荧光含糖聚合物及其制备方法

1.本发明涉及荧光含糖聚合物技术领域，具体涉及无传统发光基元的荧光含糖聚合物及其制备方法。


背景技术：

2.由于光致发光的荧光材料具有独特的光电物理特性，因而在光电器件，细胞成像和生物传感器等领域有着广泛应用。其中，荧光材料在生物成像和诊断中的应用一直是研究人员关注的焦点，自从唐本忠教授等人发现了聚集诱导发光现象以来，荧光材料多功能化应用成为了可能。人们利用聚集诱导发光基元合成得到了大量生物荧光成像材料，然而，用于合成这类荧光材料的聚集诱导发光基元大都是疏水共轭结构，存在生物降解性差、合成效益低下和生物相容性差等一系列问题，这使得其在使用上有很大的局限性，因此亟待寻找一种生物相容性好且廉价易制备的替代品。
3.小分子的糖是生命体中十分重要的信息分子，在生命体的生物事件中扮演着不可或缺的角色，可与细胞表面凝集素受体实现特异性识别，在细胞间交流扮演着极其重要的角色，并且它还具有优良的亲水性。通过人工合成得到的侧链具有糖分子的含糖聚合物具有“多价效应”，可以模拟生命体中糖与蛋白质的多价特异性识别，因此含糖聚合物可作为生物材料广泛应用于组织工程、药物传递、生物传感器和医学等领域。鉴于此，糖分子的引入可赋予荧光材料高灵敏度、高选择性和高生物相容性等得天独厚的优势。


技术实现要素：

4.本发明目的是提供荧光含糖聚合物、其制备方法及应用。本发明目的是提供无传统发光基元的荧光含糖聚合物及其制作方法，解决上述问题。
5.本发明的一种技术方案是：
6.荧光含糖聚合物，包括如下分子结构式：
[0007][0008]
其中，
[0009]
r1选自葡萄糖、甘露糖和半乳糖中的任意一种；
[0010]
m2为功能单体；
[0011]
m选自20
‑
220之间的自然数；
[0012]
n选自0
‑
200之间的自然数。
[0013]
本发明的另一种技术方案是：
[0014]
以甲基丙烯酰胺类含糖单体和第二功能单体为原料，在有机溶剂中加入链转移剂，在光照下通过一锅法进行制备，并通过调控引入的第二功能单体的量，合成得到分子量可控的多功能化无传统发光基元的荧光含糖聚合物，反应化学方程式为：
[0015][0016]
其中，
[0017]
r1选自葡萄糖、甘露糖和半乳糖中的任意一种；
[0018]
m2为功能单体；
[0019]
m选自20
‑
220之间的自然数；
[0020]
n选自0
‑
200之间的自然数。
[0021]
进一步的，所述甲基丙烯酰胺类含糖单体、第二功能单体和链转移剂的摩尔比为20
‑
200：0
‑
200：1。
[0022]
进一步的，所述在光照下为在太阳光或具有近似波段的模拟太阳光下辐照。
[0023]
进一步的，所述有机溶剂选自n，n
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的任意一种。
[0024]
进一步的，所述链转移剂为二硫代酯类链转移剂。
[0025]
进一步的，所述二硫代酯类链转移剂为α
‑
二硫代萘甲酸异丁腈酯。
[0026]
进一步的，所述一锅法的反应时间为10
‑
48h。
[0027]
进一步的，所述一锅法的反应环境为25
‑
30℃无氧环境。
[0028]
本发明所述的荧光含糖聚合物及其制备方法的优点如下：
[0029]
(1)本发明利用太阳光的辐照在链转移剂存在的体系中实现活性自由基聚合的方法，制备结构规整可控的无传统发光基元的荧光含糖聚合物；
[0030]
(2)本发明制备的含糖聚合物不但具备荧光发射的能力，并在具有优良水溶性的同时，还具有良好的生物相容性，并展现出优良的生物成像能力；
[0031]
(3)该制备方法具有普适性，可以通过调控糖聚物的组分以及结构，从而实现该类荧光糖聚物的多样化应用；
[0032]
(4)该制备方法简便高效，有利于节约制作成本，促进推广。
附图说明
[0033]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，
[0034]
