的球形且分散均匀,具有好的生物相容性.该纳米粒子既可以在体外实现较高的近红外二区荧光成像穿透深度,又可以实现对小鼠活体血管的高清晰度的近红外二区荧光成像.此外,BDT-TTQ NPs纳米粒子在1064 nm激光下展现出优异的光热转换效率,具有较高的光毒性,对体外的肿瘤细胞以及小鼠的异质瘤具有高的光热杀伤能力.     

生物素功能化水溶性共轭聚合物的合成、表征及其生物分析应用

以四（三苯基膦）钯/碘化亚铜为催化剂,利用Sonogashira偶联反应,合成了一种主链含芴炔苯结构的侧链生物素（biotin）修饰的具有蓝光发射特性的水溶性共轭聚合物（PFPNBr-biotin）. 其结构通过核磁共振和红外光谱进行表征;分子量（分布）利用凝胶渗透色谱进行表征. 研究了该聚合物在不同溶剂、不同浓度及不同pH环境中的光物理性质变化. 与未功能化的共轭聚合物相比,这种生物素功能化的聚合物对亲和素蛋白显示出较高的选择性. 目前,生物素-亲和素系统已在生物分析领域广泛使用,因此,该聚合物在生物分子的特异性检测、荧光标记、细胞及分子成像等领域具有较好的应用前景.     

水溶性荧光聚合物纳米粒的制备及双光子成像

报道了一种能用于活细胞双光子荧光(TPF)成像的水溶性聚合物纳米粒。首先以含双羧基的萘酰亚胺作为交联剂和荧光标记试剂,通过对聚乙烯亚胺发生交联反应制备纳米粒子,然后对其结构形态、单双光子荧光性能及细胞毒性进行测试。结果表明,获得的纳米粒为球形,粒径为5~10 nm;以443或800 nm为激发波长,荧光发射波长均为536 nm;在pH 4.0~9.0范围内,其荧光无明显变化;在pH 7.4的溶液中和激发光为443 nm的条件下,对其连续测定1.2万次后荧光强度变化不超过1%,说明其酸碱稳定性和光稳定性较好;浓度在15 mg/L以下及与细胞作用时间在24 h以内细胞毒性较低。最后,用双光子共聚焦荧光显微镜观察了其在Hela细胞中的TPF成像性能。将Hela细胞与纳米粒共同孵育2 h后,在800 nm激光激发下,在细胞中可观察到其绿色荧光。此纳米粒可望用于靶向性双光子荧光成像探针的开发。     

一种聚丙烯酸接枝型荧光纳米粒子的制备、性能及细胞成像

将N-氨基-4-N-甲基哌嗪-1,8-萘酰亚胺(AMN)通过酰胺化反应接枝到聚丙烯酸链上,利用生成的聚合物在水溶液中的自组装, 制备了一种水溶性荧光纳米粒子(PAAMN).采用紫外可见光谱、核磁共振氢谱、透射电镜、动态光散射和荧光光谱方法对PAAMN进行了表征,MTT法检测其细胞相容性,最后用荧光显微镜观察其自身荧光及细胞成像效果.实验结果表明, PAAMN为球状结构,萘酰亚胺荧光团的摩尔取代度为4.1%;在生理pH条件下,以390 nm为激发波长,PAAMN在534 nm处发射较强的荧光,且光稳定性较好;在pH 4.0~10.0范围内,其荧光波长无明显变化,荧光强度随pH值增大而逐渐减小,但pH敏感程度小于AMN.PAAMN具有良好的细胞相容性,能进入细胞,且在~390 nm激发光下发射绿色荧光,可用于细胞成像.     

利用聚合物自组装实现绿色荧光蛋白生色团的荧光增强

根据绿色荧光蛋白的发光原理,采用聚乙二醇与聚甲基丙烯酸甲酯的两亲性两嵌段聚合物通过自组装包覆生色团的方式,模拟了绿色荧光蛋白发光,考察了组装行为对光学性能的影响,并将其用于细胞成像.通过核磁共振、高分辨质谱、傅里叶变换红外光谱、凝胶渗透色谱、紫外-可见吸收光谱及荧光光谱等表征了生色团分子和聚合物的结构及性能.生色团紫外最大吸收在371 nm,荧光最大发射峰在428 nm.聚合物和生色团进行组装后,其紫外吸收消失,而最大荧光发射峰强度大大增强,且发生了约70 nm的红移,这是因为组装使得生色团的自由旋转受到了限制,且生色团共平面性增加.动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)证明了纳米粒子的结构和尺寸.由于尺寸适合且具有较好的荧光性能,纳米粒子成功应用于细胞成像.这种绿色荧光蛋白生色团的简单自组装方式在生物成像领域具有良好应用前景.     

