發(fā)布時間：2020-07-31 18:14

【摘要】：隨著熒光技術(shù)的迅猛發(fā)展,基于有機(jī)染料的熒光檢測及熒光成像已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。其中,花菁染料具有摩爾消光系數(shù)大、熒光量子產(chǎn)率高,吸收及發(fā)射波長可調(diào)范圍大(從可見光到近紅外區(qū)),可修飾位點多等特點,是有機(jī)染料中研究最為廣泛的一類。例如,吲哚菁綠(ICG)已經(jīng)被美國食品藥品管理局(FDA)批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床診斷。然而,傳統(tǒng)的花菁染料存在光穩(wěn)定性差、容易聚集等問題,影響染料在使用過程中熒光檢測信號的可靠性,從而限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。因此,對花菁染料的這些性能特點加以改善或利用,開發(fā)新的應(yīng)用策略,對拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。例如,花菁染料的聚集會導(dǎo)致其熒光猝滅,但花菁的可控聚集(自組裝過程)也帶來了新的性能。本論文選用穩(wěn)定性優(yōu)良的吲哚方酸菁染料作為熒光核,通過不同修飾策略實現(xiàn)了其功能化以及可控自組裝,包括如下性能:首先,染料的自組裝-解組裝過程對氨氣敏感,利用相應(yīng)的光學(xué)信號改變實現(xiàn)氨氣的傳感檢測。其次,功能化染料可以在水中自組裝形成規(guī)則的納米粒子,具有更高的生物可用性。另外,染料自組裝會使其光動力性能提升,在光照下產(chǎn)生的單線態(tài)氧對細(xì)胞具有殺傷性。綜上所述,本論文設(shè)計合成了一系列功能化花菁染料,通過調(diào)控染料的自組裝,制備了一系列基于花菁染料的熒光納米材料,研發(fā)其在環(huán)境、生物及醫(yī)藥領(lǐng)域的新應(yīng)用。本論文主要包括以下幾個方面的研究:1、通過靜電紡絲法將羧酸功能化的吲哚方酸菁染料(Cy)摻入PLA(聚乳酸)中,制得了一種納米纖維薄膜PLA-Cy。該熒光薄膜具有多孔的納米纖維結(jié)構(gòu)。利用花菁染料在薄膜中的“組裝-解組裝”過程,實現(xiàn)了對氨氣的傳感與定量檢測。在氨氣存在下,PLA-Cy薄膜可由白色變?yōu)樗{(lán)色,并對氨氣有著較好的靈敏性及特異性。進(jìn)一步提出并驗證了薄膜的響應(yīng)機(jī)理:花菁染料與氨氣結(jié)合后由自組裝到解組裝的變化導(dǎo)致了薄膜的顏色變化。這種利用自組裝狀態(tài)改變的氨氣檢測膜為氣體傳感探針的設(shè)計提供了新思路。2、設(shè)計合成了一種溴和氨基功能化的兩親性吲哚方酸菁染料LysoCy,并研究其在生物標(biāo)記領(lǐng)域的應(yīng)用。LysoCy具有良好的水溶性、穩(wěn)定性及長波熒光發(fā)射�；谄鋬捎H性結(jié)構(gòu),LysoCy可以聚集形成納米囊泡,并通過細(xì)胞內(nèi)吞作用快速進(jìn)入細(xì)胞溶酶體。細(xì)胞實驗表明,LysoCy特異性標(biāo)記細(xì)胞溶酶體,與商業(yè)化溶酶體染料Lyso Tracker的定位效果相媲美。將LysoCy用于溶酶體的長效動態(tài)監(jiān)測中,在與細(xì)胞共培養(yǎng)48小時后LysoCy的熒光強(qiáng)度基本不變,而商業(yè)化染料LysoTracker在與細(xì)胞共培養(yǎng)1.5小時后熒光基本消失。光譜測試以及等溫滴定量熱實驗證明該熒光標(biāo)記溶酶體過程是由熒光分子與溶酶體的疏水作用和靜電作用共同驅(qū)動。因此,本研究證明了 LysoCy可以應(yīng)用于溶酶體的長效標(biāo)記,拓寬了花菁染料的應(yīng)用范圍。3、設(shè)計合成了一種攜帶靶向基團(tuán)和抗癌藥物的功能化吲哚方酸菁分子前藥ICy5-CPT-RGD,該功能化熒光分子可以在水中自組裝形成納米藥物PTN,并最終實現(xiàn)對腫瘤的診斷與治療。PTN具有穩(wěn)定的納米尺寸(約90 nm),長波熒光發(fā)射及優(yōu)異的光動力效果。由于花菁分子的聚集,PTN的光動力能力大大增強(qiáng),由此我們進(jìn)一步提出并驗證了聚集誘導(dǎo)光動力增強(qiáng)效應(yīng)。PTN還具有刺激響應(yīng)性,在溶酶體酸性以及光照下,PTN可以降解形成超細(xì)納米粒子(粒徑5 nm),并加速藥物的釋放。通過細(xì)胞及活體實驗,我們驗證了 PTN的光動力性能,藥物釋放性能,腫瘤深層滲透性能、活體成像性能及良好的生物相容性。最終,PTN實現(xiàn)了對腫瘤的化療-光動力聯(lián)合治療并明顯抑制了腫瘤生長。本工作首次通過非化學(xué)方法增強(qiáng)了花菁染料的光動力性能,并為多功能花菁納米材料的設(shè)計與應(yīng)用提供了新的思路與途徑。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ610.1
【圖文】：

