新型水溶性双光子荧光聚合物的设计、合成及其癌细胞成像应用

Aiming at addressing the problems related to the poor water solubility and low biocompatibility of two-photon fluorescent polymers(TPFP) as well as the low quantum yield and lack of target specificity of the known water-soluble TPFPs, this project will construct a novel water-soluble two-photon fluorescent polymer with high quantum yield and specific target. First we will prepare fluorescent monomers and fluorescent initiators based on water-soluble thiazole pyridinone-3,7-dicarboxylic acid ( thiazole pyridinone-3-carboxylic acid ) fluorophore, and then to prepare two-photon fluorescent polymers with different structure and high quantum yield by atom transfer radical polymerization, and investigate the effect of constitutional unit, topology, micellization behaviour of block copolymers and fluorophore site on two-photon fluorescence properties of the obtained high-performance two-photon fluorescent polymers. Also folic acid as cancer specific targeting ligand will be introduced into the polymer chain to increase the targeting imaging of cancer cell of two-photon fluorescence polymers.

针对双光子荧光聚合物的水溶性和生物相容性较差，以及目前报道的水溶性双光子荧光聚合物量子产率低、无特异靶向性等问题，本项目将构建一种新型的具有靶向性和高量子产率的水溶性双光子荧光聚合物。我们将以前期研究中发现的水溶性荧光生色团噻唑吡啶酮-3,7-二羧酸（噻唑吡啶酮-3-羧酸）为基体材料，合成荧光单体和荧光引发剂，利用原子转移自由基聚合技术，制备具有不同结构和高量子产率的双光子荧光聚合物，研究结构单元、拓扑结构、嵌段共聚物胶束化行为以及荧光生色团的位点对聚合物双光子荧光性能的影响，以制备高性能双光子荧光聚合物；并将癌细胞的特异性靶向配体叶酸键合到聚合物链上，实现对癌细胞双光子荧光成像的选择性。

针对双光子荧光聚合物的水溶性和生物相容性较差，以及目前报道的水溶性双光子荧光聚合物的量子产率低、无特异靶向性等问题，本课题构建了一种新型的具有靶向性和高量子产率的水溶性双光子荧光聚合物，并用于癌细胞靶向成像研究。我们首先利用柠檬酸与半胱氨酸（或半胱胺）的熔融脱水反应合成了蓝色荧光化合物TPDCA和TPCA，最大发射波长均为418nm，呈现双光子激发效应，量子产率高达76%。细胞毒性实验、血液相容性实验和斑马鱼体内评价实验的结果表明，它们具有很好的生物相容性。并揭示了其反应机理，在此基础上，深入地对比分析了文献报道的N,S-CDs碳点，发现N,S-CDs碳点主要成分为荧光化合物TPCA，为探索以柠檬酸为碳源的碳点的荧光源提供了新思路。利用荧光化合物TPCA结构上的羧基，通过酯化反应设计和制备了荧光单体（TPEMA）和荧光ATRP引发剂（TPEBr），最大发射波长分别为448和449nm, 量子产率分别为73%和54%。利用传统自由基聚合法和原子转移自由基聚合法研制了不同链结构的高量子产率的水溶性双光子荧光聚合物，发展了靶向性配体叶酸修饰的中性荧光聚合物，细胞成像实验表明，叶酸修饰的中性荧光聚合物FA-P(PEGMA-TPEMA)对MCF-7细胞具有靶向性，靶向染色率为16%。.在项目执行中，我们也构建了荧光化合物TPCA修饰的葡聚糖，研究了它的发光性能，为药物扩散和释放机制研究提供了一种新型的模型药物。还制备了含有二硫键的荧光化合物TPDS，考察了它对GSH的响应性，研究表明在GSH浓度1-14mM范围内具有近似的线性关系，为癌细胞成像研究提供了一种新型的荧光探针。同时，鉴于荧光单体TPEMA在聚合过程中表现的阻聚性，我们考察了荧光化合物TPCA的还原性，研究结果表明它可以还原三价金离子形成金纳米粒子，基于此，我们将荧光化合物TPCA用于金离子的检测研究，研究表明在金离子浓度在20-200uM范围内具有线性关系，该工作为金离子的检测提供了一种新型的荧光探针。