肿瘤靶向pH响应药物递送-成像体系的合成与控制释放研究

对聚烯丙基胺修饰合成了一种苯硼酸靶向的聚合物配体:聚烯丙基胺/马来酸酐-聚乙二醇-硫辛酸-苯硼酸(PAH/SA-PEG-LA-PBA),共轭作用在ZnO、CdTe/CdS量子点表面,连接抗癌药物阿霉素后形成苯硼酸靶向-示踪诊疗一体体系:ZnO、CdTe/CdS@(PAH/SA-PEG-LA-PBA)-DOX(量子点的荧光可示踪/显像药物递送过程),核磁共振(~1H-NMR)测试表明成功合成了(PAH/SA-PEG-LA-PBA)聚合物,透射电镜(TEM)测得该体系呈规整球形且分布均匀,平均粒径约30 nm;紫外-可见光谱(UV-Vis)和荧光谱图显示该体系具有ZnO、CdTe/CdS量子点的吸收峰,还出现了较强的荧光发射峰,由此说明了苯硼酸靶向的诊疗示踪一体体系的成功制得,负载阿霉素的纳米粒子的载药量为80%.体外释放研究表明,pH 5.0时药物释放速度比pH 7.4时快,48 h后累计释放率达87.1%.因此,该pH响应性纳米颗粒作为抗癌药物载体具有潜在的应用价值.     

寡聚芴纳米粒子的制备、表征与细胞成像应用

利用Suzuki偶联反应合成了疏水性寡聚芴分子OF, 并对其在氯仿溶液中的紫外吸收和荧光光谱进行了表征, 表明其具有较大的摩尔吸光系数(1.08×10⁵ mol^-1·L·cm^-1)和高荧光量子产率(96%). OF分子分散到水中可形成纳米粒子, 动态光散射实验表明其粒径大小约为230 nm. 该纳米粒子在水相中仍保持了较大的摩尔吸光系数以及高的荧光量子产率. 我们利用MTT的方法对OF纳米粒子对人肺癌A549细胞的毒性进行了测试, 结果表明其具有低的细胞毒性, 因此可以用于细胞成像. 共聚焦激光扫描显微镜成像结果显示OF纳米粒子主要分布在细胞质中, 特别是在近核区域周围. 与溶酶体染料Lyso Tracker Red共定位结果表明OF纳米粒子主要存在于溶酶体中, 因此可以用于对溶酶体的特异性荧光成像.     

共轭聚合物荧光纳米粒子研究进展

近年来,共轭聚合物荧光纳米粒子因其优异的光学性能,在化学、医学和环境科学等研究领域显示了极其广阔的应用前景.相比于传统无机半导体荧光纳米材料,共轭聚合物荧光纳米粒子具有结构多样性、功能可设计性、生物相容性好等显著优势.本文从共轭聚合物荧光粒子的制备方法、光学性能、表面功能化修饰出发,重点讨论了近年来共轭聚合物纳米粒子作为荧光探针在细胞成像及生物化学检测方面的研究进展,阐述了当前研究的主要发展方向和仍需解决的问题.     

氨基酸包覆的YVO4∶Eu纳米粒子的合成、 发光及细胞成像性能

以水为溶剂, 氨基酸为模板剂, 通过微波辅助水热方法合成了YVO₄∶Eu纳米粒子. 该纳米粒子具有结晶化程度高、 稳定性好及尺寸小(<50 nm)等特点, 且在水中具有良好的分散性. 探究了氨基酸加入量对纳米粒子结构及形貌的影响, 并将该合成方法用于其它稀土钒酸盐. 在紫外光激发下, YVO₄∶Eu纳米粒子表现出优异的荧光性能(发射明亮的红光), 可将其与柔性聚合物复合用于简易的三维(3D)图像显示. 此外, YVO₄∶Eu纳米粒子还可作为荧光探针用于标记小鼠结肠癌细胞(CT26细胞).     

MePEG-b-PCL-b-PDMAEMA的可控合成及性能研究

采用可控开环聚合(ROP)和原子转移自由基聚合(ATRP)相结合的方法制备出一系列单甲氧基聚乙二醇-b-聚(ε-己内酯)-b-聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯(MePEG-b-PCL-b-PDMAEMA). 采用核磁(¹H NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)研究了聚合物的结构并对聚合物的分子量大小和分布进行了表征. 聚合物的热稳定性能、结晶性能和亲水性能分别由热重分析仪(TGA)、X-衍射仪(XRD)和静态水滴接触角测定. 分别采用荧光光谱法和¹H NMR(以D₂O为溶剂)方法研究了聚合物纳米粒子的形成. 激光光散射(DLS)和透射电镜(TEM)研究结果表明聚合物纳米粒子具有球形结构, 粒子大小在40～70 nm之间并且对外界环境具有pH敏感性能. MePEG-b-PCL-b-PDMAEMA纳米粒子在同时包裹带有正电荷药物以及疏水性药物方面具有潜在的应用前景.     

