功能化花菁染料的設計、合成及應用研究.pdf

1、隨著熒光技術的迅猛發(fā)展，基于有機染料的熒光檢測及熒光成像已經(jīng)被廣泛應用于環(huán)境、生物醫(yī)學等領域。其中，花菁染料具有摩爾消光系數(shù)大、熒光量子產(chǎn)率高，吸收及發(fā)射波長可調范圍大（從可見光到近紅外區(qū)），可修飾位點多等特點，是有機染料中研究最為廣泛的一類。例如，吲哚菁綠(ICG)已經(jīng)被美國食品藥品管理局(FDA)批準應用于臨床診斷。然而，傳統(tǒng)的花菁染料存在光穩(wěn)定性差、容易聚集等問題，影響染料在使用過程中熒光檢測信號的可靠性，從而限制了其進一步應用。

2、因此，對花菁染料的這些性能特點加以改善或利用，開發(fā)新的應用策略，對拓寬其應用領域具有重要意義。例如，花菁染料的聚集會導致其熒光猝滅，但花菁的可控聚集（自組裝過程）也帶來了新的性能。本論文選用穩(wěn)定性優(yōu)良的吲哚方酸菁染料作為熒光核，通過不同修飾策略實現(xiàn)了其功能化以及可控自組裝，包括如下性能:首先，染料的自組裝-解組裝過程對氨氣敏感，利用相應的光學信號改變實現(xiàn)氨氣的傳感檢測。其次，功能化染料可以在水中自組裝形成規(guī)則的納米粒子，具有更高的生物可

3、用性。另外，染料自組裝會使其光動力性能提升，在光照下產(chǎn)生的單線態(tài)氧對細胞具有殺傷性。綜上所述，本論文設計合成了一系列功能化花菁染料，通過調控染料的自組裝，制備了一系列基于花菁染料的熒光納米材料，研發(fā)其在環(huán)境、生物及醫(yī)藥領域的新應用。本論文主要包括以下幾個方面的研究:
　　1、通過靜電紡絲法將羧酸功能化的吲哚方酸菁染料(Cy)摻入PLA（聚乳酸）中，制得了一種納米纖維薄膜PLA-Cy。該熒光薄膜具有多孔的納米纖維結構。利用花菁染料在

4、薄膜中的“組裝-解組裝”過程，實現(xiàn)了對氨氣的傳感與定量檢測。在氨氣存在下，PLA-Cy薄膜可由白色變?yōu)樗{色，并對氨氣有著較好的靈敏性及特異性。進一步提出并驗證了薄膜的響應機理:花菁染料與氨氣結合后由自組裝到解組裝的變化導致了薄膜的顏色變化。這種利用自組裝狀態(tài)改變的氨氣檢測膜為氣體傳感探針的設計提供了新思路。
　　2、設計合成了一種溴和氨基功能化的兩親性吲哚方酸菁染料LysoCy，并研究其在生物標記領域的應用。LysoCy具有良好的

5、水溶性、穩(wěn)定性及長波熒光發(fā)射。基于其兩親性結構，LysoCy可以聚集形成納米囊泡，并通過細胞內吞作用快速進入細胞溶酶體。細胞實驗表明，LysoCy特異性標記細胞溶酶體，與商業(yè)化溶酶體染料LysoTracker的定位效果相媲美。將LysoCy用于溶酶體的長效動態(tài)監(jiān)測中，在與細胞共培養(yǎng)48小時后LysoCy的熒光強度基本不變，而商業(yè)化染料LysoTracker在與細胞共培養(yǎng)1.5小時后熒光基本消失。光譜測試以及等溫滴定量熱實驗證明該熒光標記

6、溶酶體過程是由熒光分子與溶酶體的疏水作用和靜電作用共同驅動。因此，本研究證明了LysoCy可以應用于溶酶體的長效標記，拓寬了花菁染料的應用范圍。
　　3、設計合成了一種攜帶靶向基團和抗癌藥物的功能化吲哚方酸菁分子前藥ICy5-CPT-RGD，該功能化熒光分子可以在水中自組裝形成納米藥物PTN，并最終實現(xiàn)對腫瘤的診斷與治療。PTN具有穩(wěn)定的納米尺寸(約90nm)，長波熒光發(fā)射及優(yōu)異的光動力效果。由于花菁分子的聚集，PTN的光動力能力

7、大大增強，由此我們進一步提出并驗證了聚集誘導光動力增強效應。PTN還具有刺激響應性，在溶酶體酸性以及光照下，PTN可以降解形成超細納米粒子(粒徑5nm)，并加速藥物的釋放。通過細胞及活體實驗，我們驗證了PTN的光動力性能，藥物釋放性能，腫瘤深層滲透性能、活體成像性能及良好的生物相容性。最終，PTN實現(xiàn)了對腫瘤的化療-光動力聯(lián)合治療并明顯抑制了腫瘤生長。本工作首次通過非化學方法增強了花菁染料的光動力性能，并為多功能花菁納米材料的設計與應用