具有磁性与荧光双功能核-壳纳米粒子的设计/合成及生物应用的研究

本项目拟设计合成有机/无机杂化的、具有磁性及荧光双功能的核-壳纳米粒子，通过对粒子的最外壳层进行表面官能团修饰，获得能与生物分子特异性反应的新型荧光与磁性双功能粒子，研究其纳米化学结构与物理性能的关系，利用荧光成像来表征其在活体细胞和组织中的反应特性，利用磁导向性能来干扰此粒子与生物分子的络合物在细胞中的分布与定位，探索此粒子对细胞生命活动的影响，研发新型的可磁性诱导的特异性荧光分子探针和基因载体等。本项目结合无机化学、有机化学、高分子化学及细胞生物学等基础研究，针对荧光分子探针在生物医学领域的迫切需求，以申请人在苝系聚合物的合成及应用的前期研究为基础，属于化学与生物学新兴交叉学科，科学性、可行性强，已经有了良好的前期工作基础，预计该项目能够圆满完成并取得显著的成果。

核-壳型纳米粒子同时具有核与壳两种材料的特性，近年来引起了人们的广泛关注。以氧化物（Fe3O4或SiO2）、聚合物、荧光染料为原料，采用三种不同的反应体系通过一步或多步法制备了三种类型的多功能荧光复合纳米粒子，并分别对它们的结构、性能及应用进行了研究。主要研究成果如下所述：.1、Fe3O4磁性荧光核-壳纳米粒子的合成及表征。通过化学共沉淀法制备油酸改性的磁性纳米粒子，然后用反相微乳液体系在磁性粒子表面包覆一层二氧化硅，再用硅烷偶联剂(APTES)对粒子表面进行氨基功能化改性，最后以化学键形式向粒子表面分别引入吲哚芳酸菁Cy5染料和苝酰亚胺星型聚合物PDI-PAA染料，得到了两种类型的Fe3O4磁性荧光复合纳米粒子。研究证明，两种磁性荧光复合纳米粒子都具有明显的核-壳结构，具有磁性和荧光性能，具有较低的细胞毒性并且能够进入活细胞，有望在生物医学领域进行应用。.2、具有核-壳结构PVP包裹二氧化硅荧光纳米粒子的制备。在高温高压下聚乙烯吡咯烷酮（PVP）开环自交联反应的过程中，向反应体系添加SiO2纳米粒子以及四氯苝酰亚胺染料，通过氧化物纳米粒子表面的羟基与PVP开环产生的羧基发生酯化反应以及苝衍生物染料海岛位卤元素与PVP开环产生的氨基发生取代反应，一步法得到了结构及性能都稳定PVP包裹二氧化硅荧光核-壳纳米粒子。这种方法为制备其他多功能氧化物荧光纳米粒子提供了新的思路。.3、荧光SiO2复合纳米粒子的合成及表征。通过反相微乳液体系，以水溶性且带正电的吲哚方酸菁染料Cy5-NH2为有机染料，在反应初始阶段加入γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)，并在反应过程中加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）一步法得到了化学包覆且表面氨基功能化的荧光SiO2复合纳米粒子。生物实验证明纳米粒子具有较低的细胞毒性且能够进入活细胞，有望在生物医学领域进行应用。这种制备荧光SiO2复合纳米粒子的方法还可适用于其他氨基功能化带正电的水溶性有机染料。