刺激响应性纳米复合物的制备及其金属增强荧光效应的研究

Stimuli-responsive polymers have attracted much attention in the field of polymer science. Recently, biomolecule-responsive polymers which respond to biomacromolecules and small biomolecules that associated with healthy or diseased states have become increasingly important because of their promising applications in biomedical fields. Hydrogels or polymer films prepared by these polymers undergo swelling changes in response to biomolecule concentration changes. In this project, we will synthesize functional core-shell nanocomposites with metal nanoparticles as the core and biomolecule-responsive polymers as the shell. Shell thickness could be tuned by adjusting the concentration of biomolecules. Thus, biomolecule-tunable metal-enhanced fluorescence (MEF) could be obtained due to the distance-dependence property of MEF. Meanwhile, this system will be applied to biomolecule sensing via monitoring the enhanced fluorescence.

刺激响应性聚合物一直是高分子材料科学领域研究的热点。目前以生物大分子以及与人体健康紧密相关的小分子作为刺激条件的新型响应性聚合物，因其在生物医学领域独特的应用优势引起科研工作者的关注。这类聚合物形成的凝胶球或者聚合物膜层具有随着生物分子浓度的改变而发生溶胀-收缩状态转变的特点。本课题中，我们拟将此特点与具有强烈的距离依赖性的金属增强荧光效应相结合，即借助聚合或者层层自组装的方法将生物分子响应性聚合物组装在金属纳米粒子表面，通过调节体系中生物分子的浓度，实现对聚合物层厚度的控制，从而得到可以由调节生物分子浓度调控的金属增强荧光效应。同时利用该体系的增强荧光效应，通过分析荧光强度变化，可以对特定生物分子进行有效的识别及检测。

刺激响应性聚合物，特别是以生物分子及与人体健康紧密相关的因素为刺激条件的聚合物，因其在生物医学领域独特的应用优势而广受关注。此类聚合物形成的膜层具有随着刺激条件的变化而发生溶胀-收缩状态转变的特点。在本项目中，我们将这一特点与具有距离依赖性的金属增强荧光效应相结合，制备聚合物壳层包覆的金属纳米粒子复合物，通过刺激条件变化调控壳层厚度，调节并优化金属增强荧光效应。同时，通过分析荧光强度变化，实现对特定生物分子、细胞器、癌症细胞的有效识别与检测。.主要研究内容如下：.1．多种形貌金、银纳米粒子的制备及表面修饰。制备了具有枝杈结构的金纳米粒子，并包覆二氧化硅壳层使其在溶液状态下具有更好的稳定性；利用生物分子色氨酸做还原剂，制得表面富集羧基的类球型金纳米粒子；利用丁烯酸做还原剂，直接得到表面修饰有乙烯基的金纳米粒子；利用生物分子鞣酸做还原剂，在胱胺的作用下，制得表面富含氨基基团的银纳米粒子。.2．聚合物壳层包覆的金属纳米复合物的制备。通过层层自组装技术将聚赖氨酸和聚丙烯酸交替沉积在金属纳米粒子表面制备聚合物壳层；通过自由基聚合反应，在金属纳米粒子表面制备具有对酸碱度响应性的聚丙烯酸壳层；利用含二硫键的氨基交联剂交联聚合聚赖氨酸分子，得到具有对谷胱甘肽响应性的聚赖氨酸壳层；在金属纳米粒子表面修饰牛血清蛋白作为壳层，制备生物兼容性复合纳米粒子。.3．金属增强荧光效应的调控及生物应用。通过改变聚合物的交替沉积次数、环境pH值以及谷胱甘肽分子的浓度等条件，对聚合物壳层厚度进行调控，实现并优化了金属增强荧光效果，通过荧光强度变化达到对刺激条件的检测。实验结果证明所制备的复合物可有效应用于细胞成像实验，通过进一步在其表面修饰叶酸分子和精甘天冬氨酸肽分子，实现了对人口腔表皮样癌细胞及整合素人结肠癌细胞的特异性识别。同时，复合纳米粒子的聚赖氨酸壳层可以作为抗癌药物阿霉素的载体，实现细胞内对药物的可控释放。