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荧光可调控聚合物纳米粒子的合成及性能研究

张培盛  
【摘要】:本工作主要是通过将两种或三种荧光团(生色团)引入聚合物纳米粒子中,使其分别作为荧光共振能量转移(FRET)的给体和受体,获得了以聚合物纳米粒子为基质的FRET体系。通过有效调控给体与受体间的能量转移效率,使纳米粒子表现出荧光可调控的功能,为其在生物标记、细胞成像等方面的应用提供新的途径。本论文的主要内容和结果如下: 1.根据FRET原理,选定了能级匹配的给体(9,10-二苯基蒽:DPA)和受体(硝基苯并二恶唑基(NBD)荧光染料)。采用一步细乳液聚合的方法成功地将这两种生色团结合进单个的纳米粒子中,制得一系列兼有DPA和NBD两种染料的光谱特性的荧光聚合物纳米粒子。通过改变纳米粒子中DPA和NBD的浓度可以获得在单一波长激发下具有荧光发射信号可调控的系列荧光纳米微球。 2.采用一步细乳液聚合法将(4-甲胺基-9-(2-烯丙基)-1,8-萘二甲酰亚胺(MANI,给体)和螺吡喃基团(SPMA,受体)定量定比例的共聚结合进聚合物中来制备可实现荧光可逆调控的纳米粒子。同时,从光谱数据中估算出纳米粒子中的MANI和螺吡喃基团的含量为投料比的85~91%,而且它们之间的比例也和投料比接近。另外,在紫外光和可见光的照射下,纳米粒子中的螺吡喃基团可以在开环结构(MC态)和闭环结构(SP态)之间发生可逆转变,而MANI染料只能和MC态螺吡喃之间才能够发生有效的FRET,从而可利用光来实现对纳米粒子中MANI荧光发射的可逆调控。研究结果表明,这种纳米粒子在紫外/可见光的照射下,显示出良好的光可逆性、光稳定性和相对较快的光响应特征。 3.通过使用可聚合表面活性剂PEO-R-MA-40,并结合一步细乳液聚合的方法,我们成功地将两种能级匹配良好的荧光团烯丙基荧光素(FBP,给体)和螺吡喃基团(SPMA,受体)通过共价键的方式结合进了两亲性聚合物纳米粒子中,大大提高了聚合物纳米粒子在水溶液中的稳定性。在紫外和可见光交替照射下,可利用螺吡喃结构的可逆异构来调控FBP的荧光强度。该新型两亲性荧光可调控聚合物纳米粒子不仅表现出相对更高的稳定性和较快的光响应速度,而且还具有更突出的光致可逆调控效果。 4.采用细乳液聚合方法,我们将4-乙氧基-9-(2-烯丙基)-1,8-萘二甲酰亚胺(EANI)、4-胺基-7-硝基-N-烯丙基苯并[1,2,5]恶二唑(NBDAA)和螺吡喃基团(SPMA)通过共价键方式成功结合进单个纳米粒子中,制备得到多色荧光可调控的聚合物纳米粒子。在可见光照射下,粒子中的螺吡喃基团表现出无荧光的SP态,改变两种染料(EANI和NBDAA)的配比,在单一波长激发下,聚合物纳米粒子表现出多色及荧光发射信号可调控、可区分的特征。而该纳米粒子经紫外光和可见光交替照射后,我们还可以利用两种染料和MC态螺吡喃之间的FRET效应来可逆地调控粒子中EANI和NBDAA的荧光发射强度。


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