CN108752544A - 一种荧光标记大分子季铵盐及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种荧光标记大分子季铵盐及其制备方法与应用。本发明将荧光素直接改性，将其分子上的羟基与氯乙酰氯进行酯化反应使得荧光素分子带有氯原子，为后续在大分子上季铵化使大分子含有荧光基团做好准备。本发明的合成过程优化了将荧光素引入大分子季铵盐的合成过程。与此同时，连接了氯原子的改性荧光素不仅是作为荧光标记的作用，在其季铵化后，还能提供水溶性和正电荷以利于大分子季铵盐在水中分散并且通过静电吸附于真菌表面从而达到抑菌的作用。本发明可以在紫外光条件下，以肉眼可见的状态直接观察到大分子季铵盐在病原真菌的菌核表面及其内部的分布，有利于研究大分子季铵盐在病原真菌中的抑制机理。

Description

一种荧光标记大分子季铵盐及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于材料合成领域，特别涉及一种荧光标记大分子季铵盐及其制备方法与应用。
背景技术
水稻纹枯病菌又称为“云纹病”，俗名“花足杆”，广泛分布于世界水稻主要生产国，在我国已成为水稻三大病害之首。水稻纹枯病菌是由立枯丝核菌(R.solani)引起的一种土传病害，其主要是通过无性繁殖。该菌在自然状态下主要有两种存在形式，即菌丝和菌核。导致水稻纹枯病危害严重的一个重要原因就在于其“菌核萌发形成菌丝—菌丝侵染宿主—菌丝在受迫条件下聚集形成菌核”这一侵染循环。
当前对于水稻纹枯病的防治主要是围绕杀死菌丝达到抑制菌核形成的问题，当然也有部分抗菌剂对于菌核有着抑制作用，其中具有代表性的当属季铵盐一类。大分子季铵盐比小分子季铵盐有着更好的吸附性、持久性，是一种应对水稻纹枯病的新的研究思路。当前已经提出了主链为疏水性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)、侧基为季铵盐基团(QAS)的大分子季铵盐(PDMS-g-QAS)对菌核萌发有抑制效果(参比文献1：Lin Yaling,Liu Qiongqiong,Cheng Liujun,Lei Yufeng,Zhang Anqiang.Synthesis and antimicrobial activitiesof polysiloxane-containing quaternary ammonium salts on bacteria andphytopathogenicfungi.Reactive&Functional Polymers,2014,85:36-44”或是参比文献2：“刘琼琼.高分子季铵盐的合成、表征及其对细菌和真菌的抑制特性研究.华南理工大学硕士论文，2014”)；两亲性大分子PDMS-b-(PDMS-g-QAS)-b-PDMS能有效的粘附在植物叶片等疏水性的表面，起到防止植物真菌病害的作用(参比文献3：“Yufeng Lei,ShengwenZhou,Chenyun Dong,Anqiang Zhang,Yaling Lin.PDMS tri-block copolymers bearingquaternary ammonium salts for epidermal antimicrobial agents:Synthesis,surface adsorption and non-skin penetration,Reactive&Functional Polymers,2018,124:22-28”)，对于关于两亲性嵌段共聚物的开发还在不断进行，有研究人员用ATRP相继开发出三嵌段和五嵌段的PDMS基两嵌段的共聚物(参比文献4：邱明.PDMS基两亲聚合物网络的ATRP合成与性能的研究.东华大学硕士论文，2015)。但我们一直对于大分子季铵盐如何作用菌核未能有更直观的了解，即大分子季铵盐对于菌核抑菌机理的解释一直未有直观的表现，这对于季铵盐类抗菌剂的发展有很大的局限性。
发明内容
本发明的首要的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种荧光标记大分子季铵盐的制备方法。
本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的荧光标记大分子季铵盐。
