高稳定性高亮度荧光二氧化硅纳米粒子的制备与性能研究

摘要

近些年来，荧光成像由于在生命系统内高的时间和空间分辨率而被作为一种有力的技术应用于生物学靶标和生命进程的监控。随着荧光成像技术的快速发展，功能性荧光染料在生命科学领域发挥着越来越重要的作用。在众多荧光染料中，菁染料由于独特分子结构、大的摩尔消光系数、可调节的光谱、与生物分子结合后荧光增强、合成与提纯方法简单以及生物毒性低等优点受到了越来越多科研工作者的青睐，并充分应用于各相关领域中。然而，菁染料也有着传统有机染料相似的缺点和不足，例如光稳定性较差和荧光量子产率低等问题。近年来，在纳米材料技术问世以后，为了解决荧光染料在生物应用中的问题，许多学者采用了有机染料与无机纳米材料结合的方法，制备出易于表面功能化、具有良好生物兼容性、表面光通透的荧光二氧化硅纳米颗粒，使该技术拥有较为广阔的应用前景。
　　本论文设计合成了三种具有大斯托克斯位移的七甲川菁染料，并利用反相微乳液法将其用共价连接的方式包覆在二氧化硅纳米颗粒内部得到了荧光纳米粒子FSNPs-1、FSNPs-2和FSNPs-3。通过控制微乳液体系各组分的用量，找到了二氧化硅纳米颗粒的制备规律，最终成功的得到了粒径较为均一、分散性良好、聚集程度较低的近红外荧光二氧化硅纳米粒子。
　　透射电镜成像表明制备的三种荧光纳米粒子FSNPs-1、FSNPs-2和FSNPs-3均呈球形、分散性良好，粒径约40 nm。热重分析实验可以得出三种纳米粒子FSNPs-1、FSNPs-2和FSNPs-3内包含的染料依次为65.1 mg/g，41.5 mg/g和23.8 mg/g。染料在水中的泄露实验显示经过15天浸泡后，荧光纳米粒子FSNPs-1、FSNPs-2和FSNPs-3仍分别保持了98％、93％、95％的荧光强度。巨噬细胞的生物成像和流式细胞实验表明合成的荧光纳米粒子都能较好的进入细胞内而FSNPs-3的亮度是自由染料的10倍。此外，巨噬细胞稳定性实验也证明了FSNPs-3的光稳定性相比于自由染料得到了大幅增强。MTT实验的细胞存活率进一步表明FSNPs-3在巨噬细胞内有着优秀的生物兼容性。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 菁染料

1．1．1 菁染料的结构

1．1．2 菁染料的光谱性能

1．1．3 菁染料的应用

1．2 荧光纳米粒子

1．2．1 上转换纳米粒子

1．2．2 金纳米粒子

1．2．3 磁性纳米粒子

1．2．4 量子点

1．2．5 荧光二氧化硅纳米粒子

1．3 选题背景和主要目标

2 荧光纳米粒子的制备、优化及性能研究

2．1 概述

2．2 实验部分

2．2．1 仪器和原料

2．2．2 中间体及染料的合成

2．2．3 荧光二氧化硅纳米粒子FSNPs-1的制备

2．3 结果与讨论

2．3．1 染料Ⅱ-1和Ⅱ-2的光谱性质

2．3．2 反相微乳液体系的优化

2．3．3 荧光纳米粒子FSNPs-1的光谱性质

2．3．4 荧光纳米粒子FSNPs-1的细胞内光稳定性的测量

3 染料分子结构对于荧光纳米二氧化硅包覆效果的影响探究

3．1 概述

3．2 实验部分

3．2．1 仪器与试剂

3．2．2 染料的合成

3．2．2 荧光二氧化硅纳米粒子FSNPs-2、FSNPs-3的制备

3．3 结果与讨论

3．2．1 染料Ⅱ-3、Ⅱ-4 和Ⅱ-5的光谱测试

3．2．2 荧光纳米粒子的光谱测试

3．2．3 荧光纳米粒子的投射电镜表征

3．2．4 荧光纳米粒子的热重分析测试

3．2．5 荧光纳米粒子的染料泄露测试

3．2．6 荧光纳米粒子的相对亮度测试

3．2．7 荧光纳米粒子的共聚焦成像及流式细胞测试

3．2．8 荧光纳米粒子的细胞稳定性测试

3．2．9 荧光纳米粒子的细胞毒性测试

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