CN108258576A - 基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法 - Google Patents

基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，利用偶氮苯聚合物和激光染料混合，然后用四氢呋喃将其溶解，放入超声波清洗器进行超声，进行充分的溶解，后来再缓慢滴加去离子水，边滴加便摇晃容器，使去离子水与溶液充分溶解制成囊泡。然后再通过透析，放入玻璃管里，端面泵浦侧面接收即可得到随机激光。本发明产生的随机激光区别于传统的利用光纤产生的随机激光，避免了光纤的机械强度低，加工需要技术和工具，有刺激性气味等一系列的缺点，而且囊泡的高稳定性和与生物细胞膜的比较好的相容性也使得囊泡在生物医疗方面可以得到广泛应用。

Description

基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法
技术领域
本发明涉及囊泡随机激光器领域，具体是一种基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法。
背景技术
随着科技的发展与进步，研究者们慢慢发现传统的无方向性特征的随机激光系统已经在很大程度上限制了随机激光的应用。自从Letokhov在理论上提出随机激光以来，随机激光就被广泛的研究并且应用。随机激光是一种非传统类型的激光，不需要传统激光器所需要的反射镜构成的谐振腔，它只依赖增益介质和无序散射介质获得反馈和光。研究者对于随机激光的特殊性质产生了浓厚的兴趣。研究者发现可以在许多体系中得到随机激光，例如增益介质和纳米颗粒的悬浮液，含银纳米粒子的聚合物薄膜，金属纳米粒子，π-共轭聚合物和渗透的蛋白石系统。
在最近几年的研究中，囊泡已经成为了研究的热点。由于聚合物囊泡具有高稳定性，优良的生物相容性，可调节的膜表面性质及亲水性和疏水性物质的装载和投递能力，因此囊泡广泛地应用于生物医疗等方面。
2011年，美国人发现了第一个生物激光器，研究人员对一些人体肾细胞进行改造，使其能够产生一种绿色荧光蛋白。这种绿色荧光蛋白发现自会发光的水母，只要用蓝光照射，它就会发出绿色荧光。研究人员将这样的一个肾细胞放在由两面微小镜子组成的光学共振腔中，共振腔的宽度只有20微米。在用蓝光照射后，光学共振腔中果然放射出了激光。虽然这种激光很微弱，但能被清晰地探测到，而用于生成激光的这个细胞仍然存活。近年来，来自法国国家科学研究中心和波尔多理工学院的研究团队使用激光辐射来控制聚合物囊泡的爆炸。这些聚合物球体可以模拟某些细胞功能对特定波长的反应，根据需要释放它们的含量。
因此囊泡随机激光器有望通过产生的随机激光的不同来判断是何种组织的细胞。
发明内容 本发明的目的是提供一种基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，以解决现有技术存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、称取1.5-2.5mg的偶氮苯聚合物和1-1.5mg的激光染料，并将偶氮苯聚合物、激光染料倒入同一容器中；
（2）、量取0.5-0.75ml的四氢呋喃溶剂，并将四氢呋喃溶液注入步骤（1）的容器中，使容器中的偶氮苯聚合物、激光染料充分溶解得到溶液；
（3）、取1-1.25ml的去离子水缓慢的滴入到容器中，并不断晃动容器，使去离子水与容器中溶液充分混合，当容器中溶液出现浑浊，则证明溶液中有囊泡形成；
（4）、对步骤（3）形成有囊泡的溶液进行透析处理，以减少激光染料对囊泡产生随机激光的影响；
（5）、将步骤（4）透析处理后的溶液倒入另一透明容器中，通过激光器对透明容器的端面泵浦，并在透明容器的侧面接收即可得到随机激光器。
所述的基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，其特征在于：所述激光染料是罗丹明6G、DCM、PM597中的任意一种或几种的混合物。
所述的基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，其特征在于：步骤（2）中首先加入四氢呋喃溶液，步骤（3）中再加入去离子水，以去离子水和四氢呋喃的混合溶液作为溶剂。
所述的基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，其特征在于：溶剂还可以是超纯水和四氢呋喃的混合溶液。
所述的基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，其特征在于：步骤（3）中两嵌段偶氮苯聚合物的浓度大概为0.75-1.25g/L，激光染料的浓度大概为0.5-1g/L。
所述的基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，其特征在于：制得的类细胞结构的囊泡随机激光器产生的囊泡是具有双层壁结构的囊泡，其囊泡壁内外部都是亲水高分子，两层壁中间为疏水高分子，通过不同的排列组合形成了囊泡，由于囊泡的多重散射产生了随机激光。
所述的基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，其特征在于：制得的随机激光器的阈值大概为200μJ，在泵浦能量超过200μJ的时候，随着泵浦能量的增加，光子量成线性上升，主峰位置为581.7纳米，半峰宽为0.1纳米，光谱图的峰值在800μJ的泵浦能量下最大值达到了5500光子量，产生的随机激光为相干性随机激光。
本发明根据偶氮聚合物配出来的囊泡样品体积比较小，比较容易制备，应用起来比较方便，可根据不同的病情包裹不同的药物来达到治疗的效果。而且本发明所产生的聚合物囊泡具有比较良好的稳定性，不会随着外界环境的变化而变化，作为药物的载体既可降低药物的毒性和刺激性，又能保持药物的生理活性，达到低毒、高效、控释的目的，是理想的体内药物运送载体。