本发明的再一目的在于提供所述的荧光标记大分子季铵盐的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种荧光标记大分子季铵盐的制备方法，包括如下步骤：
(1)改性荧光素的合成：在有机溶剂A中加入荧光素，然后在惰性气体气氛中加入氯乙酰氯进行反应，反应结束，经产物纯化，得到改性的荧光素(FL)；
(2)荧光标记大分子季铵盐的制备：将大分子物质和改性荧光素(FL)溶于有机溶剂B，在惰性气体气氛中反应；再加入氯化苄，在惰性气体气氛中反应，反应结束，经产物纯化，得到荧光标记的大分子季铵盐；
所述的大分子物质为硅氧烷与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两嵌段共聚物(SixQy)、聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺(PQD)或十二烷基二甲基叔胺(BC)；
所述的硅氧烷与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两嵌段共聚物通过如下步骤制备得到：
1)乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷聚合物的合成：在有机溶剂C中加入六甲基环三硅氧烷(D3)，在惰性气体气氛中，以正丁基锂引发聚合反应，最后加入二甲基乙烯基氯硅烷终止聚合反应；对反应得到的产物纯化，得到透明油状液体产物，为乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(PVi)；
2)羟基封端的聚二甲基硅氧烷的合成：将有机溶剂D、巯基乙醇、步骤1)得到的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷和催化剂混合，得到澄清的溶液，用紫外光引发自由基加成反应，对反应得到的产物纯化，得到羟基封端的聚二甲基硅氧烷(POH)；
3)端基带溴的聚二甲基硅氧烷合成：在有机溶剂E中加入步骤2)得到的羟基封端的聚二甲基硅氧烷、三乙胺和2-溴异丁酰溴混合反应；对反应得到的产物纯化，得到端基带溴的聚二甲基硅氧烷(PBr)；
4)聚硅氧烷和聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯两嵌段共聚物的合成：将有机溶剂F、步骤3)得到的端基带溴的聚二甲基硅氧烷、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)、CuBr和(N,N,N',N”,N”)-五甲基二乙烯基三胺(PMDETA)混合，在惰性气体气氛中经行聚合反应，对反应得到的产物纯化，得到淡黄色粘稠液体产物，即硅氧烷与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两嵌段共聚物(PDMS-b-PDMAEMA或SixQy)。
上文中所述的有机溶剂A、B、C、D、E、F是用于溶解反应物质，本身不参加反应。有机溶剂A、B、C、D、E、F可以是相同的物质，也可以是不同的物质。
上文中所述的惰性气体优选为氮气。
步骤(1)中所述的有机溶剂A优选为丙酮。
步骤(1)中所述的有机溶剂A的体积用量(mL)优选为相当于荧光素质量(g)的80～150倍；更优选为125～135倍。
步骤(1)中所述的反应的时间优选为8h。
所述的反应的温度为室温，优选为10～35℃；更优选为20～25℃。
步骤(1)中所述的氯乙酰氯的摩尔用量优选按荧光素：氯乙酰氯＝摩尔比1：(1～1.3)配比计算。
步骤(1)中所述的氯乙酰氯的加入方式为滴加加入。
所述的滴加的速度优选为1滴/5秒。
步骤(1)中所述的纯化的步骤优选为：将产物过滤，然后将得到的粉末放在真空烘箱中50℃烘干，得到的橙黄色粉末为改性后的荧光素(FL)。
步骤(2)中所述的有机溶剂B优选为甲醇和无水乙醇中的一种或两种。
步骤(2)中所述的有机溶剂B的体积用量优选为相当于所述的大分子季铵盐质量的30～120倍。
步骤(2)中参与反应的物质的用量按改性荧光素(FL)：大分子季铵盐中的胺基：氯化苄＝摩尔比(0.1～0.3)：(0.9～0.7)：(1～1.5)配比计算。
步骤(2)中所述的反应条件优选为于50～80℃冷凝回流反应12～36h；更优选为于70℃冷凝回流反应16～24h。
步骤(2)中所述的纯化的步骤优选为：减压蒸馏出部分醇，加入大量无水乙醚，然后倒掉上清液，再放入50℃真空烘箱烘干，即得荧光标记得大分子季铵盐。
