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超声波辅助点击反应制备形貌可控的可双点击聚合物纳米粒子及其生物学应用的研究

侯勇  
【摘要】:聚合物纳米粒子(PNPs)在生物学领域有着广泛的应用研究价值,得益于其优良的生物相容性和易于功能化修饰的优点,多功能PNPs已被广泛应用于药物输送、细胞显影、生物分析和聚合物治疗等方面。而PNPs的形貌对其行为和性质有巨大的影响,因此其形貌控制一直是聚合物纳米材料领域的关键点之一。本研究通过超声波辅助点击聚合的方法不仅实现了对PNPs形貌的控制(即呈现纳米球或者纳米棒的形状),同时利用该方法制备的PNPs表面残留的点击基团为其在温和条件下进一步特别功能化提供了极大的方便;并据此制备了生物相容性良好的靶向糖纳米粒子和荧光糖纳米粒子,分别应用于糖-蛋白相互作用和细胞显影方面的研究。1、本研究利用超声波辅助无皂点击聚合方法合成表面具有双重可点击基团的纳米粒子(DCNPs),并通过系统研究单体结构、溶剂、催化剂种类、超声波频率以及功率对PNPs形貌的影响,实现对DCNPs形貌的控制。结果表明在超声波辐射下(40~100kHz),以Cu(PPh)3Br为催化剂、乙腈/氯仿(96:4,v/v)混合物为溶剂可以得到粒度分布较窄的纳米球;而在40 kHz条件下,以氯仿为溶剂得到形状规整的聚合物纳米棒。纳米棒形成机理的研究表明,催化剂Cu(PPh)3Br中铜离子和聚合物分子链中吡啶环上氮原子之间的络合作用,是聚合物形成规整的棒状结构的重要因素。对纳米球表面残留的炔基和叠氮基进行定量表征发现,1 g聚合物中含有38μmol的叠氮基和15μmol的炔基,因此特别便于其在温和条件下的进一步的功能化修饰。2、为了证明本方法合成的DCNPs的可修饰性及展示其潜在的生物应用,我们以纳米球为例,利用点击反应分别制备了糖纳米粒子(GNPs)和荧光糖纳米粒子(FGNPs):1)通过将叠氮基和炔基修饰的乳糖分子分别修饰到纳米粒子表面,形成生物相容性好的糖纳米粒子,然后利用石英晶体微天平技术研究糖-蛋白相互作用。结果显示无论是与修饰在芯片表面的半乳糖凝集素作用,还是直接与固定在芯片表面的Jurkat细胞作用,GNPs都显示出很高的特异结合活性。2)通过将炔基化的乳糖分子和叠氮基修饰的罗丹明分子修饰到纳米球表面形成荧光糖纳米粒子(FGNPs),并用于细胞成像的研究。激光共聚焦图像显示该荧光糖纳米粒子在与Jurkat细胞共培养30 min后就可以被细胞摄取到细胞内部。这种荧光糖纳米粒子探针的构建模式很适合用于构建凝集素靶向给药系统。可以预见,本研究制备的DCNPs在糖生物学、细胞成像和生物医药方面具有广泛的潜在应用价值。


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