本发明区别于传统的光纤，光纤的质地较脆，机械强度较低，光纤的切割还需要一定的技术和工具，而且光纤的制作过程中会污染环境，产生刺激性的气味，而囊泡很容易制备并且没有特殊气味，比较环保，性质比较稳定。在体内的循环中聚合物囊泡与脂质体相比要稳定得多。亲水，疏水以及两亲性化合物均可以被装载于聚合物囊泡中，这使其也可以被应用于生物医疗等方面。
附图说明
图1a是本发明中偶氮聚合物的分子结构式。
图1b是本发明中溶液在紫外灯下的吸收谱图。
图1 c是本发明中溶液在日光灯下的吸收谱图。
图2是本发明中囊泡形成的机理图。
图3a是本发明中囊泡在透射电镜下的不加染料的示意图。
图3b是本发明中不包裹激光染料的显微镜下囊泡示意图。
图4a是本发明中囊泡在透射电镜下的加染料的示意图。
图4b是本发明中包裹激光染料的显微镜下囊泡示意图。
图4c是本发明中包裹激光染料在显微镜绿光下的囊泡示意图。
图5是本发明中随机激光的阈值图和光谱图.
图6是本发明中随机激光的稳定性图。
图7是随机激光的寿命图。
具体实施方式
基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，包括以下步骤：
（1）、称取1.5-2.5mg的偶氮苯聚合物和1-1.5mg的激光染料，并将偶氮苯聚合物、激光染料倒入同一容器中；
（2）、量取0.5-0.75ml的四氢呋喃溶剂，并将四氢呋喃溶液注入步骤（1）的容器中，使容器中的偶氮苯聚合物、激光染料充分溶解得到溶液；
（3）、取1-1.25ml的去离子水缓慢的滴入到容器中，并不断晃动容器，使去离子水与容器中溶液充分混合，当容器中溶液出现浑浊，则证明溶液中有囊泡形成；
（4）、对步骤（3）形成有囊泡的溶液进行透析处理，以减少激光染料对囊泡产生随机激光的影响；
（5）、将步骤（4）透析处理后的溶液倒入另一透明容器中，通过激光器对透明容器的端面泵浦，并在透明容器的侧面接收即可得到随机激光器。
激光染料是罗丹明6G、DCM、PM597中的任意一种或几种的混合物。
步骤（2）中首先加入四氢呋喃溶液，步骤（3）中再加入去离子水，以去离子水和四氢呋喃的混合溶液作为溶剂。
溶剂还可以是超纯水和四氢呋喃的混合溶液。
步骤（3）中两嵌段偶氮苯聚合物的浓度大概为0.75-1.25g/L，激光染料的浓度大概为0.5-1g/L。
制得的类细胞结构的囊泡随机激光器产生的囊泡是具有双层壁结构的囊泡，其囊泡壁内外部都是亲水高分子，两层壁中间为疏水高分子，通过不同的排列组合形成了囊泡，由于囊泡的多重散射产生了随机激光。
制得的随机激光器的阈值大概为200μJ，在泵浦能量超过200μJ的时候，随着泵浦能量的增加，光子量成线性上升，主峰位置为581.7纳米，半峰宽为0.1纳米，光谱图的峰值在800μJ的泵浦能量下最大值达到了5500光子量，产生的随机激光为相干性随机激光。
本发明基于类细胞结构的囊泡激光器，选择的聚合物是偶氮苯聚合物，其分子式如图1a所示，实验选择的激光染料可以是罗丹明6G，DCM，PM597等，实验选择的溶剂为去离子水或超纯水和四氢呋喃的混合溶液，偶氮苯聚合物的浓度大概为0.75-1.25g/L，激光染料的浓度大概为0.5-1g/L。
囊泡的制备过程包括以下步骤：
A、用托盘天平分别称取1.5-2.5mg的偶氮苯聚合物和1-1.5mg的激光染料，并将其倒入容器中。
B、用移液枪量取0.5-0.75ml的四氢呋喃溶液，注入容器中，使a中的混合物质充分溶解，也可以放在数控超声波清洗器中超声15-20分钟，使其溶解的更好。
C、取1-1.25ml的去离子水或超纯水缓慢的滴入到容器中并不断晃动容器，使其充分混合。当液体出现浑浊，则证明囊泡形成。
D、为了减少激光染料对囊泡产生随机激光的影响，本发明对溶液进行了透析处理，具体的透析步骤如下：
（1）截取一段有机相的透析袋，在煮沸的去离子水里面再煮5-10分钟；
（2）用透析袋的夹子夹住透析袋的一端，将溶液倒入透析袋内，并用夹子夹住透析袋的另一端。
（3）取去离子水和四氢呋喃与溶液中的去离子水和四氢呋喃等比例的溶液倒入烧杯中，混合后将装有溶液的透析袋放入烧杯中，由于四氢呋喃易挥发，用保鲜膜将杯口封住，以维持两种溶液比例相同。
（4）大概四五个小时换一下透析液，直至透析液的颜色很淡或者透明即可停止。
E、将溶液放入玻璃管内通过端面泵浦侧面接收的方法来得到随机激光。
图1b是测得溶液在紫外灯下的吸收谱。在紫外灯的照射下，溶液吸收谱是呈下降的趋势，照射50s左右，吸收谱图不在变化。图1c是日光灯吸收谱图。用日光灯照射，溶液吸收谱又呈现上升的趋势，直到185s最终回到初始高度。这种现象体现了囊泡的顺反异构的特性。图2是囊泡形成的机理图，由图中可以看出，囊泡的内外壁均为亲水端，而囊泡的两层壁则为疏水端，包裹着激光染料。同时本发明用相同的比例的水和四氢呋喃还有偶氮苯聚合物重新配了一组溶液，在透射电镜下观察和原溶液的区别。由图3a和图4a可知加入激光染料的囊泡明显要比不加激光染料的囊泡要黑一些。图3b图4b是囊泡在显微镜下的图，从图中可以看到大部分的囊泡形态较小，直径不到一微米，较大的囊泡直径也只能达到三四微米。图5是随机激光的阈值图和光谱图，从图中大致可以看出，随机激光的阈值大概在0.2mJ左右，光谱图的主峰位置在581.7nm,半峰宽为0.1nm,此时激光的泵浦能量为0.8mJ。图6是随机激光的稳定性图，从图中可以看出随机激光的稳定性很好，上下波动很小，不易受外界环境的干扰。图7为寿命图，两小时后激光仍然存在，寿命较长。
囊泡作为“类细胞”结构的载体，有着其独特的潜在的应用价值。掺杂染料的囊泡具有较好的稳定性，可以用于药物释放或者是荧光分子的标记，由于囊泡为两亲性的高分子，亲水，疏水以及两亲性化合物均可以被装载于聚合物囊泡中。本发明可以通过观察混合溶液的光谱图，用光去激发囊泡，使囊泡能够快速达到病变的位置并且释放药物。

