聚（ε己内酯）修饰的有机荧光染料用于无创长期荧光成像
由于自淬灭，稳定性差和水溶性等原因，有机荧光染料在生物医学领域的应用受到了很多限制。在这项工作中，聚合物改性有机染料是通过引发聚合的染料开发的。可以通过改变单体的量来调节聚合物长度，具有最佳分子量的聚合物能够有效地阻止由有机荧光化合物的π-π堆积引起的荧光淬灭，从而提高荧光强度和光稳定性。荧光得到保护并进一步用于长期细胞成像。这项工作突出聚合物改性的潜力，以改善有机染料的性能并扩大其应用。具体内容如下1.聚己内酯改性荧光染料及表征。2.荧光纳米粒子的制备及表征。3.通过PEG与PCL修饰有机荧光染料的各种结果对比得出荧光纳米粒子的光谱性质。4.对荧光纳米粒子进行细胞成像。关键词 聚己内酯,有机荧光染料,荧光成像,光谱性质
目 录
1 引言 1
1. 1有机荧光染料简介 1
1.1.1有机荧光染料的发光机理 1
1.1.2有机荧光染料的分类 2
1.1.3有机荧光染料的应用 4
1.1.4有机荧光染料的存在的问题 4
1.1.5有机荧光染料荧光性能保护的方法 5
1. 2选题意义 5
2 实验 6
2. 1实验试剂 6
2. 2实验仪器 6
2. 3实验方案 7
2. 4实验步骤 8
2.4.1聚己内酯改性荧光染料及表征 8
2.4.2荧光纳米粒子的制备及表征 8
2.4.3荧光纳米粒子的光谱性质 8
2.4.4荧光纳米粒子细胞成像 9
2. 5结果讨论 9
2. 6展望 19
结论 20
致谢 21
参考文献 22
1 引言
1.1 有机荧光染料简介
有机荧光染料是最常见的荧光指示剂之一。 它具有检测速度快，重现性好，无辐射和实时处理等优点，广泛应用于荧光成像，抗体免疫分析和DNA自动测序等领域[1]。 大多数荧光染料含有可与一些生物分子共价结合的活性基团。常见的荧光染料主要有：荧光素类、罗丹明类、吖啶类、芴类和香豆素类。
1.1.1有机荧光染料的发光机理
有机荧光染料主要 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
通过荧光标记物发光荧光物质分子通常含有荧光发光基团（称为荧光团），例如：CO，CH=CH，CH=N以及其他基团，同时具有荧光增强辅助的吸收波长变化孔的能力，从染料结构上能够将其分为以下几类：荧烷衍生物（包括罗丹明），香豆素，1，8萘二甲酰亚胺，偶氮，萜烯，萘二羧酸衍生物，三芳基甲烷，苯偶姻酮衍生物等。
在光源发出的光被吸收的阶段中，光子的能量从光中传递到物质分子上[2]。分子受到激发后，它可以从较低的能级跃迁到较高的能级。而且处于这种激发状态下的分子是极其不稳定的，所以它可能会返回到基态，主要是通过辐射跃迁和非辐射跃迁者两种衰变过程达到基态状态。辐射跃迁的嬗变伴随着光的发射的全部过程，即磷光或荧光；包括振动松弛（VR），内部变换（ic）和系统间交叉（isc）在内的非辐射跃迁的几个衰变过程，这些衰变过程可以将激发能转换成热能并且将热能传输到介质中，这是一个正常的荧光产生机制。通常只有一个荧光带会被我们观察到；但是如果电子给体（D）和电子受体（A）都存在于化合物分子中，则电子给体和电子转移（ET）发生在受体之间，这可能导致电子给体（D）中的正电荷和负电荷从原来的状态激发状态。这是电荷分离或转移（CT）[3]。
荧光标记技术是指在某一组所需分子上使用一些荧光物质可共价结合或物理吸附，可以通过它的荧光特性来提供一些与受试者有关的部分信息。当有机物分子吸收了入射光提供的光能之后，我们把分子从第一单重激发态的最低振动能级跃迁到基态时的发射光称之为荧光。而与受试者表现相关的信息我们主要可以通过已经吸附或者共价结合至受试者（蛋白质/多肽等）的荧光染料的荧光特性改变来将其反映反映。