具有温度敏感和智能荧光特性的聚合物包覆金纳米粒子的研究

以4-二甲氨基吡啶稳定的金纳米粒子(DMAP-AuNPs)为前驱体,通过与端基含二甲氨基查尔酮的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM-DMAC)进行配体置换,制备了具有温度敏感和智能荧光特性的PNIPAM-DMAC聚合物包覆的金纳米粒子(PNIPAM-AuNPs),并通过紫外可见吸收光谱、透射微镜、核磁共振氢谱、红外光谱和热重分析仪对其形貌和结构进行了分析和表征.PNIPAM-AuNPs能够很好地分散在水、乙醇、丙酮、氯仿和四氢呋喃中,其表面等离子共振(SPR)吸收特征波长分别为537、527.6、527.4、532.2和530.4 nm.PNIPAM-AuNPs的表面聚合物接枝密度为1～2条聚合物链/nm2.温敏性结果表明,PNIPAM-AuNPs具有低临界溶解温度(LCST),其LCST温度比相应的PNIPAM-DMAC聚合物低2.5 K;在PNIPAM-AuNPs发生相转变前后,金纳米粒子的SPR特征峰由537 nm蓝移至525 nm处.荧光性能研究表明,随着溶剂极性的增加,PNIPAM-AuNPs 的荧光特征波长发生红移,荧光强度先增加后减小,具有极性敏感的荧光特性;在25℃时,PNIPAM-AuNPs水溶液几乎无荧光,而当温度升高到45℃后,荧光强度显著提高,表现出温度“开/关”的荧光特性.     

高效近红外聚集诱导发光纳米粒子用于生物成像的研究

基于荧光共振能量转移机理（FRET）,利用两亲性聚合物Pluronic F-127共包覆两种聚集诱导发光（Aggregation-induced Emission,AIE）材料TPABDFN和TPE-Me,制备了高效近红外发射TPABDFN/TPE-Me@F127纳米粒子.实验表明,这种聚合物纳米粒子具有很大的斯托克斯位移和较高的荧光量子效率,很好的单分散性、稳定性,以及较好的生物相容性和低的细胞毒性,对HepG2细胞进行荧光生物成像,得到很好的细胞成像效果.     

一种含芴聚合物对Pb2+,Cd2+,Cr3+金属离子的检测

利用一种芴类共轭聚合物,通过紫外分光光度计与荧光分光光度计测试其对Pb~(2+),Cd~(2+)和Cr~(3+)三种金属离子的紫外响应性与荧光淬灭性。在聚合物溶液中分别加入Pb~(2+),Cd~(2+)和Cr~(3+)三种金属离子,紫外吸收峰位于298nm和308nm;荧光最大发射峰位于335nm。研究发现,Pb~(2+)对聚合物溶液的紫外响应性有影响,Cd~(2+)和Cr~(3+)对聚合物溶液的紫外响应性无明显影响;Pb~(2+)对聚合物溶液的荧光强度有轻微增强的作用,而加入Cd~(2+)和Cr~(3+)的聚合物溶液荧光强度骤降,发生了明显的淬灭。不同pH值范围下的光谱研究表明,pH值在5.0～6.0区间时,加入Cr~(3+),聚合物溶液荧光强度明显下降;pH值在6.0～7.0区间时,加入Cd~(2+),荧光强度明显下降;pH值在4.5～6.0区间时,加入Pb~(2+),荧光强度明显下降。     

基于聚集诱导发光的纳米粒子用于肝癌细胞靶向成像

利用具有聚集诱导发光特性的荧光染料4,4'-[(1E,1'E)蒽-9,10-二基双(乙烯-2,1-二基)]双(N,N-二甲基苯胺)(NDSA), 通过两亲性聚合物二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-N-羟基琥珀酰亚胺(DSPE-PEG-NHS)包覆的方法制备了明亮的橙色荧光纳米粒子, 其最大发射波长为559 nm, 在水溶液中具有2.89%的荧光量子产率. 该纳米粒子具有优异的发光特性和良好的生物相容性. 在该纳米粒子表面修饰肝癌细胞靶向的人类婆罗双树样基因-4(SALL4)抗体后, 荧光纳米粒子NDSA@SALL4可以特异性地靶向肝癌细胞, 还可以在细胞核富集, 呈现出明亮的橙色荧光, 为早期检测肝癌细胞提供了可能.     

