不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的水溶性共軛寡聚物的合成、表征與成像應(yīng)用研究.pdf

1、水溶性共軛聚合物是指含有π-π*共軛結(jié)構(gòu)和水溶性官能團的高分子聚合物。它們有著優(yōu)異的光電性質(zhì)、較好的光穩(wěn)定性，是一類重要的有機熒光材料。水溶性共軛聚合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面：一是獨特的π-π*共軛電子結(jié)構(gòu)不但保證了大的光譜吸收截面和較強的熒光，也使得材料具備了分子導(dǎo)線或者離域的電子結(jié)構(gòu)特征。當(dāng)外界測試環(huán)境有細(xì)微變化時，共軛聚合物都能夠通過共軛鏈的激子或者熒光共振能量轉(zhuǎn)移放大熒光信號，實時、靈敏地感應(yīng)到變化；二是共軛聚合物還

2、具有結(jié)構(gòu)易修飾性，人們可以根據(jù)實驗需要調(diào)整其共軛主鏈或側(cè)鏈結(jié)構(gòu)。然而，傳統(tǒng)水溶性共軛聚合物在水溶液中的性質(zhì)存在著幾點不足之處：1、水溶性和分散性差。由于存在憎水性剛性主鏈以及較少的親水性官能團，聚合物容易在水溶液中聚集；2、量子效率較低。水溶性共軛聚合物在水溶液中的量子效率要明顯低于其中性聚合物在有機溶液中的量子效率。3、難純化、顆粒大小不均和比表面積小。由于合成方法上的局限性使聚合物分子量大小不均，降低其接收外界條件變化或刺激的靈敏性

3、。因此，本文從空間拓?fù)浣嵌瘸霭l(fā)通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計制備具有不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的共軛寡聚電解質(zhì)，增強聚合物的親水性，然后通過引入不同的功能性基團對材料進行修飾，期望獲得具有理想性質(zhì)（水溶性好，熒光量子效率高，分散性好，比表面積大，反應(yīng)活性和靈敏性高）的水溶性熒光材料。最后利用這些優(yōu)勢，開發(fā)該材料在生物細(xì)胞成像領(lǐng)域中的應(yīng)用。論文主要分為以下四部分：
　　1.環(huán)狀芴類寡聚電解質(zhì)的合成、表征及其性質(zhì)研究
　　首先通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)合成

4、了芴類衍生物，再利用Friedel–Crafts?；磻?yīng)合成了以三苯胺為基本骨架的大環(huán)環(huán)狀中性寡聚物，最后通過三甲胺對芴9-位的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)，進行進一步修飾，得到具有三維立體結(jié)構(gòu)的共軛寡聚物（MOE）。通過NMR、MALDI-TOF和GPC等表征手段確認(rèn)了MOE的結(jié)構(gòu)。本論文研究了MOE在水溶液中的紫外吸收和發(fā)射光譜行為，實驗數(shù)據(jù)表明它在水溶液中有較強的熒光，相對熒光量子效率為0.36；動態(tài)光散射實驗和透射顯微鏡結(jié)果表明該聚合物在溶液中形

5、成粒徑均一的小尺寸納米粒子（~4 nm），具有很好地分散性；MTT方法和細(xì)胞成像實驗結(jié)果表明低濃度的MOE可以作為一類新型水溶性探針應(yīng)用于細(xì)胞成像和載藥領(lǐng)域。
　　2.基于MOE吸附透明質(zhì)酸的自組裝復(fù)合納米粒子的制備及應(yīng)用
　　為拓展MOE的生物應(yīng)用，我們以MOE為載體和透明質(zhì)酸(HA)為功能性分子通過簡單自組裝制備了復(fù)合納米粒子MHNs。通過優(yōu)化自組裝條件，最終得到正負(fù)電荷的摩爾比(Z=n+/n-)為0.4、形狀規(guī)整、大小

6、適中(~80 nm)納米粒子MHNs-0.4。紫外吸收和發(fā)射光譜表明自組裝過程不會影響到MOE共軛主鏈的電子云結(jié)構(gòu)，除470nm處有因自組裝中不可避免的分子堆積造成的發(fā)射峰外，其他的特征峰與 MOE均相同。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性實驗結(jié)果表明該納米粒子能夠在被稀釋的溶液、緩沖溶液和含有10％牛血清蛋白的緩沖溶液中維持結(jié)構(gòu)的完整性，且有著很好的分散性。細(xì)胞毒性實驗表明MHNs-0.4對正常細(xì)胞NIH-3T3基本無毒性，MOE負(fù)載了 OHAs后具有較好的

7、生物相容性。靶向成像實驗結(jié)果表明，納米級的半徑和負(fù)載的大量OHAs使得MHNs-0.4可以逃脫人體的免疫排除機制，通過EPR效應(yīng)和透明質(zhì)酸-CD44受體介導(dǎo)的靶向作用增強其主動靶向性，實現(xiàn)對人肺癌細(xì)胞A549的靶向成像。
　　3.十字型共軛寡聚電解質(zhì)的合成、表征及其成像應(yīng)用研究
　　我們合成了直線型（MF3TBA）、T字型（SF3TBA）和十字型（SF6TBA）三種不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)共軛寡聚物，并對比研究了三者的光譜行為差異，其中

8、十字型寡聚物因具有更好地三維空間延展性性質(zhì)更加優(yōu)異。因此，我們選擇SF6TBA為對象，進一步對其結(jié)構(gòu)進行修飾，在其芴9-位側(cè)鏈上引入了 PEG鏈，最終得到了電中性具有生物相容性的SF6-PEG-NH2。通過NMR和紅外確認(rèn)了目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。光譜實驗表明SF6-PEG-NH2在水溶液中有較強的熒光，光穩(wěn)定性很好。動態(tài)光散射實驗和透射顯微鏡結(jié)果表明該聚合物在溶液中形成粒徑均一的小尺寸納米粒子（~40 nm）；MTT方法和細(xì)胞成像實驗結(jié)果表明

9、SF6-PEG-NH2可以作為一類新型生物相容性熒光探針應(yīng)用于細(xì)胞成像。
　　4.星型芴類寡聚電解質(zhì)的合成、表征及其成像應(yīng)用研究
　　首先通過Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)合成了以三苯胺為核，芴的衍生物為臂的星型寡聚物，然后通過脫脂反應(yīng)將芴9-位的叔丁酯脫去，得到陰離子型寡聚物(TEF)。研究了TEF在水溶液中的紫外吸收和發(fā)射光譜行為，結(jié)果表明它在水環(huán)境下有較強的熒光。此外，TEF在極性溶液中具有較高的雙光子吸收截面。動態(tài)光