生物相容性有机纳米颗粒的制备及其在细胞成像中的应用

摘要

众所周知，有机染料是生物成像中最常用的荧光探针，然而大部分有机染料是疏水性且在生物环境内极易聚集而产生荧光淬灭的现象，稳定性很差。随着纳米技术的发展，出现了各种装载染料的纳米载体（比如各种硅纳米材料、脂质体、树状大分子、高分子胶束等），通过载体的表面修饰解决染料水分散的生物相容性的问题，增强染料的稳定性与抗光漂白能力。然而，整个体系中载体往往占较大比重，染料的装载率比较低，虽然可以减少聚集引起的荧光淬灭，获得高的荧光量子产率，然而染料的光吸收很少，而探针的亮度是量子产率与光吸收能力的共同作用的结果。如果仅有高的量子产率，而很低的光吸收，探针的亮度也会很低。本论文从增加染料数目、提高整体吸收的角度出发，将染料制备成无载体的纳米颗粒，经过表面修饰解决生物相容性后应用于细胞成像。我们选择以优异的荧光分子2-叔丁基-9，10二萘蒽(TBADN)为研究对象，(1)将TBADN有机分子首先制备成150nm左右的纳米颗粒，再使用双亲性表面活性剂通过疏水相互作用，实现表面亲水修饰，赋予有机纳米颗粒良好的水相分散性和生物环境稳定性。合成的纯染料纳米颗粒有较大的吸收截面，量子产率达到15％，因此相同条件下与标准的CdSe/ZnS量子点相比具有堪比甚至更高的发光亮度，将纳米颗粒表面修饰上靶向叶酸分子，成功实现细胞靶向成像。(2)对于红光等发光波长较长的化合物，由于在形成纳米颗粒时由聚集引起的荧光淬灭非常严重，因此我们采用掺杂的方法解决此问题。以TBADN纳米颗粒作为主体，C545T和DCJTB作为受体，通过共振能量转移的方法实现具有高亮度与大的斯托克斯位移的绿光、红光等发光连续可调的荧光探针。最优的绿光与红光发射的掺杂纳米颗粒分别具有45%与14%量子产率，12倍与10倍的荧光增益。最后经表面修饰赋予掺杂纳米颗粒良好水相分散性，优异的生物环境稳定性，最终实现细胞靶向成像。
　　 以上实验结果表明有染料制备成纳米颗粒后经过表面修饰应用于生物成像是完全可行且具有明显优势和前景，有望成为新一代优异的纳米荧光探针。