基于偶氮苯的酶响应聚合物荧光探针的设计合成及应用

In this project, based on a fluorescence quenching of azobenzene group and its unique sensitivity to azoreductase, either near infrared fluorescein or aggregation-induced emission molecule of both bearing azobenzene groups (ADP-azo or TPE-azo) will be respectively incorporated into the end or middle of precisely-controlled water-soluble or amphiphilic polymer chains via the strategies of “Click” chemistry and reversible addition-fragmentation chain teansfer (RAFT) polymerization. As a result, a series of azobenzene-based functional polymers, which can be used as enzyme-responsive fluorescent probes, will be designed and synthesized efficiently. Then, the responsive properties to azoreductase enzyme in living colon and targeted delivery performance as a drug carrier of polymeric solution or polymeric micelles formed by self-assembly will be investigated. The study on this project will extend the applications of azobenzene-based polymers in biosensing, drug delivery and cell labeling, and fill a gap in these fields.

本项目基于偶氮苯基团的荧光淬灭作用和对偶氮还原酶的敏感性，拟利用“Click”化学和RAFT聚合方法，将二种连接了偶氮苯基团的近红外荧光素（ADP-azo）或聚集诱导荧光分子（TPE-azo）分别连接到结构精致的水溶性聚合物或两亲性聚合物的链端或链的中间，高效地设计合成一系列基于偶氮苯的酶响应型聚合物荧光探针。然后，考察这类聚合物溶液或聚合物组装形成的胶束对结肠内偶氮还原酶的响应性能以及作为药物载体的靶向输送性能。这项研究可以拓展偶氮苯类聚合物在生物传感、载药和细胞标记等领域中的应用，并填补这些领域的空白。

酶及酶催化反应作为一种高选择性和高效率的刺激信号，在刺激响应性聚合物应用中具有重要的作用。随着生物技术的发展，偶氮还原酶作为结肠中一种特异存在的菌种受到广泛关注。然而，到目前为止，基于偶氮还原酶刺激响应聚合物的研究还不够深入，尤其针对该类聚合物在药物缓释和生物成像分析方面的研究和应用鲜有报道。.与传统的溶液自组装相比，聚合诱导自组装（PISA）可以在更高浓度（10-50%）下获得聚合物的纳米载体，而传统的溶液组装需要在非常稀的浓度（<1%）下进行，难以大规模制备；同时PISA避免了传统溶液组装中多个处理和纯化步骤。由于PISA制备纳米聚合物载体的高效和操作方便，它一经提出很快引起极大关注。因此，开发高效简便的PISA方法制备偶氮还原酶刺激响应的聚合物纳米载体显得尤为重要。.本项目结合偶氮苯的还原响应性，特殊的荧光猝灭性能，聚集诱导发光（AIE）或聚集猝灭荧光（ACQ）以及荧光共振能量转移（FRET）等，设计合成了一系列基于偶氮还原酶响应的聚集诱导发光（AIE）和近红外荧光（NIR）偶氮苯聚合物荧光探针；通过溶液自组装和PISA方法成功地制备了上述聚合物纳米载体和包裹药物的纳米载体；通过模拟结肠环境，在偶氮还原酶作用下考察了纳米载体的药物释放行为和荧光“开关”性能；进一步研究了荧光强度与酶解速度之间的动力学关系，探讨了酶解缓释的规律；同时考察了纳米载体生物毒性和进入细胞的能力。该研究开发了新型的偶氮苯近红外荧光探针纳米载体，拓展了偶氮苯聚合物在生物成像、生物检测和药物缓释等领域中的应用，在结肠疾病治疗中具有潜在的应用。