[发明专利]荧光星形聚合物、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及化合物制备及基因载体领域，具体地说，涉及一种荧光星形聚合物、其制备方法及应用。

背景技术

伴随先进生物技术疗法的发展，基因导入体系变得越来越重要。目前常用的基因载体主要有病毒载体和非病毒载体两大类，病毒载体虽然具有较高的转染效率，但是存在免疫反应、细胞毒性等安全问题，限制了它们的应用范围。近年来，高分子材料在基因药物载体系统中的发展十分迅速，作为新型的非病毒载体，克服了病毒载体的缺陷，开拓了许多新领域，引起了人们的广泛关注。其中非病毒载体体系主要包括阳离子聚合物、可生物降解的聚合物、多复合物脂质体、热敏型聚合物等。而研究比较多的阳离子聚合物基因载体有PEI（聚乙烯亚胺）、PLL（聚赖氨酸）和PAMAM（聚酰胺-胺型树枝状高分子）。

苝酰亚胺类化合物是一类荧光性很强的化合物，荧光量子效率非常高(接近1)，并且具有很好的光、热和化学稳定性。凭借其优越的染色性能，一直被广泛应用于有机光电器件、激光染料以及生物荧光探针领域。

近年来，此类化合物开始应用于生物领域，如蛋白质靶向标记和细胞特异性标记等。然而水溶性差这一缺点，直接影响了其在此领域的应用。因此提高这类化合物的水溶性及在水溶液中保持高荧光量子产率具有非常重要的意义。

星形聚合物是树状聚合物中最简单的一种拓扑结构，与其他结构相比合成周期短，容易设计合成，且在采用ATRP活性聚合的条件下，可以控制聚合物分子链的长度，从而控制聚合物的分子量。另外，星形聚合物还具有其它一些优点，如分子内部具有空腔结构、官能团密度高等。这些优点使其在药物载体和基因载体等方面具有广阔的应用前景。因而，发明一种简单、高效的方法用于制备水溶性苝类荧光星形聚合物，研究这类荧光星形聚合物在生物医药领域（如细胞标记、基因或药物载体等）的应用，将具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种光、热、化学稳定性好、水溶性好、结构可设计的荧光星形聚合物、其制备方法及应用。

为了实现本发明目的，本发明的一种荧光星形聚合物，其结构如式（IV）所示：

其中，n=1-100。

制备上述荧光星形聚合物的方法，包括以下步骤：

1）以四氯苝酐(4Cl-PDA)为原料，经过酰胺化反应合成四氯苝酰亚胺（4Cl-PDI），然后通过取代反应在苝核的“海岛”位置上接入乙羟基，从而得到携带有四个羟基的苝酰亚胺类化合物1，其结构如式（I）所示：

2）将化合物1溶于无水四氢呋喃（无水THF）中，冷却至0℃，在氮气保护下加入相同物质的量的三乙胺和2-溴异丁酰溴，其中化合物1与2-溴异丁酰溴的摩尔比为1：20-40，搅拌过夜，得到化合物2，即ATRP引发剂（四臂引发剂），其结构如式（II）所示：

3）将化合物2与单体甲基丙烯酸-2-（叔氧羰基）氨乙酯（Boc-AEMA）溶于丁酮中，单体浓度为0.1-0.3g/mL，加入与引发剂相同物质的量的CuBr后，进行3-4次冷冻抽排循环，然后在氮气保护下，加入配体叔丁基联吡啶（DTB-bipy），再次冷冻抽排后，搅拌10-15min，使CuBr与配体完全络合，在60-70℃下反应，得到荧光星形聚合物3，其结构如式（III）所示：

其中，n=1-100。

ATRP聚合是一种活性自由基聚合方法，可通过改变反应条件来调控聚合物链长。根据这一原理，使用相同的原料配比，在不同的反应时间条件下，得到了不同链长的星形聚合物，n值在1-100范围内。

上述得到的星形聚合物侧链上的氨基官能团处于被保护状态，需用三氟乙酸/二氯甲烷（v/v=1:1）混合液进行特异性去保护，然后经过多次洗涤，并调节pH值呈中性，最终得到携带氨基的荧光星形聚合物4，其结构如式（IV）所示。

具体地，将上述荧光星形聚合物3溶于二氯甲烷中，并加入相同体积的三氟乙酸，室温搅拌2h，然后浓缩溶液，用乙醚沉淀数次，即得到结构如式（IV）所示的水溶性荧光星形聚合物4。

本发明还提供所述荧光星形聚合物作为核酸载体的应用：将荧光星形聚合物4与含有DNA或RNA片段的溶液混合，然后与细胞共孵育，通过细胞内吞作用使携带有DNA或RNA片段（优选dsRNA）的荧光星形聚合物4载体进入细胞内，或通过注射或喂饲昆虫的方法，使携带有DNA或RNA片段的荧光星形聚合物载体进入昆虫体内。（图1）