所述的聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺通过如下步骤制备得到：将二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺和偶氮二异丁腈在甲醇中反应，得到聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺。
所述的二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺和偶氮二异丁腈按质量比为45～50：1配比；优选为按质量比48～49：1配比。
所述的反应的条件优选为于70℃下反应24h。
步骤1)中所述的聚合反应的条件优选为0～5℃聚合25～35h；更优选为30h。
步骤1)中所述的有机溶剂C优选为四氢呋喃。
步骤1)中所述的溶液有机溶剂C的体积用量优选为相当于六甲基环三硅氧烷单体质量的1.5～4倍(mL：g)；更优选为1.8～2倍。
步骤1)中所述的正丁基锂是溶解在正己烷的正丁基锂。正丁基锂的用量基本与最终产物的摩尔量相当。
步骤1)中所述的聚合反应中D3的用量优选按正丁基锂：D3＝摩尔比1：20～160配比计算；更优选为按正丁基锂：D3＝摩尔比1：22～23配比计算。
步骤1)中所述的二甲基乙烯基氯硅烷的用量优选按二甲基乙烯基氯硅烷：正丁基锂＝摩尔量1：(1～1.2)配比就算；更优选按二甲基乙烯基氯硅烷：正丁基锂＝摩尔量1：(1～1.1)配比就算。
步骤1)中所述的纯化的步骤优选为：通过减压蒸馏除去溶剂以及未聚合的小分子原料，然后过滤除去副产物氯化锂粉末，得到纯化后的PVi。
步骤2)中所述的有机溶剂D优选为四氢呋喃。
步骤2)中所述的有机溶剂D的质量用量优选为相当于PVi质量的1～4倍；更优选为1.2～1.5倍。
步骤2)中所述的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷和所述的巯基乙醇优选按乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷中乙烯基：巯基乙醇＝摩尔比1：(1～1.2)配比；更优选按1：(1.1～1.2)配比。
步骤2)中所述的催化剂优选为安息香二甲醚。
步骤2)中所述的催化剂的用量优选为按PVi：催化剂＝质量比1:0.02配比计算。
步骤2)中所述的紫外光优选波长为350～365nm的紫外光；更优选为365nm的紫外光。
步骤2)中所述的自由基加成反应的条件优选为室温下反应60～90min。
所述的室温为10～35℃；更优选为20～25℃。
步骤2)中所述的纯化的步骤优选如下：通过减压蒸馏除去溶剂，将所得粘稠液体用甲醇溶解充分摇晃分液，取下层，然后减压蒸馏得到纯化后的POH。
所述的分液的重复次数优选为1～3次。
步骤3)中参与反应的物质的用量按羟基封端的聚二甲基硅氧烷：2-溴异丁酰溴：三乙胺＝摩尔比1：1：(1～1.3)配比。
步骤3)中所述的有机溶剂E优选为四氢呋喃。
步骤3)中所述的有机溶剂E的质量用量优选为相当于POH质量的1.3～2.5倍；更优选为2～2.5倍。
步骤3)中所述的2-溴异丁酰溴优选为先溶解在有机溶剂E中，再加入到反应体系中，得到溴异丁酰溴-有机溶剂E溶液。
所述的溴异丁酰溴-有机溶剂E溶液中2-溴异丁酰溴的浓度为质量百分比8～10％。
所述的溴异丁酰溴-有机溶剂E溶液的加入方式为滴加加入。
所述的滴加的速度优选为1滴/5秒。
步骤3)中所述的反应条件优先为在0℃下反应1h，然后在室温下反应24h。
步骤3)中所述的纯化的步骤优选如下：减压蒸馏除去溶剂，加入甲醇后充分摇晃分液，重复1～3次后减压蒸馏，得到纯化后的PBr。
步骤4)中所述的有机溶剂F优选为异丙醇。
步骤4)中所述的有机溶剂F的质量用量优选为PBr质量的2～4倍。
步骤4)中所述的CuBr需用冰醋酸洗涤三次，无水乙醇洗涤三次，最后的产物为灰白色粉末。
步骤4)中参与反应的物质的用量按PBr：甲基丙烯酸二甲氨基乙酯：CuBr：(N,N,N',N”,N”)-五甲基二乙烯基三胺＝摩尔比1：18：(1～1.2)：(1～1.2)配比。
步骤4)中所述的反应条件优选为于50～80℃反应8～24h；更优选为于70℃反应16h。
步骤4)中所述的纯化的步骤优选如下：加入中性氧化铝搅拌直至溶液由绿色变为无色，然后过滤掉粉末，最后旋蒸出溶剂和未反应的单体，得到纯化后的PDMS-b-PDMAEMA。