20世纪40年代左右荧光标记技术开始出现，主要用用荧光标记之后的抗体来检测相与之对应的抗原。而且随着现代的医学，分子生物学以及各种先进的荧光检测器具和技术的使用，在生命科学的各个研究领域，荧光标记作为非放射性标记技术已经被应用，而且取得了非常迅速发展[4]。该荧光标记拥有很多优点，例如无放射性，操作很容易，有很好的稳定性，灵敏度不低和选择性高等，而且它具有不止一种荧光标记染料和灵活的方法，可以用来标记各种生物大分子和药物。
1.1.2有机荧光染料的分类
目前市场上常用的有机荧光染料标记物主要有两种，分别是是罗丹明基染料和荧光素。荧光素标记物的优点很多，例如具有高荧光量子产率，良好的光稳定性和低温度系数，但其荧光发射（500550nm）在血清背景荧光内，并且斯托克斯位移较高小，对来自样品[5]。近年来，已有许多关于各种新的改性荧光素和罗丹明基染料的报道。荧光量子产率得到提高，荧光发射的波长甚至可以达到近红外的范围，预计未来可将其应用于免疫测定[6]。
荧光素类染料不仅只有光稳定性较好这一优点，而且它拥有很高的荧光量子产率，被标记分子中的NH2，OH，SH等结构容易与荧光素类染料的活性基团相结合，研究者通常用荧光素类染料来分析蛋白质以及核酸等物质。荧光素标记试剂主要是如下几类，分别是标准荧光素及其衍生物如四氯荧光素（TET），异硫氰酸荧光素（FITC），羟基荧光素（FAM）等。而在其中被使用的最广泛的荧光素衍生物是异硫氰酸荧光素（FITC），主要是广泛将其应用于杂交探针，Edman降解蛋白测序和抗体标记。FAM，TET等主要用于标记技术中的自动DNA测序和核酸探针[7]。然而，有一些共同的缺点是大部分荧光素衍生物都具有的，例如高光淬灭速率，强pH敏感性和宽发射光谱等，这些缺点对实验研究仍有较高的不良影响，需要后来的研究者们来改良。荧光素的主要结构如图1所示。其中2是由主要结构1形成的内酯形式。在荧光染料结构中，由于比较大的羧基在苯环上，所以芳环保持在与ton发色团几乎垂直的位置上，并且没有活性，从而可以达到提高荧光量子产率的目的[8]。
图1 荧光素类的主体结构
以下基团是荧光素类染料的活性基团R3的主要活性基团：
目 录
1 引言 1
1. 1有机荧光染料简介 1
1.1.1有机荧光染料的发光机理 1
1.1.2有机荧光染料的分类 2
1.1.3有机荧光染料的应用 4
1.1.4有机荧光染料的存在的问题 4
1.1.5有机荧光染料荧光性能保护的方法 5
1. 2选题意义 5
2 实验 6
2. 1实验试剂 6
2. 2实验仪器 6
2. 3实验方案 7
2. 4实验步骤 8
2.4.1聚己内酯改性荧光染料及表征 8
2.4.2荧光纳米粒子的制备及表征 8
2.4.3荧光纳米粒子的光谱性质 8
2.4.4荧光纳米粒子细胞成像 9
2. 5结果讨论 9
2. 6展望 19
结论 20
致谢 21
参考文献 22
1 引言
1.1 有机荧光染料简介
有机荧光染料是最常见的荧光指示剂之一。 它具有检测速度快，重现性好，无辐射和实时处理等优点，广泛应用于荧光成像，抗体免疫分析和DNA自动测序等领域[1]。 大多数荧光染料含有可与一些生物分子共价结合的活性基团。常见的荧光染料主要有：荧光素类、罗丹明类、吖啶类、芴类和香豆素类。
1.1.1有机荧光染料的发光机理
有机荧光染料主要 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
通过荧光标记物发光荧光物质分子通常含有荧光发光基团（称为荧光团），例如：CO，CH=CH，CH=N以及其他基团，同时具有荧光增强辅助的吸收波长变化孔的能力，从染料结构上能够将其分为以下几类：荧烷衍生物（包括罗丹明），香豆素，1，8萘二甲酰亚胺，偶氮，萜烯，萘二羧酸衍生物，三芳基甲烷，苯偶姻酮衍生物等。
