基于四笨乙烯的AIE功能分子的设计、合成及在细胞成像中的应用

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聚集诱导发光(AIE)材料,作为一类新兴的智能材料,具有独特的光学性能和优良的生物相容性。目前,已广泛应用于众多领域,例如化学传感、智能纳米材料、生物光学成像等领域。其中,四苯基乙烯(TPE)被称作聚集诱导发光分子中的“明星分子”,自发现以来便得到了广泛的研究和应用。为了拓展TPE类衍生物的应用性,本论文旨在开发几种基于TPE的新型的AIE功能荧光材料分子。其一,将AIE现象拓展到离子可调控一维/二维纳米组装体系中,实现了具有AIE性能的一维纤维组装体向二维片状组装体的转换。此外,将具有离子响应特性的基团与AIE基团结合通过简便的制备过程,合成出具有生物低毒性的环境敏感响应特性功能材料,可将其应用于生物成像和有机光电领域。我们系统研究了这几种材料的分子结构,光学性能,响应特性,自组装行为及其细胞成像效果。具体内容如下:
  1、基于四苯乙烯的离子调控一维/二维纳米组装体的构筑及其光学性能研究
  第一部分我们设计合成了两种新型的以TPE为荧光团的两亲性荧光材料:TPE-ON和TPE-ONS。通过扫描电镜和透射电镜测定了两者在临界胶束浓度以上的自组装形貌,并通过光谱分析技术研究了它们的光学特性。实验研究结果表明:(1)通过改变分子中的抗衡离子,初步实现了具有AIE性质的一维纤维组装体TPE-ON向二维片状组装体TPE-ONS的转换。(2)TPE-ON与TPE-ONS在组装体形成后,二维片状TPE-ONS荧光强度是一维纤维状TPE-ON的2.3倍,随着浓度的增加荧光强度比保持不变,这表明所形成的组装体具有一定的稳定性。(3)在TPE-ON中含有不同比例的TPE-ONS时,随TPE-ONS含量的增加,两者呈现一定相关性:Y=2113.71+5163.56x-2966.07x2,通过此相关性可用于检测抗衡离子交换过程。本研究实现具有AIE性能的一维纤维组装体向二维片状组装体的转换,成功将AIE现象拓展到离子可调控一维/二维纳米组装体系中,并为合成新型AIE类荧光材料提供了一种新的方法,为调控纳米组装体的构筑应用于光学器件、荧光传感器、荧光生物探针等领域奠定了基础。
  2、基于四苯乙烯新型锌离子荧光分子探针的合成及在细胞显影中的应用
  第二部分我们设计合成了一种基于二(2-吡啶甲基)氨(DPA)和TPE结合的荧光探针分子TPE-3N。通过光谱分析的研究结果表明,TPE-3N在常见的金属离子中能对Zn2+具有较明显的荧光响应性。TPE-3N对于pH不敏感,可以在相当宽的范围内对细胞内的锌离子进行识别。细胞毒性测试结果表明,细胞的成活率在85%以上,表明该分子具有生物低毒性。我们将加锌离子的TPE-3N与不加锌离子TPE-3N进行细胞成像对比,实验结果表明,TPE-3N能够很好的进入细胞中,并且加入锌离子后荧光信号明显增强,可用于细胞中Zn2+的检测。该分子作为一种优良的AIE荧光探针,有望用于生物体中实现对体内游离的锌离子检测。
  3、基于四苯乙烯的pH响应型聚合物荧光纳米材料的制备及在细胞成像中的应用
  第三部分我们以TPE为发光团,通过简单的缩合反应制备了S-TPE-PAA和D-TPE-PAA两种聚合物,通过光谱分析技术研究了它们的光学特性,通过扫描电镜SEM确定了自组装形貌,及它们的细胞毒性和细胞成像效果。研究结果表明:这两种类型AIE聚合物对pH具有敏感响应特性,且在水中能分别自组装形成尺寸纳米级小球和花团状组装体。同时,两者具有细胞低毒性,通过对比在细胞中成像效果,其中S-TPE-PAA在细胞中成像效果较佳,有望开发在细胞成像、示踪等方面的应用。D-TPE-PAA具有较好pH响应特性,可用做pH传感器,用于对环境,水质等领域的检测。
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