功能化花菁染料的設(shè)計(jì)、合成及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著熒光技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于有機(jī)染料的熒光檢測(cè)及熒光成像已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。其中，花菁染料具有摩爾消光系數(shù)大、熒光量子產(chǎn)率高，吸收及發(fā)射波長(zhǎng)可調(diào)范圍大（從可見(jiàn)光到近紅外區(qū)），可修飾位點(diǎn)多等特點(diǎn)，是有機(jī)染料中研究最為廣泛的一類(lèi)。例如，吲哚菁綠(ICG)已經(jīng)被美國(guó)食品藥品管理局(FDA)批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床診斷。然而，傳統(tǒng)的花菁染料存在光穩(wěn)定性差、容易聚集等問(wèn)題，影響染料在使用過(guò)程中熒光檢測(cè)信號(hào)的可靠性，從而限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。

2、因此，對(duì)花菁染料的這些性能特點(diǎn)加以改善或利用，開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用策略，對(duì)拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。例如，花菁染料的聚集會(huì)導(dǎo)致其熒光猝滅，但花菁的可控聚集（自組裝過(guò)程）也帶來(lái)了新的性能。本論文選用穩(wěn)定性?xún)?yōu)良的吲哚方酸菁染料作為熒光核，通過(guò)不同修飾策略實(shí)現(xiàn)了其功能化以及可控自組裝，包括如下性能:首先，染料的自組裝-解組裝過(guò)程對(duì)氨氣敏感，利用相應(yīng)的光學(xué)信號(hào)改變實(shí)現(xiàn)氨氣的傳感檢測(cè)。其次，功能化染料可以在水中自組裝形成規(guī)則的納米粒子，具有更高的生物可

3、用性。另外，染料自組裝會(huì)使其光動(dòng)力性能提升，在光照下產(chǎn)生的單線(xiàn)態(tài)氧對(duì)細(xì)胞具有殺傷性。綜上所述，本論文設(shè)計(jì)合成了一系列功能化花菁染料，通過(guò)調(diào)控染料的自組裝，制備了一系列基于花菁染料的熒光納米材料，研發(fā)其在環(huán)境、生物及醫(yī)藥領(lǐng)域的新應(yīng)用。本論文主要包括以下幾個(gè)方面的研究:
　　1、通過(guò)靜電紡絲法將羧酸功能化的吲哚方酸菁染料(Cy)摻入PLA（聚乳酸）中，制得了一種納米纖維薄膜PLA-Cy。該熒光薄膜具有多孔的納米纖維結(jié)構(gòu)。利用花菁染料在

4、薄膜中的“組裝-解組裝”過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氨氣的傳感與定量檢測(cè)。在氨氣存在下，PLA-Cy薄膜可由白色變?yōu)樗{(lán)色，并對(duì)氨氣有著較好的靈敏性及特異性。進(jìn)一步提出并驗(yàn)證了薄膜的響應(yīng)機(jī)理:花菁染料與氨氣結(jié)合后由自組裝到解組裝的變化導(dǎo)致了薄膜的顏色變化。這種利用自組裝狀態(tài)改變的氨氣檢測(cè)膜為氣體傳感探針的設(shè)計(jì)提供了新思路。
　　2、設(shè)計(jì)合成了一種溴和氨基功能化的兩親性吲哚方酸菁染料LysoCy，并研究其在生物標(biāo)記領(lǐng)域的應(yīng)用。LysoCy具有良好的

5、水溶性、穩(wěn)定性及長(zhǎng)波熒光發(fā)射。基于其兩親性結(jié)構(gòu)，LysoCy可以聚集形成納米囊泡，并通過(guò)細(xì)胞內(nèi)吞作用快速進(jìn)入細(xì)胞溶酶體。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，LysoCy特異性標(biāo)記細(xì)胞溶酶體，與商業(yè)化溶酶體染料LysoTracker的定位效果相媲美。將LysoCy用于溶酶體的長(zhǎng)效動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中，在與細(xì)胞共培養(yǎng)48小時(shí)后LysoCy的熒光強(qiáng)度基本不變，而商業(yè)化染料LysoTracker在與細(xì)胞共培養(yǎng)1.5小時(shí)后熒光基本消失。光譜測(cè)試以及等溫滴定量熱實(shí)驗(yàn)證明該熒光標(biāo)記

6、溶酶體過(guò)程是由熒光分子與溶酶體的疏水作用和靜電作用共同驅(qū)動(dòng)。因此，本研究證明了LysoCy可以應(yīng)用于溶酶體的長(zhǎng)效標(biāo)記，拓寬了花菁染料的應(yīng)用范圍。
　　3、設(shè)計(jì)合成了一種攜帶靶向基團(tuán)和抗癌藥物的功能化吲哚方酸菁分子前藥ICy5-CPT-RGD，該功能化熒光分子可以在水中自組裝形成納米藥物PTN，并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的診斷與治療。PTN具有穩(wěn)定的納米尺寸(約90nm)，長(zhǎng)波熒光發(fā)射及優(yōu)異的光動(dòng)力效果。由于花菁分子的聚集，PTN的光動(dòng)力能力

7、大大增強(qiáng)，由此我們進(jìn)一步提出并驗(yàn)證了聚集誘導(dǎo)光動(dòng)力增強(qiáng)效應(yīng)。PTN還具有刺激響應(yīng)性，在溶酶體酸性以及光照下，PTN可以降解形成超細(xì)納米粒子(粒徑5nm)，并加速藥物的釋放。通過(guò)細(xì)胞及活體實(shí)驗(yàn)，我們驗(yàn)證了PTN的光動(dòng)力性能，藥物釋放性能，腫瘤深層滲透性能、活體成像性能及良好的生物相容性。最終，PTN實(shí)現(xiàn)了對(duì)腫瘤的化療-光動(dòng)力聯(lián)合治療并明顯抑制了腫瘤生長(zhǎng)。本工作首次通過(guò)非化學(xué)方法增強(qiáng)了花菁染料的光動(dòng)力性能，并為多功能花菁納米材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用