图1为本发明所述的荧光含糖聚合物及其制备方法中实施例1所制备的无传统发光基元的含糖聚合物的gpc测量曲线图；
[0035]
图2为本发明所述的荧光含糖聚合物及其制备方法中实施例1所制备的无传统发光基元的含糖聚合物的细胞成像图；
[0036]
图3为本发明所述的荧光含糖聚合物及其制备方法中实施例2所制备的无传统发光基元的含糖聚合物的细菌成像图；
[0037]
图4为本发明所述的荧光含糖聚合物及其制备方法中实施例3所制备的无传统发光基元的含糖聚合物的细胞毒性图；
[0038]
图5为本发明所述的荧光含糖聚合物及其制备方法中实施例4所制备的无传统发光基元的含糖聚合物的gpc测量曲线图；
[0039]
图6为本发明所述的荧光含糖聚合物及其制备方法中实施例4所制备的无传统发光基元的含糖聚合物分别与不同离子混合后的的荧光强度变化图；
[0040]
图7为本发明所述的荧光含糖聚合物及其制备方法中实施例4所制备的无传统发光基元的含糖聚合物荧光强度随着cu
2+
的添加量而变化的线性拟合图。
具体实施方式
[0041]
本发明仅以小分子的糖单体和硫代酯类链转移剂为原料，通过光引发可逆加成断裂链转移聚合的方法合成得到非传统荧光含糖聚合物，不仅具有优良的生物相容性和水溶性，还具备出色的生物成像能力。同时，采用这类简便高效的制备方法，还可以引入其他功能化单体，为设计多功能化的新型生物荧光材料提供了重大的指导。例如，通过引入羧基官能团，由于其在水溶液中电离后可与某些离子螯合从而产生电子或电荷转移导致的荧光淬灭作用，因此可用于某些离子的定量化检测及监控。
[0042]
本发明利用光引发可逆加成断裂链转移聚合的方法得到结构规整可控的无传统发光基元的荧光含糖聚合物，其分子结构式如下：
[0043][0044]
其中，
[0045]
r1选自葡萄糖、甘露糖和半乳糖中的任意一种；
[0046]
m2为功能单体；
[0047]
m选自20
‑
220之间的自然数；
[0048]
n选自0
‑
200之间的自然数。
[0049]
具有无传统发光基元的荧光含糖聚合物的制备方法，包括如下步骤：
[0050]
1)以含糖单体和第二单体为原料，在有机溶剂中加入链转移剂，在光照引发下，通过可逆加成断裂链转移聚合反应，由一锅法在25
‑
30℃无氧环境下反应10
‑
48h，进行制备，得到结构规整可控的荧光含糖聚合物，反应式为：
[0051][0052]
其中，
[0053]
r1选自葡萄糖、甘露糖和半乳糖中的任意一种；
[0054]
m2为功能单体；
[0055]
m选自20
‑
220之间的自然数；
[0056]
n选自0
‑
200之间的自然数；
[0057]
所述含糖单体选自甲基丙烯酰胺类含糖单体。
[0058]
所述光照反应在太阳光或具有近似波段的模拟太阳光下辐照进行；
[0059]
所述有机溶剂选自n，n
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种；
[0060]
所述链转移剂选自α
‑
二硫代萘甲酸异丁腈酯、4
‑
氰基
‑4‑
(苯基硫代甲酰硫基)戊酸、4
‑
氰基
‑4‑
(苯基硫代甲酰硫基)戊酸或n
‑
琥珀酰亚胺基酯中的一种；
[0061]
所述甲基丙烯酰胺类含糖单体、第二功能单体和链转移剂的摩尔比为20
‑
200：0
‑
200：1；
[0062]
2)将步骤1)中得到的含糖聚合物置于荧光显微镜下，观察到其固体粉末具有荧光发射的行为，同样的，将其配制成六种不同浓度的水溶液，我们能发现其在紫外光照下的荧光发射强度随溶液浓度的增大而增大。
[0063]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。但是本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明所要求的权利范围内其他任何公知的改变。
[0064]
首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0065]
