本文關(guān)鍵詞：功能熒光星形聚合物的合成及生物應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 星形聚合物 傒酰亞胺 可控/活性聚合 pH探針 基因載體 生物成像

【摘要】：傒酰亞胺作為一種光熱性質(zhì)優(yōu)良的熒光發(fā)色團(tuán),擁有特殊的紫外吸收和接近近紅外光區(qū)(650-900 nm)的熒光發(fā)射波段(600-630m)。以傒酰亞胺為核的熒光星形聚合物繼承了它的熒光性能,同時(shí)又解決了傒酰亞胺溶解性能差的缺點(diǎn)。星形聚合物是樹枝狀聚合物家族中的一員,與線性聚合物相比,星形聚合物具有特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)勢,其內(nèi)部的空腔結(jié)構(gòu)及裸露于外部更多的功能基團(tuán),使得它在藥物載體等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景；與合成過程繁瑣的樹枝狀大分子相比,星形聚合物簡單易得,有望實(shí)現(xiàn)大量生產(chǎn),并降低成本。這些優(yōu)勢使得星形聚合物非常適用于合成功能型聚合物。刺激響應(yīng)型聚合物是功能型聚合物中的一種,該類聚合物在受到外界環(huán)境刺激,如pH、溫度、光、電解質(zhì)分子、電壓等的條件下,會(huì)發(fā)生一系列特異性的響應(yīng)變化。離子型聚合物屬于刺激響應(yīng)型聚合物,它們對電解質(zhì)或pH值具有響應(yīng)性,其中的陽離子型聚合物還常被用做基因載體方向的研究。本論文的研究對象是以傒酰亞胺為核的多種熒光星形聚合物中的離子型聚合物,它們的制備方法涉及原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)和聚合物改性；在合成聚合物之前,我們首先合成了兩種以傒酰亞胺為核的引發(fā)劑,其中涉及了羥基的保護(hù)以及酯化反應(yīng)。本論文的主要內(nèi)容是研究這些熒光星形聚合物在pH探針和基因載體方面的應(yīng)用。本論文的研究成果主要分如下幾個(gè)方面：1、對傒酰亞胺衍生物的“海島”位進(jìn)行修飾,合成了兩種花酰亞胺衍生物ATRP引發(fā)劑。原料為實(shí)驗(yàn)室已合成的一種氯化花酰亞胺化合物(4C1-PDI),通過取代反應(yīng)得到羥基化的四羥基花酰亞胺(4OH-PDI)。隨后以40H-PDI作為原料與2-溴異丁酰溴發(fā)生酯化反應(yīng)制備了末端是溴原子的四溴傒酰亞胺(4Br-PDI),即四臂引發(fā)劑;同樣以4OH-PDI作為原料,運(yùn)用了樹枝狀大分子的合成思路,首先制備了帶有更多羥基的八羥基傒酰亞胺(8OH-PDI),再與2-溴異丁酰溴發(fā)生酯化反應(yīng),最終得到八溴花酰亞胺(8Br-PDI),即八臂引發(fā)劑。2、用上述兩種引發(fā)劑和本實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)合成的另一種八臂引發(fā)劑(引發(fā)劑1)引發(fā)ATRP聚合,得到了多種熒光星形聚合物,經(jīng)過聚合物的改性,最終獲得了熒光星形聚電解質(zhì),包括兩種陰離子型聚合物和六種陽離子型聚合物。我們對得到的聚合物分別作了核磁譜圖和凝膠滲透色譜的表征。3、首次以熒光星形聚合物傒酰亞胺-聚丙烯酸(PDI-PAA)和傒酰亞胺-聚甲基丙烯酸胺乙基酯(PDI-PAEMA)為材料制備了pH熒光探針,其中PDI-PAA和PDI-PAEMA分別是熒光星形陰離子型和陽離子型聚合物的代表。研究表明,兩種聚合物均以單分子膠束狀態(tài)存在于溶液中,而且pH的調(diào)節(jié)可以引起膠束尺寸的變化,這些結(jié)論建立在小角X光散射(SAXS)和動(dòng)態(tài)光散射(DLS)的表征數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上。隨后的光學(xué)性質(zhì)的研究表明,膠束尺寸的變化會(huì)導(dǎo)致溶液熒光的相應(yīng)變化,pH值變化能夠引起聚合物溶液可回復(fù)性的熒光強(qiáng)度變化。研究表明這種熒光變化的內(nèi)因是水分子對熒光基團(tuán)的淬滅作用,單分子膠束的體積相轉(zhuǎn)變改變了熒光基團(tuán)所處環(huán)境。這一原理同樣適用于其他種類的星形聚合物。4、對兩種熒光四臂星形陽離子型聚合物PDI-PAEMA和傒酰亞胺-聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(PDI-PDMAEMA)作了基因載體和細(xì)胞成像方向的研究,并比較了它們的基因轉(zhuǎn)染效率。這兩種聚合物均以花酰亞胺為核,它們的側(cè)基分別含有伯胺或叔胺基團(tuán),并且具有相同的重復(fù)單元數(shù),光學(xué)性質(zhì)相似。瓊脂糖電泳實(shí)驗(yàn)表明,在較低的氮磷比條件下(N/P8：1),它們可以和帶有負(fù)電的DNA形成穩(wěn)定的復(fù)合物。進(jìn)一步的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明,這種復(fù)合物可以成功進(jìn)入細(xì)胞,并表現(xiàn)出良好的熒光成像效果。與聚乙烯亞胺(PEI)相比,兩種聚合物在毒性和轉(zhuǎn)染效率方面具有明顯的優(yōu)勢。在這兩者中,側(cè)基為叔胺的聚合物PDI-PDMAEMA具有較高的基因轉(zhuǎn)染效率。