环糊精功能化上转换纳米颗粒制备及生物分析应用研究

【摘要】：上转换荧光纳米颗粒作为一种新型生物标记探针，在生物医学研究方面的应用备受人们的关注。与传统的荧光标记物（如有机染料、量子点等）不同，它可以通过双光子或多光子机制将低频率的激发光转换成高频率的发射光。也就是说，上转换纳米颗粒的激发光为近红外光，可以有效避免生物体自体荧光的干扰，从而提高检测灵敏度和信噪比。近红外光对生物组织具有较高的穿透能力，对生物样品造成的光损伤较小。此外，上转换纳米颗粒还具有毒性低、稳定性好、Stokes位移大，仅仅需要普通的近红外激光器作为激发光源等优点，已成功应用于气体、离子及生物分子等的检测及成像研究。因此，上转换荧光纳米颗粒在生物标记和生物检测等领域有着非常广阔的应用前景。目前，利用上转换荧光纳米颗粒作为近红外探针应用于生物体系的研究，主要存在上转换纳米颗粒水分散性差和不稳定的问题。这主要是由于合成的上转换纳米颗粒表面有一层油酸的包裹，必须通过表面亲水性修饰将其转移到水相中，才能进一步应用于生物体系中。但是这些表面亲水性修饰方法不利于上转换纳米颗粒的进一步功能化修饰，而且部分修饰配体具有一定的毒性，这就限制了上转换纳米颗粒的生物学应用。针对这一问题，本论文利用具有良好生物相容性与亲水性的-环糊精衍生物作为上转换纳米颗粒的表面修饰配体，通过共价修饰、相转换等方法实现上转换纳米颗粒表面环糊精的可靠固定，实现了靶向肿瘤标记和NO的检测。具体研究内容如下： 1.环糊精功能化上转换荧光纳米探针基底的构建及肿瘤成像 -环糊精及其衍生物因其高度的水溶性和生物相容性，被广泛应用于食品、医药和药剂等领域。此外，环糊精也是一种被广泛使用的主体分子，能够包络许多与其空腔匹配的客体分子。因此，本章用磷酸单取代环糊精作为表面配体修饰疏水的上转换纳米颗粒，通过磷酸根与稀土元素的配位作用以及click反应，在上转换纳米颗粒表面修饰磷酸取代的β-环糊精，将其从油相转移到水相当中，实现水溶性上转换荧光纳米颗粒探针基底的构建。估算其表面β-环糊精覆盖率，并研究其细胞通透性、稳定性与细胞毒性等。通过金刚烷标记的罗丹明B和富天冬氨酸的多肽，证实了此平台的通用性。利用金刚烷标记的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸多肽链，实现了宫颈癌细胞及组织的靶向标记。 2.环糊精功能化上转换荧光纳米探针用于NO检测 NO作为生物体内广泛存在的气体信使分子，具有重要生理学和病理学意义。目前针对生物体内NO的荧光成像方法存在穿透力低、易光漂白及生物背景干扰等缺陷。上转换纳米颗粒作为一种具有反斯托克斯位移发射特性的新型生物标记物，具有发射峰窄、发光易调控、穿透能力强及无生物背景干扰等优点。针对目前NO生物成像中存在的问题，本章利用环糊精修饰的上转换荧光纳米颗粒作为近红外激发光源，采用罗丹明B作为荧光母体分子，在其螺环上设计NO识别位点。将金刚烷与罗丹明B共价偶联，利用金刚烷与β-环糊精之间的主客体作用，实现分子识别单元罗丹明B与上转换纳米光源基底之间的偶联，构建NO上转换荧光纳米探针。通过两者的荧光共振能量转移，进行NO的比率型检测。