功能化共轭聚合物纳米颗粒的制备及生物应用

摘要

实现高效率的靶向识别肿瘤细胞对于探索导致癌症疾病的根源和癌症治疗是至关重要的。而如何将化学材料的光电性质与生物分子的特异性有机结合起来，得到新型生物复合功能材料是目前国际上关注的科学问题和研究热点。共轭聚合物纳米颗粒集共轭聚合物优良的光学特性和纳米颗粒的尺寸效应于一体，作为一种具有巨大潜力的有机复合荧光材料受到了科学界的广泛关注。相比于传统的有机染料以及无机半导体量子点而言，共轭聚合物纳米颗粒展现出明亮的荧光、良好的光稳定性、生物低毒性以及多功能表面修饰等显著特征。
　　本学位论文利用共轭聚合物纳米颗粒优良的光学特性和易修饰的特征，结合生物分子（抗体和靶向肽）的高靶向性，得到生物复合的功能材料并开展对肿瘤细胞不同部位靶向识别和光动力杀伤方面的研究。鉴于红光材料组织渗透性强和生物背景干扰小的特点，通过生物分子的修饰得到生物复合的红光发射共轭聚合物纳米颗粒并开展其在细胞成像和组织成像的研究。本学位论文具体包括以下四个章节:
　　第一章，简述共轭聚合物纳米颗粒的最新研究进展并提出本论文的设计思想。
　　第二章，旨在得到高发光效率的共轭聚合物并成功与生物分子共价偶联，以能够靶向识别肿瘤细胞不同部位的生物复合材料为目的来开展研究。为此设计并合成了一种含有芴和苯并噻唑基团的高发光效率的黄光共轭聚合物，通过再沉淀法将其制备成共轭聚合物纳米颗粒。为了进一步实现对肿瘤细胞不同部位的靶向成像，利用共价结合作用，将靶向抗体和生物肽连接到表面修饰有羧基的纳米颗粒上，成功地对肿瘤细胞的细胞膜和细胞质进行了靶向成像。基于共轭聚合物在光激发下能够产生活性氧的特性，进一步对肿瘤细胞进行了光动力治疗的探索研究。在光照的条件下，同时修饰抗体与渗透肽的纳米颗粒不仅能对细胞进行靶向标记，而且能够有效地进行光动力杀伤。本章工作的创新之处在于提供了一种通过共价连接方式得到生物分子功能化共轭聚合物纳米颗粒的方法，而且实现了对肿瘤细胞不同部位靶向识别成像，为肿瘤细胞的光动力疗法提供了一种可行的方法。
　　第三章，在上述研究的基础上，以得到渗透能力强、发光效率高、生物背景小、红光发射的生物复合材料为目标来拓展研究。然而，单一的发射红光的化合物往往发光效率都很低，为此，本章研究工作基于荧光共振能量转移作用机制，将制备所得发射蓝、绿、黄和红的四种聚合物通过按比例掺杂得到一种新型的掺杂型高发光效率的红光共轭聚合物。为了进一步发展其在生物方面的应用，利用共价连接方式在纳米颗粒的表面修饰上细胞渗透肽，从而实现对肿瘤细胞的快速且靶向渗透到细胞质内。所得的功能化纳米颗粒具有良好的生物渗透性且定位于细胞质中。这种掺杂型聚合物纳米颗粒不仅在可见光区域内能够实现全波段发射，而且在长波区域更展示出强烈的荧光，这对于复杂生物体系的探索是十分有利的。借助于激光共聚焦检测手段，开展了对所得功能化共轭聚合物纳米颗粒在肿瘤细胞和组织方面的成像应用。本章工作的创新之处在于得到了一种能够在长波段区域发射强烈荧光的生物复合材料，并实现了多色生物成像。
　　第四章，总结与展望以及下一步的研究计划。

目录

摘要

第一章 前言

1．1 引言

1．2 功能化共轭聚合物纳米颗粒的制备

1．2．1 共轭聚合物的制备

1．2．2 共轭聚合物纳米颗粒的制备

1．2．3 共轭聚合物纳米颗粒功能化及生物偶联

1．3 共轭聚合物纳米颗粒在生物领域的应用

1．3．1 生物细胞成像

1．3．2 药物传递

1．3．3 光动力治疗

1．3．4 基因转染

1．4 本文的设计思想及主要内容

第二章 靶向功能的聚合物纳米颗粒及细胞成像和光动力杀伤方面的研究

2．1 引言

2．2 试剂与仪器

2．2．1 主要试剂

2．2．2 主要仪器

2．3 化合物的合成

2．3．1 合成及修饰路线

2．3．2 实验步骤及结构表征

2．3．3 聚合物纳米颗粒的制备

2．3．4 功能化纳米颗粒的制备

2．4 生物细胞实验

2．4．1 细胞培养

2．4．2 体外细胞成像

2．5．1 光物理性质

2．5．2 形貌粒径表征

2．5．3 细胞毒性及光稳定性

2．5．4 功能化纳米颗粒的表征

2．5．5 细胞成像

2．5．6 光动力治疗

2．6 结论

第三章 渗透功能红光聚合物纳米颗粒及生物成像方面的研究

3．1 引言

3．2 试剂与仪器

3．2．1 主要试剂

3．2．2 主要仪器

3．3 化合物的合成

3．3．1 合成路线

3．3．2 合成步骤及结构表征

3．3．3 聚合物纳米颗粒的制备

3．3．4 功能化纳米颗粒的制备

3．4 生物实验

3．4．1 细胞培养

3．4．2 细胞活性测定

3．4．3 细胞成像

3．4．4 活体组织成像

3．5 结果讨论

3．5．1 光物理性质

3．5．2 形貌粒径表征

3．5．3 理论计算

3．5．4 生物细胞毒性

3．5．5 细胞成像

3．5．6 活体组织成像

3．6 结论

第四章 总结展望

4．1 总结

4．2 展望

参考文献

附录

致谢

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