其次，本发明利用结构示意图等进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间。
[0066]
实施例1
[0067]
无传统荧光基元的含糖聚合物的制备方法，其包括如下步骤：
[0068]
1)利用光引发可逆加成断裂链转移聚合方法制得结构规整可控的含糖聚合物，其具体步骤如下：
[0069]
称取一定量的mag和cpdn溶于1.1ml的二甲基亚砜中，在25℃室温无氧条件下，于太阳光或模拟太阳光下辐照反应44h，然后将反应后的混合溶液转移入截留分子量为3500g/mol的透析袋中透析3天，最后将透析后的产物冷冻
‑
干燥得到淡黄色产物，称重并计算产率。
[0070]
本实施例中所述的mag为2
‑
(甲基丙烯酰胺基)吡喃葡萄糖，cpdn为α
‑
二硫代萘甲酸异丁腈酯。
[0071]
本实施例中所述单体/链转移剂摩尔比为mag：cpdn＝200：1。
[0072]
制得的无传统荧光基元的含糖聚合物pmag的结构式如下：
[0073][0074]
其中m＝220，分子量为53400g/mol。请参阅图1，图1为本发明所述的荧光含糖聚合物及其制备方法中实施例1所制备的无传统发光基元的含糖聚合物的gpc测量曲线图。如图1所示，含糖聚合物的分子量分布在1.25左右。
[0075]
2)以步骤1)中所得的含糖聚合物配成水溶液，此后对其进行细胞成像，具体步骤如下：
[0076]
a)称取适量的含糖聚合物使用dmem培养基配成1mg/ml的水溶液，经0.22μm无菌滤膜过滤后备用。
[0077]
b)以3
×
104/孔的细胞密度将人宫颈癌细胞hela种植于无菌玻底培养皿中，置于含5％co2、湿度饱和的37℃细胞培养箱中孵育过夜，弃去旧培养基，加入300μl无菌pbs清洗细胞2次，随后加入a)中聚合物溶液于37℃、湿度饱和的37℃细胞培养箱下继续孵育细胞24h；孵育过后，每孔加入300μl无菌pbs清洗细胞，除去未结合的聚合物，随后使用4％多聚甲醛溶液固定细胞10min，最后，用无菌pbs清洗细胞后于荧光共聚焦显微镜下进行细胞成像。请参阅图2，图2为本发明所述的荧光含糖聚合物及其制备方法中实施例1所制备的无传统发光基元的含糖聚合物的细胞成像图。如图2所示，细胞在显微镜的多个通道下都具有荧光发射行为，展现出了该聚合物优良的细胞成像能力。
[0078]
实施例2
[0079]
以实施例1中步骤1)中所得的含糖聚合物配成水溶液，此后对其进行细菌成像，具体步骤如下：
[0080]
a)称取适量的含糖聚合物配成1mg/ml的dmem培养基溶液，经0.22μm无菌滤膜过滤后备用。
[0081]
b)本发明选取革兰氏阴性大肠杆菌(e.coli,mg1655)来验证含糖聚合物的细菌荧光成像能力。细菌培养大致操作如下：lb培养基作为营养液，在转速为190rpm/min的37℃恒温摇床中培养过夜，然后经三次离心处理洗去培养基后，将细菌悬浮液稀释至光密度值od
600
＝0.05备用。
[0082]
c)分别移取a)中800μl聚合物溶液与b)中的200μl e.coli菌液到1.5ml离心管中，并将其置于37℃细菌培养箱中共培养12h。培养结束后，经三次离心(7000r/min
×
5min)和水洗操作后用无菌水重悬，将所得的菌液滴至盖玻片上，随后用共聚焦荧光显微镜进行拍照。请参阅图3，图3为本发明所述的荧光含糖聚合物及其制备方法中实施例2所制备的无传统发光基元的含糖聚合物的细菌成像图。如图3所示，所得到的含糖聚合物与细菌共孵育后同样能够具有荧光发射的能力，证明了其具有良好的细菌成像能力。
[0083]
实施例3
[0084]
以实施例1中步骤1)中所得的含糖聚合物配成水溶液，此后采用对其生物相容性进行检测，具体步骤如下：
[0085]
a)称取适量的含糖聚合物配成1mg/ml的rpmi
‑
1640基础培养基溶液，经0.22μm无菌滤膜过滤后备用。
[0086]
b)本发明采用cck
‑
8法检测含糖聚合物对细胞存活率的影响。以8
×