两亲性双硫键双菁染料的合成及谷胱甘肽响应荧光性质研究

菁染料具有优秀的光学性质,常用于肿瘤组织的实时可视化荧光成像。但普通菁染料成像背景较高,对肿瘤组织的靶向能力差。将菁染料自组装成纳米粒子可使染料形成聚集并实现荧光淬灭（聚集淬灭效应）,降低其在普通组织的成像背景;同时,纳米粒子的高渗透长滞留效应（EPR效应）可提高染料对肿瘤组织的靶向能力。本文设计合成了一种双硫键双菁染料（SO₃Cy7-ss-Cy7.5）,该染料由于两亲性的特性易在水溶液中自组装成纳米粒子,荧光淬灭高达92%;当纳米粒子与谷胱甘肽（GSH）响应后,淬灭的荧光逐渐恢复,最终实现16倍的荧光强度增强。因此,该双菁染料具有良好的肿瘤组织高分辨成像潜力。      

基于聚乙烯亚胺碳纳米点的桑色素比率型荧光探针

利用水热合成法制备了一种基于聚乙烯亚胺的荧光碳纳米点, 用光谱方法研究了其对桑色素的识别作用. 结果表明, 该碳纳米点对桑色素具有比率型荧光响应, 且响应速度快、 选择性和灵敏度高、 抗干扰能力强. 将桑色素加入到碳纳米点溶液中后, 碳纳米点自身的荧光(460 nm)立即被猝灭, 同时在555 nm处出现新的荧光发射峰并逐渐增强; 其新发射峰(555 nm)与原发射峰(460 nm)的强度比值在此过程中呈线性增加. 基于此, 在1.0×10^-6~4.0×10^-5 mol/L浓度范围内, 可实现对桑色素的检测, 该比率荧光响应非常灵敏, 检出限可达3.0×10^-8 mol/L. 另外, 该碳纳米点与常见金属离子、 氨基酸及其它具有类似桑色素结构的黄酮醇均不反应, 显示出对桑色素的高选择性. 该检测方法的荧光强度随桑色素浓度的增加而逐渐增强, 并伴随着由蓝色到黄色的荧光颜色变化, 可实现对桑色素的可视化检测; 同时该碳纳米点还可用于稀释胎牛血清中桑色素的定量检测.     

用水溶液中合成的量子点作为生物荧光标记物的研究

以巯基丙酸(HS-CH₂CH₂COOH)为稳定剂,在水溶液中合成了具有窄而对称(FWHM=40nm)的荧光发射带且尺寸为3nm的CdTe半导体纳米粒子,并用此纳米粒子成功地标记了生物分子胰蛋白酶.与单独的CdTe纳米粒子的溶液相比较,CdTe-胰蛋白酶溶液的吸收光谱在400～600nm范围内较为平坦,其发射光谱蓝移8nm,但发射峰的半峰宽不变.实验证明,CdTe-胰蛋白酶溶液吸收和发射光谱的变化是由CdTe纳米粒子与胰蛋白酶之间的结合反应引起的,而不是由空气中的O₂所引起的,加热可促进CdTe纳米粒子与胰蛋白酶之间的结合反应.     

双光子激发的超分子聚合物纳米颗粒生物成像研究

将具有双-2-脲基-4[1H]-嘧啶酮（bisUPy）的β-二羰基氟硼类衍生物（BF₂-bisUPy）及卟啉衍生物（Por（Pt）-bisUPy）通过四重氢键作用组装成超分子聚合物,通过微乳液法制备成在水中均匀分散的超分子聚合物纳米颗粒（SPNP）。扫描电子显微镜形貌表征表明获得的纳米颗粒粒径约为60 nm。紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱及寿命衰减实验均证明纳米颗粒内BF₂-bisUPy与Por（Pt）-bisUPy可发生高效的能量传递。具有双光子吸收的BF₂-bisUPy作为能量供体,可通过荧光共振能量传递（FRET）增强双光子激发下Por（Pt）-bisUPy的发光。双光子激发荧光强度与激光功率测试表明所制备的超分子聚合物纳米颗粒具有强烈的双光子激发下的荧光及磷光双发射,这种纳米材料可进入细胞,具有优秀的生物相容性,并在双光子激发时表现出强烈的荧光和磷光双发射生物成像。     

阳离子荧光共轭聚合物结合纳米颗粒用于DNA检测

利用纳米颗粒对目标DNA的富集、分离作用以及阳离子荧光共轭聚合物良好的荧光特性,建立了一种特异性检测DNA的新方法.首先将标记有猝灭基团的DNA捕获探针修饰到纳米颗粒上,捕获互补的DNA分子;然后加入S1核酸酶,除去未捕获到互补DNA的捕获探针;最后用Dnase Ⅰ将颗粒上的双链切断,使猝灭基团从纳米颗粒上解离下来,与阳离子荧光共轭聚合物结合并猝灭其荧光.结果表明,目标核酸的浓度与该聚合物的荧光猝灭程度正相关,且具有良好的特异性,线性响应范围为5.0～40 nmol/L; 检出限为3.7 nmol/L(S/N=3).