具有AIE特性的吡咯并吡咯二酮近红外共轭聚电解质的合成及其在肿瘤细胞靶向荧光成像中的应用研究

Near-infrared fluorescent probes based on conjugated polyelectrolytes (CPEs) usually suffer from aggregation-caused quenching disadvantages, which limits their practical applications. As a consequence, we prepare to obtain novel diketopyrrolopyrrole-based conjugated polyelectrolytes materials with aggregation-induced emission (AIE) characteristics, high quantum yield, good photostability, high cellular internalization efficiency, high specificity for tumor cell imaging. Firstly, diketopyrrolopyrrole (DPP) derivates with AIE characteristics are introduced to diyne monomer, and subsequently diyne monomer is alkyne polycyclotrimerized to give neutral hyperbranched conjugated polymer with active alkyne groups for postfunctionalization. After quaternization, the red-fluorescent conjugated polyelectrolyte (hb-CPEs) is grafted with dense poly(ethylene glycol) (PEG) chains via "click chemistry" and subsequently modified with folic acid (FA) and cRGD peptide. In aqueous condition, functionalized hb-CPEs are self-assembled to form core-shell nanoparticle with FA and cRGD peptide modified surfaces, which is used to targeted tumor fluorescent imaging probes. To optimize AIE characteristics and targeted tumor cell imaging effect of nanoparicle, the relationship between structures and optical properties of hb-CPEs will be intensively studied. We hope our study on DPP-based imaging materials with AIE characteristic will provide useful and novel insights for near-infrared fluorescent probes.

针对目前基于共轭聚电解质（CPEs）的近红外荧光探针易发生聚集诱导荧光淬灭的不足，本项目拟合成一类具有聚集诱导发光（AIE）特性、荧光量子产率高、光性能稳定的吡咯并吡咯二酮（DPP）近红外共轭聚电解质（CPEs）材料。将前期实验证实具有AIE效应的DPP衍生物引入二炔单体，通过双炔烃环三聚合反应及侧链离子化反应合成末端含炔基官能团的超支化共轭聚合物（hb-CPEs），利用"点击化学"反应将PEG修饰到hb-CPEs外围，并将具有高亲和力的叶酸配体和环形RGD多肽配体共价偶联到PEG链上。在水溶液中自组装成以hb-CPEs为核、PEG链为壳、纳米粒子表面修饰有叶酸和环形RGD多肽双配体的纳米粒子，并将该纳米粒子用于肿瘤细胞靶向荧光成像。对材料的组成、结构和AIE性能进行深入研究，确定构效关系，优化功能化纳米粒子AIE性能及其肿瘤细胞荧光成像效果。此研究将为研制新型近红外荧光探针提供新思路。

AIE型共轭聚合物聚集后所发生的荧光急剧变亮的特性为检测提供了便利并可作为检测的依据,非常适合于制备高荧光量子产率的纳米粒子，但存在近红外发射AIE共轭聚合物种类稀少、探针穿过细胞膜能力低和对肿瘤细胞选择性差的不足，本项目将前期实验证实具有AIE 效应的吡咯并吡咯二酮（DPP）衍生物引入共轭聚合物主链得到具有近红外发射的AIE活性共轭聚电解质，并将其制备成纳米粒子用于牛血清蛋白（BSA）检测和HeLa细胞荧光成像。首先合成含有蒽酮和对碘苯酚单元的AIE的DPP衍生物单体，再与发射蓝色荧光的芴炔单体通过Sonogashira聚合及侧链离子化合成阳离子聚合物P1， P1在DMSO中发射紫色荧光，在440 nm和625 nm有两个发射峰，由于两亲性以及ACQ的芴单元存在，P1没有表现出AIE活性。但P1对BSA的识别具有高选择性，检测机理为P1在DMSO/PBS（v/v=1:1）中发生聚集，产生较强的π-π堆积作用，导致荧光发射红移并且强度减弱。加入BSA之后，由于BSA特有的空间结构以及聚合物中柔性烷基链的存在，芴和DPP单元可分别和BSA的疏水空腔结合，芴和DPP之间的π-π堆积作用被解除，P1发生了解聚集而荧光增强，因此，P1可实现对BSA的“荧光开”检测。同时，P1具有较低的细胞毒性，可应用于体外HeLa细胞成像。.此外，通过Suzuki反应，合成了含有电子给体-受体、主链结构为DPP和三苯胺的发红光的聚合物N2，N2具有AIE活性，在DMF/H2O (1/9, v/v)中的荧光强度大约是在纯DMF中的7倍。此外，N2溶于THF后，对溶剂中的水极为敏感，在水含量低于2%时，N2的荧光强度已经显著地降低，荧光大约猝灭了53%。特别地，在水含量不超过2%时，N2的荧光强度与水的含量之间呈较好的线性关系,检测限为0.005%，因此N2可用于定性和定量检测THF中低含量的水，使得N2成为检测微量水的高灵敏荧光探针。进一步将N2与CH3I反应制得具有AIE性质的离子化合物P2，P2在BSA和丙三醇存在下荧光分别增强了1.9倍和1.15倍。. 本研究将为研制新型近红外荧光探针提供了新思路，对拓宽近红外CPEs的种类，加快近红外荧光探针的高灵敏化、实用化等有重大的参考价值。.