[发明专利]一种单分子荧光聚合物胶束及其作为pH探针的应用

说明书

技术领域

本发明属于荧光探针合成技术领域，特别涉及一种单分子荧光聚合物胶束及其作为pH探针的应用。

背景技术

近年来，单分子聚合物胶束(Unimolecular polymeric micelle，UPM)引起了人们的极大兴趣。通过对其核和壳的化学设计，粒子的溶解性、生物相容性、刺激响应性等都能进行改性。此外，UPM还可以作为载体用于药物和基因的运输。相对于自组装法而言，星形聚合物法在制备UPM方面具有独有优势，如核壳结构可设计，尺寸大小可控制，易于大量制备等优点。总之，星形聚合物法为制备功能型UPM聚合物粒子提供了更多可能。

pH值的精确控制在科学研究中至关重要。化学反应甚至于细胞的重要生理活动能否正常进行，都与pH值密切相关。在正常的生理条件下，细胞外液中H⁺的浓度约为40nmol/L(pH=7.40)，其变动幅度一般在0.1-0.2个pH单位。酸性和碱性过强会导致心、肺病变或神经类疾病，严重时甚至会有生命危险。因此，pH值的精确测量对化学生物学研究十分重要。

一些有特定结构的有机化合物随着pH值的变化，他们的荧光或吸光性质发生变化，而这种变化可以用来指示目标介质中酸碱性的改变。其中，荧光法测定pH具有灵敏度高、可以采用缓和模式操作(这种技术特别适合研究混浊和非均匀体系)，分析仪器的几何设计更加灵活等特点。

在众多荧光有机化合物中，苝及其衍生物具有很好的光、热、化学稳定性，荧光量子产率（FQY）高，荧光发射峰窄。由于其优异的染色性能，已经被广泛应用于激光染料以及生物荧光探针领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一类光、热稳定性好、水溶性好、结构可设计的以苝类衍生物或其类似物作为荧光核的单分子荧光聚合物胶束（Unimolecular fluorescent polymeric micelle，UFPM）及其制备方法。利用电位滴定法可以测得其pKa值，在此值附近UFPM溶液的荧光强度表现出可逆性变化，而且这种变化的反应时间低于1分钟。通过改变聚合度即聚合物链的长度，可以调控聚合物的pKa值，由此就可以调节相应pH测定值。

本发明的技术方案为：（1）携带至少四个羟基基团的苝类衍生物及其类似物与2-溴异丁酰溴进行亲核取代反应，得到端基为溴基团的多点引发剂；（2）通过原子转移自由基聚合法（ATRP）聚合得到带有保护基团的油溶性荧光星形聚合物；（3）利用去保护反应除去保护基团，得到带有pH敏感基团的水溶性荧光星形聚合物。将不同种类的水溶性荧光星形聚合物分别溶解于水中，可以得到不同种类的单分子荧光聚合物胶束溶液，每种单分子荧光聚合物胶束溶液可以标定特定的pH值。

本发明所述的单分子荧光聚合物胶束的合成方法的具体操作步骤如下：

(1)将0.1-1g带有至少四个羟基基团的荧光化合物溶解于20-100mL二氯甲烷中，氮气气氛下在0℃加入2-溴异丁酰溴和催化剂三乙胺，带有至少四个羟基基团的荧光化合物的羟基数与2-溴异丁酰溴的摩尔比为(1:10)-(1:20)，三乙胺的摩尔数是2-溴异丁酰溴的1-1.5倍，然后逐渐升温到室温搅拌24-48h，水洗产物，再以二氯甲烷为淋洗剂，柱色谱分离得到带有多个溴取代基的ATRP引发剂；

（2）将步骤（1）中得到的带有多个溴取代基的ATRP引发剂和单体溶解在2-丁酮中，然后加入催化剂CuBr，带有多个溴取代基的ATRP引发剂的溴取代基数和单体的摩尔比为(1:10)-(1:200)，单体浓度为0.1-0.3g/mL；冷冻抽排三次后，在惰性气体保护下加入叔丁基联吡啶,带有多个溴取代基的ATRP引发剂的溴取代基数目和CuBr、叔丁基联吡啶的摩尔比为1:(1-1.5):(2-3)；密封搅拌，然后在65-90℃下反应0.1-20h，将产物经过中性氧化铝柱子，然后在甲醇和水的混合溶剂中沉淀，真空干燥得到油溶性荧光星形聚合物；

（3）将0.1-0.5g步骤（2）得到的油溶性荧光星形聚合物溶于5-15mL二氯甲烷中，并加入1-1.5倍体积的三氟乙酸，室温条件下搅拌2-24h，乙醚沉淀，真空干燥得到水溶性荧光星形聚合物；

（4）将0.01-0.05g步骤（3）得到的水溶性荧光星形聚合物分散在1-10mL水中，得到单分子荧光聚合物胶束。

步骤（1）所述的带有至少四个羟基基团的荧光化合物为苝类衍生物或其类似物的萘环或苯环上至少有四个氢被带有羟基官能团的基团以醚氧键取代的化合物。