5、為了尋找更好的制備高轉(zhuǎn)染效率基因載體的方法,我們首先合成了四臂或八臂熒光星形聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(PDI-PGMA),之后在溫和條件下分別與乙二胺(EDA)和N’-(3-氨丙基)-N,N-二甲基-1,3-丙二胺(DMDPA)進(jìn)行開環(huán)反應(yīng),制備了陽離子化的聚甲基丙烯酸甘油酯(PGOHMA):SP1, SP2和SP3。它們的水溶液保持了良好的熒光性能,擁有大于0.1的熒光量子產(chǎn)率((?)f)。在瓊脂糖電泳實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)?shù)妆却笥?：1時(shí)SP2就可以與DNA形成穩(wěn)定的復(fù)合物。細(xì)胞水平的毒性實(shí)驗(yàn)表明這幾種PGOHMAs均具有良好的生物相容性。在這三種聚合物中,SP2因?yàn)榛蜣D(zhuǎn)染效率最高,是理想的熒光聚合物基因載體。
【關(guān)鍵詞】：星形聚合物 傒酰亞胺 可控/活性聚合 pH探針 基因載體 生物成像
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O631
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-21
• 第一章 緒論21-55
• 1.1 星形聚合物的簡單介紹21
• 1.2 活性自由基聚合簡介21-27
• 1.2.1 氮氧穩(wěn)定自由基聚合(NMP)22-23
• 1.2.2 可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合(RAFT)23-24
• 1.2.3 原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)24-27
• 1.3 刺激響應(yīng)型聚合物的綜述和展望27-44
• 1.3.1 pH響應(yīng)型聚合物27-30
• 1.3.2 溫度響應(yīng)型聚合物30-34
• 1.3.3 光敏型聚合物34-36
• 1.3.4 分子響應(yīng)型聚合物36-41
• 1.3.5 其他刺激響應(yīng)型聚合物41-44
• 1.4 水溶性花酰亞胺類衍生物及其應(yīng)用44-52
• 1.4.1 水溶性傒酰亞胺類衍生物做基因載體45-50
• 1.4.2 水溶性傒酰亞胺類衍生物用做離子光學(xué)傳感器50-51
• 1.4.3 水溶性傒酰亞胺類衍生物用做細(xì)胞標(biāo)記物51-52
• 1.5 本論文的主體思想與內(nèi)容介紹52-55
• 第二章 熒光星形聚合物的合成55-91
• 2.1 引論55-57
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分57-88
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器57-60
• 2.2.2 四臂引發(fā)劑4Br-PDI的合成和表征60-65
• 2.2.2.1 四羥基花系化合物4OH-PDI的合成60-62
• 2.2.2.2 四臂引發(fā)劑(4Br-PDI)的合成62-65
• 2.2.3 八臂引發(fā)劑8Br-PDI的合成和表征65-72
• 2.2.3.1 2,2,5-三甲基-1,3-二惡烷-5-甲酸酐(TDCA)的制備65-66
• 2.2.3.2 八羥基傒系化合物8OH-PDI的制備66-69
• 2.2.3.3 八臂引發(fā)劑8Br-PDI的制備69-72
• 2.2.4 陰離子型星形聚合物的合成72-76
• 2.2.4.1 四臂聚合物PDI-P(tBA)_4的合成72-73
• 2.2.4.2 四臂聚合物PDI-P(AA)_4的合成73-74
• 2.2.4.3 八臂聚合物PDI-P(tBA)-8的合成74-75
• 2.2.4.4 八臂聚合物PDI-P(AA)_8的合成75-76
• 2.2.5 陽離子型聚合物的合成76-88
• 2.2.5.1 四臂星形聚合物PDI-P(Boc-AEMA)_4的合成76-77
• 2.2.5.2 四臂星形聚合物PDI-P(AEMA)_4的合成77-78
• 2.2.5.3 八臂星形聚合物PDI-P(Boc-AEMA)_8的合成78-80
• 2.2.5.4 八臂星形聚合物PDI-P(AEMA)_8的合成80-81
• 2.2.5.5 四臂星形聚合物PDI-P(DMAEMA)_4的合成81-82
• 2.2.5.6 四臂星形聚合物PDI-P(GMA)_4的合成82-83
• 2.2.5.7 八臂星形聚合物PDI-P(GMA)_8的合成83-85
• 2.2.5.8 四臂星形聚合物PDI-P(GOHMA)_4的合成85-86
• 2.2.5.9 八臂星形聚合物PDI-P(GOHMA)_8的合成86-88
• 2.3 本章小結(jié)88-91
• 第三章 熒光星形聚合物pH探針91-107
• 3.1 引論91-92
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分92-95
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器92-93
• 3.2.2 陰陽離子型聚合物的合成93
• 3.2.3 凝膠滲透色譜儀(GPC)表征93-94
• 3.2.4 紫外吸收光譜和熒光發(fā)射光譜表征94
• 3.2.5 小角X光散射(SAXS)表征94
• 3.2.6 動(dòng)態(tài)光散射(DLS)表征94
• 3.2.7 滴定法測pKa值94-95
• 3.2.8 水對熒光基團(tuán)的淬滅實(shí)驗(yàn)95