在光源发出的光被吸收的阶段中，光子的能量从光中传递到物质分子上[2]。分子受到激发后，它可以从较低的能级跃迁到较高的能级。而且处于这种激发状态下的分子是极其不稳定的，所以它可能会返回到基态，主要是通过辐射跃迁和非辐射跃迁者两种衰变过程达到基态状态。辐射跃迁的嬗变伴随着光的发射的全部过程，即磷光或荧光；包括振动松弛（VR），内部变换（ic）和系统间交叉（isc）在内的非辐射跃迁的几个衰变过程，这些衰变过程可以将激发能转换成热能并且将热能传输到介质中，这是一个正常的荧光产生机制。通常只有一个荧光带会被我们观察到；但是如果电子给体（D）和电子受体（A）都存在于化合物分子中，则电子给体和电子转移（ET）发生在受体之间，这可能导致电子给体（D）中的正电荷和负电荷从原来的状态激发状态。这是电荷分离或转移（CT）[3]。
荧光标记技术是指在某一组所需分子上使用一些荧光物质可共价结合或物理吸附，可以通过它的荧光特性来提供一些与受试者有关的部分信息。当有机物分子吸收了入射光提供的光能之后，我们把分子从第一单重激发态的最低振动能级跃迁到基态时的发射光称之为荧光。而与受试者表现相关的信息我们主要可以通过已经吸附或者共价结合至受试者（蛋白质/多肽等）的荧光染料的荧光特性改变来将其反映反映。
20世纪40年代左右荧光标记技术开始出现，主要用用荧光标记之后的抗体来检测相与之对应的抗原。而且随着现代的医学，分子生物学以及各种先进的荧光检测器具和技术的使用，在生命科学的各个研究领域，荧光标记作为非放射性标记技术已经被应用，而且取得了非常迅速发展[4]。该荧光标记拥有很多优点，例如无放射性，操作很容易，有很好的稳定性，灵敏度不低和选择性高等，而且它具有不止一种荧光标记染料和灵活的方法，可以用来标记各种生物大分子和药物。
1.1.2有机荧光染料的分类
目前市场上常用的有机荧光染料标记物主要有两种，分别是是罗丹明基染料和荧光素。荧光素标记物的优点很多，例如具有高荧光量子产率，良好的光稳定性和低温度系数，但其荧光发射（500550nm）在血清背景荧光内，并且斯托克斯位移较高小，对来自样品[5]。近年来，已有许多关于各种新的改性荧光素和罗丹明基染料的报道。荧光量子产率得到提高，荧光发射的波长甚至可以达到近红外的范围，预计未来可将其应用于免疫测定[6]。
荧光素类染料不仅只有光稳定性较好这一优点，而且它拥有很高的荧光量子产率，被标记分子中的NH2，OH，SH等结构容易与荧光素类染料的活性基团相结合，研究者通常用荧光素类染料来分析蛋白质以及核酸等物质。荧光素标记试剂主要是如下几类，分别是标准荧光素及其衍生物如四氯荧光素（TET），异硫氰酸荧光素（FITC），羟基荧光素（FAM）等。而在其中被使用的最广泛的荧光素衍生物是异硫氰酸荧光素（FITC），主要是广泛将其应用于杂交探针，Edman降解蛋白测序和抗体标记。FAM，TET等主要用于标记技术中的自动DNA测序和核酸探针[7]。然而，有一些共同的缺点是大部分荧光素衍生物都具有的，例如高光淬灭速率，强pH敏感性和宽发射光谱等，这些缺点对实验研究仍有较高的不良影响，需要后来的研究者们来改良。荧光素的主要结构如图1所示。其中2是由主要结构1形成的内酯形式。在荧光染料结构中，由于比较大的羧基在苯环上，所以芳环保持在与ton发色团几乎垂直的位置上，并且没有活性，从而可以达到提高荧光量子产率的目的[8]。
图1 荧光素类的主体结构
以下基团是荧光素类染料的活性基团R3的主要活性基团：
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