通过控制步骤1)中D3单体与正丁基锂的投料比、聚合反应时间，可以制备得到不同分子量得PDMS，通过控制步骤4)中DMAEMA单体与PBr的投料比例，可以得到不同分子量的的PDMS-b-PDMAEMA。通过控制步骤(2)中氯化苄与改性荧光素(FL)的比例，可以得到不同荧光比例的大分子季铵盐。
一种荧光标记大分子季铵盐，通过上述制备方法得到。
所述的聚硅氧烷与聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯嵌段共聚物大分子季铵盐优选为具有如下特征的聚硅氧烷嵌段共聚物：嵌段长度比例为PDMS：PDMAEMA＝27～135：18，PDMS嵌段长2～15kDa，PDMAEMA嵌段长1～5kDa；更优选为：嵌段单元长度比例为PDMS：PDMAEMA＝34：9，PDMS嵌段长5kDa，PDMAEMA嵌段长2kDa。
所述的荧光标记大分子季铵盐在病原真菌的抑制机理研究中的应用。
所述的病原真菌优选为水稻纹枯病菌。
所述的应用包括如下步骤：将荧光标记的大分子季铵盐配成水溶液，浸泡水稻纹枯病菌菌核，观察其在菌核表面及其内部的分布。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明提供了一种荧光标记大分子季铵盐的方法，即：将荧光素(C20H12O5)直接进行改性，将其分子上的羟基与氯乙酰氯进行酯化反应从而使整个荧光素分子带有卤原子Cl，为后续在大分子上季铵化使大分子含有荧光基团做好准备。与现有技术中将荧光素先氨基化、再与氯乙酰氯进行酰胺化的合成工艺相比，本发明的合成过程优化了将荧光素引入大分子季铵盐的合成过程。与此同时，连接了氯原子的改性荧光素不仅是作为荧光标记的作用，在其季氨化后，还能提供水溶性和正电荷以利于大分子季铵盐在水中分散并且通过静电吸附于真菌表面从而达到抑菌的作用。
(2)本发明提供的制备方法中，大分子嵌段共聚物(PDMS-b-PDMAEMA)在制备过程中，与现有的技术相比，本发明在第一步D3开环之后，采用二甲基乙烯基氯硅烷进行封端制得端乙烯基的硅油；其次利用点击反应，将羟基接入大分子链得到端羟基硅油，这一步高效便捷，而且没有副产物出现，优化了后来的提纯工作，极大提高了产率；最后利用ATRP将DMAPMA接入PDMS上形成两嵌段的共聚物，这为后续形成两亲性两嵌段共聚物提供了一种新的结构，同时可以通过ATRP精准控制PDMAEMA段的分子量从而调控其亲水性，这极大的提高其可应用性。
(3)大分子季铵盐进行荧光标记后，可以使其在紫外光条件下，以肉眼可见的状态直接观察到大分子季铵盐在病原真菌的菌核表面及其内部的分布，从而为解释大分子季铵盐对于菌核的作用机理提供直接证据，即大分子季铵盐是通过吸附到菌核表面继而渗透入其内层、有效杀灭内部活性菌丝达到抑制菌核萌发效果；也可以通过其观察到大分子季铵盐在土壤中的分布；还可以通过其观察到该药物在抑菌过程中在微生物表面和内部分布等。这些示踪作用对于大分子季铵盐对于微生物的抑制作用研究提供了直接有力的证明。
附图说明
图1为实施例1的化学反应路线图。
图2为实施例1、2和3中合成的3种荧光标记物及改性荧光素(FL)的红外表征图(A)和核磁谱图(B)。
图3为实施例1、2和3中合成的3种荧光标记物的紫外吸收发射光谱图。
图4为实施例1～3合成的3种荧光标记季铵盐在立枯丝核菌菌核表面及其内部中的分布照片图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明所用的试剂均可从市场购得。
实施例1
聚二甲基硅氧烷(PDMS)-聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(PDMAEMA)嵌段共聚物大分子季铵盐及其荧光标记物的制备：嵌段长度比例为PDMS：PDMAEMA＝34：9，PDMS嵌段长5kDa，PDMAEMA嵌段长2kDa。制备过程如图1所示，具体步骤如下：
(1)在装有磁力搅拌子的反应瓶中，加入80g D3，然后以硅胶塞封口，将瓶内抽真空后通入高纯氮气，重复操作三次以保证瓶中充满氮气。以注射器注入150mL干燥四氢呋喃溶解D3，得到澄清溶液后在室温下注入含2.5mol/L正丁基锂的正己烷溶液6.4mL，引发阴离子开环聚合。在0～5℃下保持搅拌约30h后，取1.93g二甲基乙烯基氯硅烷注入到反应瓶中，继续搅拌约2h以完全终止聚合。将反应液40℃旋转蒸发除去溶剂和小分子单体后，有大量氯化锂副产物粉末析出，过滤得到无色透明的粘稠液体产物PVi。
