论文部分内容阅读
基于有机（高）分子的光功能材料因其在有机电致发光、有机固体激光、荧光探针、生物成像等许多高科技领域的应用前景，受到了人们的广泛关注，已经成为一个新兴的多学科交叉的前沿领域。其中，荧光探针作为一种极为重要的光化学传感器，以其较高的灵敏度，良好的选择性，易于检测，使用方便等优点，已经被广泛应用于生物、化学、医学、材料等领域，并得到了良好的发展。常用的荧光分子有罗丹明类、菁类染料、香豆素、BODIPY等，这些传统的荧光分子探针在使用时常常存在一个问题：荧光分子聚集会导致荧光强度减弱或猝灭的现象。例如，当荧光探针分子与被检测生物大分子结合时，这些荧光分子会在生物大分子表面发生聚集，这种聚集使荧光信号减弱甚至消失，严重影响检测的效果。在荧光生物成像领域，有机荧光探针也存在因聚集导致荧光猝灭的现象。为了避免因荧光探针聚集引起的荧光猝灭，在检测过程中就必须控制荧光探针的浓度以及与底物结合的探针分子的数量，这就会导致检测体系中荧光分子的浓度较低，探针的荧光强度也相对较弱，影响荧光检测的效果。2001年，唐本忠教授发现1-甲基-1,2,3,4,5-五苯基硅杂环戊二烯(1-methyl-1,2,3,4,5-pentaphenylsilole, or MPPS)分子具有独特的光学性质，即在溶液状态下，有机分子基本没有荧光发射，当分子处在聚集态或者固态下，其荧光强度显著增强，并且他们将这独特的现象定义为“聚集诱导发光”现象(Aggregation-induced Emission, or AIE)，这一工作开创了AIE研究领域的先河。随着众多研究者对于AIE现象的研究探索，越来越多的具有AIE性能的分子被设计合成出来，如TPE、CN-MBE、cis-DPDSB、PPB等小分子衍生物以及聚合物，AIE的具体机理也被深入研究。最近，利用AIE分子构筑新型化学/生物荧光探针的研究已经成为研究热点，并且取得一些颇有意义的研究成果。AIE分子作为DNA、蛋白质、ATP、葡萄糖、酸碱度、二氧化碳等荧光探针的研究，已被报道。但是，由于AIE分子作为荧光探针的研究才刚刚起步，主要的研究体系集中在较早被发现的两类AIE分子中，即TPE衍生物和Silole衍生物，因此，开发新型AIE分子的荧光探针是一项很有意义的工作。另外，AIE分子作为荧光生物成像材料的研究体系较少，制备过程较为复杂，所制备的纳米粒子的荧光量子效率较低，细胞对纳米粒子的吞噬机理也没有进行深入研究。因此，在本论文中设计合成了一系列新型的具有AIE性能的9,10-二苯乙烯基蒽衍生物，并研究其在pH荧光探针和蛋白质、DNA探针以及荧光生物成像等方面的应用。1.基于9,10-二苯乙烯基蒽衍生物的荧光pH探针和荧光生物探针的研究在第二章中，设计合成了一系列具有AIE性能的9,10-二苯乙烯基蒽小分子化合物，研究了它们在不同条件下的AIE性能。基于化合物4和化合物6的AIE性能开发了荧光pH探针。利用化合物7与BSA形成聚集体后产生增强的荧光信号，达到了检测溶液中BSA的目的，并且进一步将这种方法应用于BSA折叠结构变化的检测。利用化合物7与ctDNA形成聚集体后产生增强的荧光信号，达到了检测溶液中ctDNA的目的，并且进一步将这种方法应用于ctDNA羟氧自由基氧化损伤的检测。2. N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺聚合物荧光纳米粒子的制备及细胞成像研究在第三章中，将疏水的AIEM单体与亲水的HPMA、AEMA单体共聚得到两亲性聚合物，这些聚合物具有典型的AIE性能。通过调节AIEM单元在聚合物中的含量，可以获得荧光量子效率相对较高的聚合物纳米粒子。制备的荧光纳米粒子对U87MG和CP-A细胞基本没有细胞毒性，并且在细胞中，纳米粒子都发出明亮的绿色荧光，具有细胞显影功能。3.含甲基丙烯酸三氟乙酯单元的聚合物荧光纳米粒子的制备及细胞成像研究在第四章中，将疏水的AIEM和TFMA单体与亲水的HPMA、MATMA单体共聚得到含有氟原子的两亲性聚合物，这些聚合物具有典型的AIE性能，在AIEM单元与HPMA单元的摩尔比只有1:100的聚合物中，通过调节TFMA单元在聚合物中的含量，获得了荧光量子效率达到40%的聚合物纳米粒子。制备的荧光纳米粒子对U87MG和CP-A细胞基本没有细胞毒性，并且在细胞中，纳米粒子都发出明亮的绿色荧光，具有细胞显影功能。这一系列含有19F原子的AIE聚合物荧光纳米粒子不但可以用于荧光生物成像，而且还具有作为19F核磁共振成像显影试剂的潜在可能性。