• 3.3 結(jié)果與討論95-104
• 3.3.1 聚合物分子量及分子量分布95-96
• 3.3.2 紫外吸收及熒光發(fā)射光譜表征96-97
• 3.3.3 小角X光散射(SAXS)表征97-98
• 3.3.4 動(dòng)態(tài)光散射(DLS)表征98-99
• 3.3.5 滴定法測pKa值99-100
• 3.3.6 水對熒光基團(tuán)的淬滅實(shí)驗(yàn)100-102
• 3.3.7 pH值變化對聚合物光學(xué)譜圖的影響102-103
• 3.3.8 pH往復(fù)性實(shí)驗(yàn)103
• 3.3.9 聚合物范圍拓展實(shí)驗(yàn)103-104
• 3.4 本章小結(jié)104-107
• 第四章 多氨基熒光星形聚合物基因載體107-125
• 4.1 引論107-108
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分108-113
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器108-109
• 4.2.2 陽離子型聚合物的合成109-110
• 4.2.3 凝膠滲透色譜儀(GPC)表征110
• 4.2.4 紫外吸收光譜和熒光發(fā)射光譜表征110-111
• 4.2.5 聚合物和DNA復(fù)合物的制備111
• 4.2.6 酸堿滴定比較緩沖能力111
• 4.2.7 Zeta電勢和粒徑表征111
• 4.2.8 瓊脂糖凝膠電泳實(shí)驗(yàn)111-112
• 4.2.9 果蠅S2細(xì)胞的培養(yǎng)112
• 4.2.10 細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)112
• 4.2.11 細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)112
• 4.2.12 基因轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)112-113
• 4.3 結(jié)果與討論113-123
• 4.3.1 P1和P2的聚合數(shù)據(jù)113-114
• 4.3.2 P1和P2在水中的光學(xué)性能表征114-116
• 4.3.3 酸堿滴定比較聚合物緩沖能力116
• 4.3.4 Zeta電勢和粒徑表征116-117
• 4.3.5 瓊脂糖凝膠電泳實(shí)驗(yàn)117-118
• 4.3.6 細(xì)胞毒性和細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)118-120
• 4.3.7 體外細(xì)胞基因轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)120-123
• 4.4 本章小結(jié)123-125
• 第五章 PGOHMA熒光星形聚合物基因載體125-143
• 5.1 引論125-126
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分126-130
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器126-127
• 5.2.2 PGOHMAs的合成127-128
• 5.2.3 凝膠滲透色譜儀(GPC)表征128
• 5.2.4 紅外光譜學(xué)(FTIR)表征128
• 5.2.5 紫外吸收光譜和熒光發(fā)射光譜表征128
• 5.2.6 聚合物和DNA復(fù)合物的制備128-129
• 5.2.7 Zeta電勢和粒徑表征129
• 5.2.8 瓊脂糖凝膠電泳實(shí)驗(yàn)129
• 5.2.9 果蠅S2細(xì)胞和Hela的培養(yǎng)129
• 5.2.10 細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)129-130
• 5.2.11 細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)130
• 5.2.12 基因轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)130
• 5.3 結(jié)果與討論130-141
• 5.3.1 PGOHMA的聚合數(shù)據(jù)130-132
• 5.3.2 紅外吸收譜圖132-133
• 5.3.3 PGOHMA在水中的光學(xué)性能表征133-134
• 5.3.4 Zeta電勢和粒徑表征134-135
• 5.3.5 瓊脂糖凝膠電泳實(shí)驗(yàn)135-136
• 5.3.6 細(xì)胞毒性和細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)136-138
• 5.3.7 體外細(xì)胞基因轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)138-141
• 5.4 本章小結(jié)141-143
• 第六章 結(jié)論143-145
• 參考文獻(xiàn)145-159
• 致謝159-161
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文161-163
• 作者簡介163-164
• 導(dǎo)師簡介164-165
• 附件165-166

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本文編號(hào)：863262