(2)在装有磁力搅拌子的透明石英烧瓶中，加入40g PVi、0.66g巯基乙醇、0.8g安息香二甲醚；加入50.0g四氢呋喃，溶解上述原料形成无色透明溶液。在365nm波长的紫外光照射下，保持搅拌反应90min。结束反应后，减压蒸出溶剂，得到粘稠液体粗产物，将其溶于甲醇中，装在分液漏斗中充分摇匀，静止取下层液体重复三次。最后减压蒸馏除去甲醇，得到无色粘稠的液体产物POH。
(3)在装有磁力搅拌子的玻璃烧瓶中，加入30g POH，三乙胺0.73g，用40g四氢呋喃溶解，取2-溴异丁酰溴1.66g溶于20g四氢呋喃中置于滴定漏斗中，并以1滴/5s的速度滴入烧瓶中在0℃下反应1h，然后在常温下反应24h。结束反应后，减压蒸出四氢呋喃，将粗产物与甲醇充分混合后，装在分液漏斗中充分摇匀，静置取下层液体重复三次，最后减压蒸馏除去甲醇，得到最终产物PBr。
(4)在装有磁力搅拌子的玻璃烧瓶中加入0.75g CuBr，然后加入100mL冰醋酸搅拌15min，倒掉液体，保留粉末，如此重复三次；然后加入100mL无水乙醇搅拌10min，倒掉液体，保留粉末，如此重复三次；最后加入14g PDMS-Br(即步骤(3)的PBr)、7.3g DMAEMA、1.107gPMDETA、45g异丙醇于烧瓶中，以硅胶塞封口，将瓶内抽真空后通入高纯氮气，重复操作三次以保证瓶中充满氮气，在70℃下反应16h。反应结束后，减压蒸馏掉异丙醇，加入100mL丙酮溶解；然后加入大量中性氧化铝直至溶液由绿色变为无色，过滤掉粉末固体，将收集到的液体减压蒸馏除去丙酮，得到最终产物Si5Q5。
(5)在装有磁力搅拌子的茄形反应瓶中加入0.996g荧光素以及100mL丙酮，然后将0.336g氯乙酰氯溶于30mL丙酮中置于滴定漏斗并以硅胶塞封口，将滴定漏斗与牛角烧瓶对接，将瓶内抽真空后通入高纯氮气，重复操作三次以保证瓶中充满氮气。然后在室温下，让氯乙酰氯以1滴/5s速度滴下反应8h。反应结束后，过滤烘干得黄色粉末，即为改性荧光素(FL)，其红外表征谱图和核磁谱图分别如图2(A)、(B)所示。
(6)在装有磁力搅拌子的玻璃烧瓶加入3g Si5Q5、0.112g改性荧光素(FL)和100mL甲醇在70℃氮气氛围下冷凝回流，反应24h后，加入1g氯化苄继续在70℃氮气氛围下冷凝回流反应16h。反应完后，减压蒸馏出一部分甲醇，然后加入大量乙醚析出固体，静置一段时间后倒掉大部分上清液，放入50℃真空烘箱烘干，即得荧光标记得大分子季铵盐Si5Q5-BC-Mark，其红外表征谱图和核磁谱图分别如图2(A)、(B)所示。
实施例2
聚二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺大分子季铵盐荧光标记物的制备，具体过程如下：
(1)在装有磁力搅拌子的三口烧瓶加入10g二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺(DMAPMA)和100mL的甲醇，将0.205g偶氮二异丁腈(AIBN)溶解于20mL甲醇，在氮气环境下以1滴/5s的速度滴落，在70℃下反应24h。然后将其在50℃下减压蒸馏出溶剂和未反应的小分子，即得到聚二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺(PDMAPMA)。
(2)在装有磁力搅拌子的茄形反应瓶中加入0.996g荧光素以及120mL丙酮，然后将0.336g氯乙酰氯溶于30mL丙酮中置于滴定漏斗并以硅胶塞封口，将滴定漏斗与牛角烧瓶对接，将瓶内抽真空后通入高纯氮气，重复操作三次以保证瓶中充满氮气。然后在室温下，让氯乙酰氯以1滴/5s速度滴下反应8h。反应结束后，过滤烘干得黄色粉末，即为改性荧光素(FL)。
(3)在装有磁力搅拌子的三口烧瓶加入3g聚二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺、0.08g改性荧光素(FL)和100mL的甲醇在70℃下冷凝回流，反应24h后，加入2g氯化苄继续在70℃氮气氛围下冷凝回流反应16h。反应完后，减压蒸馏出一部分甲醇，然后加入大量乙醚析出固体，静置一段时间后倒掉大部分上清液，放入50℃真空烘箱烘干，即得荧光标记的聚二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺(PQD-BC-Mark)，其红外表征谱图和核磁谱图分别如图2(A)、(B)所示。