103/孔的细胞密度将小鼠成纤维细胞l929种植于96孔板中，移取a)中的200μl聚合物溶液加入至孔板中，在5％co2，37℃恒温培养箱内共培养24h。共培养结束后吸出孔中的上清液，再加入200μl培养基和20μl cck
‑
8溶液，接着将其放入培养箱中孵育2h，最后从各孔中移取100μl溶液检测其在波长为450nm处的od值。细胞存活率(％)＝(实验组od值
‑
对照组od值)/对照组od值
×
100％，请参阅图4，图4为本发明所述的荧光含糖聚合物及其制备方法中实施例3所制备的无传统发光基元的含糖聚合物的细胞毒性图。如图4所示，该含糖聚合物有促进细胞增长的作用，展现出了优良的生物相容性。
[0087]
实施例4
[0088]
无传统荧光基元的含糖聚合物的制备方法，其包括如下步骤：
[0089]
1)利用光引发可逆加成断裂链转移聚合方法制得结构规整可控的含糖聚合物，其具体步骤如下：
[0090]
称取一定量的mag、maa和cpdn溶于1.1ml的二甲基亚砜中，在25℃室温无氧条件下，于太阳光或模拟太阳光下辐照反应24h，然后将反应后的混合溶液转移入截留分子量为3500g/mol的透析袋中透析3天，最后将透析后的产物冷冻
‑
干燥得到淡黄色产物，称重并计算产率。
[0091]
本实施例中所述的mag为2
‑
(甲基丙烯酰胺基)吡喃葡萄糖，maa为甲基丙烯酸，cpdn为α
‑
二硫代萘甲酸异丁腈酯。
[0092]
本实施例中所述的单体/链转移剂摩尔比为mag：maa：cpdn＝60：200：1。
[0093]
制得的无传统荧光基元的含糖聚合物p(mag
‑
co
‑
maa)的结构式如下：
[0094][0095]
其中m＝40，n＝172，分子量为17800g/mol，请参阅图5，图5为本发明所述的荧光含糖聚合物及其制备方法中实施例4所制备的无传统发光基元的含糖聚合物的gpc测量曲线图。如图5所示，含糖聚合物的分子量分布在1.20左右。
[0096]
2)以步骤1)中所得的含糖聚合物配成水溶液，此后对其进行离子检测，具体步骤如下：
[0097]
a)称取适量的含糖聚合物配制成1mg/ml的水溶液，并配置50mm ca
2+
、cu
2+
、fe
3+
、k
+
、mg
2+
、na
+
、zn
2+
的水溶液备用。
[0098]
b)各移取1ml预先配置好的50mm ca
2+
、cu
2+
、fe
3+
、k
+
、mg
2+
、na
+
、zn
2+
的水溶液，分别
加入3ml含糖聚合物溶液中得到混合溶液，随后用荧光光谱仪检测该混合液在同一激发波长(λ
ex
＝385nm)和入射光狭缝宽度(slit width＝2nm)下的发射光谱。请参阅图6，图6为本发明所述的荧光含糖聚合物及其制备方法中实施例4所制备的无传统发光基元的含糖聚合物分别与不同离子混合后的的荧光强度变化图。如图6所示，cu
2+
、fe
3+
和zn
2+
能够对含糖聚合物产生明显的荧光淬灭效果，从而使其实现特定离子的检测。我们选取其中的cu
2+
作为定量检测评估对象，请参阅图7，图7为本发明所述的荧光含糖聚合物及其制备方法中实施例4所制备的无传统发光基元的含糖聚合物荧光强度随着cu
2+
的添加量而变化的线性拟合图。如图7所示，聚合物在发射波长λ
em
＝432nm处的初始荧光强度与加入cu
2+
后聚合物的荧光强度比值(i0/i)呈线性递增的关系，表明其具备优良的离子定量监控的能力。
[0099]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开了无传统发光基元的荧光含糖聚合物及其制备方法，所制备的含糖聚合物不但水溶性好，还具有较好的生物相容性，同时还能够对细胞，细菌展现出优良的荧光成像能力，并通过引入功能化第二单体从而实现多功能化应用。该技术为设计合成对机体无干扰、无毒副作用的荧光成像材料提供了广阔的前景。
[0100]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。