[发明专利]表面带正电荷具有聚集诱导荧光增强性质的荧光纳米微球及其生物应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种表面带正电荷具有聚集诱导荧光增强性质的荧光纳米微球及其在细胞成像和生物检测等方面的应用。

背景技术

生物成像是一个集合多种技术、交融多种学科、应用广泛、发展迅速的新兴领域。近些年来随着生物化学和生命科学的发展，人们对生物体的研究逐渐从宏观转向了微观。因此其分支领域之一的生物荧光成像成为人们研究和关注的焦点。荧光技术具有快捷、灵敏、实时、无放射性、重复性好，多个光物理参量(如发射波长、激发波长、荧光强度、荧光寿命)可用于检测等优点。荧光探针是实现生物荧光成像的核心技术。传统的荧光探针以有机荧光染料为主，但由于有机荧光染料耐光性差、水溶性差、生物相容性差以及聚集荧光诱导淬灭等缺点，而难以在实际中应用。随着生物荧光成像应用的日益广泛，研发出新型的荧光探针以克服传统探针的缺点变得刻不容缓。因此，荧光纳米粒子探针作为解决这一问题的有效手段被提出。

目前荧光纳米粒子探针主要包括：量子点(quantum dot,QD)，上转换稀土纳米粒子(Upconversion Rare Earth Nanoparticles,UCRE-NPs)和高分子荧光纳米微球。无机量子点由于荧光效率高被人们广泛用于生物标记等领域，但是研究发现当无机量子点用于生物成像进入生物体内时，表面易被体内的氧化剂氧化成重金属离子，因此生物毒性大不宜于生物成像。高分子荧光纳米微球开始是以聚苯乙烯、聚丙烯酰胺类、聚甲基丙烯酸酯类为微粒主体，表面键合或吸附荧光物质的荧光纳米微球。因为单个纳米粒子可以键合多个荧光分子，所以荧光强度有所增强。与小分子的有机染料相比，高分子荧光纳米微球通常在水相中分散性良好、荧光发射强度较强、发光效率较高的同时，光漂白的现象发生几率很低；并且在多种生物环境之下粒子稳定性和生物相容性都很高。所以很多高分子荧光纳米微粒无需经过繁琐的改性及改良就可以直接用于生物成像荧光探针、荧光生物传感器等生物应用领域。但目前用于高分子荧光纳米微球的大部分荧光分子具有聚集诱导淬灭性质。在制备高效率高分子荧光纳米微球时荧光染料加入量少时荧光信号不能显著地提高，但加入量大时由于聚集诱导淬灭效应荧光信号也会衰减或没有荧光发射，使其应用受到限制。

近年来，具有聚集诱导发光(AIE)的荧光分子受到人们的关注。它与传统的荧光分子不同，AIE分子在聚集态或不良溶剂中荧光会显著增强，当处于自由状态时由于分子内转动加剧消耗吸收的能量使荧光衰减。但AIE分子多为有机染料小分子，生物相容性差，在血液中循环时间短不能有效的进入细胞因此不能用于生物成像。因此设计一个有效载体能实现荧光分子的AIE效应并且生物相容性好，生物毒性低，尺寸合适，细胞穿透性好以及体内环境对其荧光没有淬灭作用，在生物成像领域是至关重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种可用于细胞成像和生物检测的表面带正电荷的具有聚集诱导荧光增强性质的荧光纳米微球。

本发明首先合成出一种表面带正电荷的纳米微球乳液，将带有负电荷的具有AIE效应的荧光分子通过静电作用力修饰到纳米微球表面。荧光分子由于受到库仑力的作用分子内转动受到限制，吸收的能量基本通过荧光辐射释放出来，因此荧光分子修饰到纳米微球上其荧光强度增强百倍，表现出优异的AIE性质。我们所制得的荧光纳米微球荧光性质稳定，生物相容性好，毒性低，表面带正电荷易于进入细胞内部，进行细胞荧光成像和生物检测。因此，我们制得的表面带正电荷的荧光纳米微球在细胞成像等生物领域具有广阔的应用前景。

本发明所述的表面带正电荷的具有聚集诱导荧光增强性质的荧光纳米微球，其由如下步骤制备得到：

(1)量取5～10mL聚合单体1分散于150～200mL的去离子水中，再加入0.04g～0.5g的聚合单体2；室温、氮气保护下，机械搅拌(300～600rpm)，除去反应体系中的氧气；升温至70～90℃后加入10mL含0.3～0.5mmol引发剂的水溶液于反应体系中，氮气保护、搅拌下聚合反应5～20小时，得到表面带正电荷的纳米微球溶液；高速离心(15000～20000rpm)洗涤除去未反应的单体、低聚物、引发剂等杂质，纳米微球重新超声分散于100mL去离子水中；