实施例3
苯扎氯铵(BC)，又名十二烷基二甲基苄基氯化铵，而以十二烷基二甲基叔胺与改性荧光素季铵化的季铵盐就是BC的荧光标记物(BC-Mark)。其制备过程如下。
(1)在装有磁力搅拌子的茄形反应瓶中加入0.996g荧光素以及120ml丙酮，然后将0.336g氯乙酰氯溶于30ml丙酮中置于滴定漏斗并以硅胶塞封口，将滴定漏斗与茄形反应瓶对接，将瓶内抽真空后通入高纯氮气，重复操作三次以保证瓶中充满氮气。然后在室温下，让氯乙酰氯以1滴/5s速度滴下反应8h。反应结束后，过滤烘干得黄色粉末，即为改性荧光素(FL)。
(2)在装有磁力搅拌子的三口烧瓶加入1g十二烷基二甲基叔胺、2g改性荧光素和100ml甲醇在70℃氮气氛围下冷凝回流，反应24h。反应完后，减压蒸馏出一部分甲醇，然后加入大量乙醚析出固体，静置一段时间后倒掉大部分上清液，放入50℃真空烘箱烘干，即得荧光标记的苯扎氯铵(BC-Mark)，其红外表征谱图和核磁谱图分别如图2(A)、(B)所示。
应用实施例
对于立枯丝核菌(R.solani)菌核吸附性和渗透性能力的检测：由图3中三类不同结构季铵盐的激发和吸收光谱可知，插入荧光基团的季铵盐可以在紫外光激发下产生绿色荧光，从而能清晰直观的看到季铵盐浸泡菌核后，是否能够吸附于R.solani菌核表面或渗入菌核内部附着在活性菌丝表面并杀死菌丝。
立枯丝核菌(R.solani AG-1-IA)119号菌株，为华南农业大学资源环境学院植物病理学系真菌研究室惠赠，是从表现明显纹枯病症状的水稻病叶鞘上分离获得，致病力较强，是广州省的优势菌株(已在文献“周而勋,杨媚,李琳,等.培养基对水稻纹枯病菌菌丝生长和菌核形成的影响[J].华南农业大学学报,2002,23(3):33-35.”公开)。在实验室中，由28℃培养箱，PDA培养基培养并成熟7～14天，得到成熟的菌核。
将菌核分别浸泡于10mg/ml荧光标记的三种季铵盐(Si5Q5-BC-Mark、PQD-BC-Mark、BC-Mark)溶液中，7d后取出进行菌核萌发实验，选取萌发实验中未萌发的菌核及其切片分别在体视镜白光及365nm紫外光下观察，结果如图4所示，通过三种季铵盐浸泡过的菌核表面及内部均有绿色荧光，说明季铵盐的确吸附在菌核表面而且渗入到菌核内部，这直接对于大分子季铵盐关于如何抑制菌核的机理探讨有着直观的证明意义。而且用水润洗过后，在365nm紫外光照射下，用相同浓度Si5Q5-BC-Mark泡过的菌核表面的绿色荧光的面积远比用相同浓度PQD-BC-Mark泡过的菌核表面的绿色荧光面积大，说明两亲性大分子季铵盐Si5Q5-BC对于菌核表面的吸附性远比亲水性大分子季铵盐PQD-BC要好。在没用水润洗前及用水润洗后，经相同浓度Si5Q5-BC-Mark泡过的菌核内部的绿色荧光量均比用相同浓度PQD-BC-Mark泡过的菌核多，说明Si5Q5-BC的渗透菌核的能力比PQD-BC要强。BC-Mark的表面带有荧光面积远比Si5Q5-BC-Mark少，说明Si5Q5-BC的吸附能力要远比BC这种小分子要强。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种荧光标记大分子季铵盐的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)改性荧光素的合成：在有机溶剂A中加入荧光素，然后在惰性气体气氛中加入氯乙酰氯进行反应，反应结束，经产物纯化，得到改性的荧光素；
(2)荧光标记大分子季铵盐的制备：将大分子物质和改性荧光素溶于有机溶剂B，在惰性气体气氛中反应；再加入氯化苄，在惰性气体气氛中反应，反应结束，经产物纯化，得到荧光标记的大分子季铵盐；
所述的大分子物质为硅氧烷与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两嵌段共聚物、聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺或十二烷基二甲基叔胺；
所述的硅氧烷与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两嵌段共聚物通过如下步骤制备得到：