Claims (7)

1.基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、称取1.5-2.5mg的偶氮苯聚合物和1-1.5mg的激光染料，并将偶氮苯聚合物、激光染料倒入同一容器中；
（2）、量取0.5-0.75ml的四氢呋喃溶剂，并将四氢呋喃溶液注入步骤（1）的容器中，使容器中的偶氮苯聚合物、激光染料充分溶解得到溶液；
（3）、取1-1.25ml的去离子水缓慢的滴入到容器中，并不断晃动容器，使去离子水与容器中溶液充分混合，当容器中溶液出现浑浊，则证明溶液中有囊泡形成；
（4）、对步骤（3）形成有囊泡的溶液进行透析处理，以减少激光染料对囊泡产生随机激光的影响；
（5）、将步骤（4）透析处理后的溶液倒入另一透明容器中，通过激光器对透明容器的端面泵浦，并在透明容器的侧面接收即可得到随机激光器。
2.根据权利要求1所述的基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，其特征在于：所述激光染料是罗丹明6G、DCM、PM597中的任意一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，其特征在于：步骤（2）中首先加入四氢呋喃溶液，步骤（3）中再加入去离子水，以去离子水和四氢呋喃的混合溶液作为溶剂。
4.根据权利要求3所述的基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，其特征在于：溶剂还可以是超纯水和四氢呋喃的混合溶液。
5.根据权利要求1所述的基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，其特征在于：根据步骤（3）形成的溶液中，两嵌段偶氮苯聚合物的浓度大概为0.75-1.25g/L，激光染料的浓度大概为0.5-1g/L。
6.根据权利要求1所述的基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，其特征在于：制得的类细胞结构的囊泡随机激光器产生的囊泡是具有双层壁结构的囊泡，其囊泡壁内外部都是亲水高分子，两层壁中间为疏水高分子，通过不同的排列组合形成了囊泡，由于囊泡的多重散射产生了随机激光。
7.根据权利要求1所述的基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法，其特征在于：制得的随机激光器的阈值大概为200μJ，在泵浦能量超过200μJ的时候，随着泵浦能量的增加，光子量成线性上升，主峰位置为581.7纳米，半峰宽为0.1纳米，光谱图的峰值在800μJ的泵浦能量下最大值达到了5500光子量，产生的随机激光为相干性随机激光。
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