花菁染料還分為線性結(jié)構(gòu)和剛性結(jié)構(gòu)。線性的花菁染料的共軛鏈只由單雙鍵交逡逑替的碳鏈組成。而剛性花菁染料向共軛鏈中引入了環(huán)狀結(jié)構(gòu)以增加其剛性。這些剛性逡逑環(huán)結(jié)構(gòu)可以是方酸環(huán)、環(huán)己烯環(huán)、克酮環(huán)等。線性及剛性花菁染料的結(jié)構(gòu)通式如圖１－３逡逑所示。逡逑Ｒｌ0Ｃ＾ｔ？０Ｒ２逡逑％Ｂ，＇邋ｎ邋、邐ｆ邋0（邋0逡逑１邋１邋２邋３邐Ｒ，邋ｔｆ邋６邋點逡逑0邐0廠＼逡逑線性花菁染料邐剛性花菁染料逡逑圖１－３線性及剛性花菁染料的結(jié)構(gòu)通式逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｇｅｎｅｒａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ邋ｏｆ邋ｌｉｎｅａｒ邋ａｎｄ邋ｐｌａｎａｒ邋ｃｙａｎｉｎｅ邋ｄｙｅｓ．逡逑４逡逑

Ｒ１ＸＸＴ邐ｒｆ１邋ｂ逡逑圖１－６用吲哚啉、２－甲基喹啉及４－甲基喹啉合成五甲川花菁染料。逡逑Ｆｉｇ．邋１－６邋Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ邋ｏｆ邋ｐｅｎｔａｍｅｔｈｉｎｅ邋ｃｙａｎｉｎｅ邋ｗｉｔｈ邋ｉｎｄｏｌｉｎｅ，邋２－ｍｅｔｈｙｌｑｕｉｎｏｌｉｎｅ邋ａｎｄ邋２－ｍｅｔｈｙｌｑｕｉｎｏｌｉｎｅ．逡逑７逡逑

吲哚位上的取代基會在一定程度上影響花菁的光譜性質(zhì)。Ｆｒａｎｋ課題組研究了鹵逡逑素取代對花菁染料的性能影響［３５１。與一般的重原子效應(yīng)不同，重原子對方酸菁的取代逡逑會提高染料的熒光量子產(chǎn)率，并且影響Ｉ＞Ｂｒ＞Ｃｌ邋（圖１－７）。這是由于取代后電子密逡逑度會由鹵素轉(zhuǎn)移到熒光核上，增強(qiáng)了共軛體系。取代還會使染料的吸收及發(fā)射產(chǎn)生一逡逑定的紅移，這也有利于構(gòu)建新型的近紅外染料。逡逑ＮＣｙＣＮ邐Ｄｙｅ邐ｇｌＭｄｃｆＴＴ１】邐中抑邐＇ｅｍ逡逑Ｃ｛0Ｍ，0ａ邋ｂｅｎｚｅｎｅ．＾ＹｍＥＣ邐５ａ＾邋６８３邐１９Ｓ０００邐６９８邐０．３７±邋０．０２邋７２ＩＳＯ逡逑．一邋１邋ｘ邋／邋９７％邐°－邐３邐５，６９４邐２１Ｓ邋０００邐７０８邐０．４７邋±０．０２邋１０１５００逡逑Ｘ邐５＃邋６９５邐２１６０００邐７１０邐０．４７士０．０２邋ＫＨ邋５２０逡逑ｒ／邐１邐５，６９９邐２２１０００邐７１３邐０．５Ｓ邋土邋０．０２邋１２８１Ｓ０逡逑３ａＶ邐Ｘ邐６邋ａ間邐８７０邐２０５０００邐８９０邐０．１０邋±邋０．０１邐２０５００逡逑）／邐２５邋－邋７８％邋ｎ－ｂｕｔＬ，Ｓ５ｅ＾邐６ｂ＾邐Ｓ８５邐２５８ＯＣＫ）邐９１３邐０．１１邋士邋０識邐２８３８０逡逑；邋ＮＣ、

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