1)乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷聚合物的合成：在有机溶剂C中加入六甲基环三硅氧烷，在惰性气体气氛中，以正丁基锂引发聚合反应，最后加入二甲基乙烯基氯硅烷终止聚合反应；对反应得到的产物纯化，得到透明油状液体产物，为乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷；
2)羟基封端的聚二甲基硅氧烷的合成：将有机溶剂D、巯基乙醇、步骤1)得到的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷和催化剂混合，得到澄清的溶液，用紫外光引发自由基加成反应，对反应得到的产物纯化，得到羟基封端的聚二甲基硅氧烷；
3)端基带溴的聚二甲基硅氧烷合成：在有机溶剂E中加入步骤2)得到的羟基封端的聚二甲基硅氧烷、三乙胺和2-溴异丁酰溴混合反应；对反应得到的产物纯化，得到端基带溴的聚二甲基硅氧烷；
4)聚硅氧烷和聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯两嵌段共聚物的合成：将有机溶剂F、步骤3)得到的端基带溴的聚二甲基硅氧烷、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、CuBr和(N,N,N',N”,N”)-五甲基二乙烯基三胺混合，在惰性气体气氛中经行聚合反应，对反应得到的产物纯化，得到淡黄色粘稠液体产物，即硅氧烷与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两嵌段共聚物。
2.根据权利要求1所述的荧光标记大分子季铵盐的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的氯乙酰氯的摩尔用量按荧光素：氯乙酰氯＝摩尔比1：(1～1.3)配比计算；
步骤(1)中所述的有机溶剂A为丙酮；
步骤(1)中所述的反应的时间为8h；
步骤(2)中所述的有机溶剂B为甲醇和无水乙醇中的一种或两种；
步骤(2)中参与反应的物质的用量按改性荧光素：大分子季铵盐中的胺基：氯化苄＝摩尔比(0.1～0.3)：(0.9～0.7)：(1～1.5)配比；
步骤(2)中所述的反应条件为于50～80℃冷凝回流反应12～36h。
3.根据权利要求1所述的荧光标记大分子季铵盐的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的有机溶剂A的体积用量相当于荧光素质量的80～150倍；
步骤(1)中所述的氯乙酰氯的加入方式为滴加加入；
步骤(1)中所述的纯化的步骤为：将产物过滤，然后将得到的粉末放在真空烘箱中50℃烘干，得到的橙黄色粉末为改性后的荧光素；
步骤(2)中所述的有机溶剂B的体积用量相当于所述的大分子季铵盐质量的30～120倍；
步骤(2)中所述的纯化步骤为：减压蒸馏出部分醇，加入大量无水乙醚，然后倒掉上清液，再放入50℃真空烘箱烘干，即得荧光标记得大分子季铵盐。
4.根据权利要求1所述的荧光标记大分子季铵盐的制备方法，其特征在于：
所述的聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺通过如下步骤制备得到：将二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺和偶氮二异丁腈在甲醇中反应，得到聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺。
5.根据权利要求1所述的荧光标记大分子季铵盐的制备方法，其特征在于：
步骤1)中所述的聚合反应的条件为0～5℃聚合25～35h；
步骤1)中所述的有机溶剂C为四氢呋喃；
步骤1)中所述的聚合反应中六甲基环三硅氧烷的用量按正丁基锂：D3＝摩尔比1：20～160配比；
步骤1)中所述的二甲基乙烯基氯硅烷的用量按二甲基乙烯基氯硅烷：正丁基锂＝摩尔量1：(1～1.2)配比计算；
步骤2)中所述的有机溶剂D为四氢呋喃；
步骤2)中所述的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷和所述的巯基乙醇按乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷中乙烯基：巯基乙醇＝摩尔比1：(1～1.2)配比；
步骤2)中所述的催化剂为安息香二甲醚；
步骤2)中所述的紫外光是波长为350～365nm的紫外光；
步骤2)中所述的自由基加成反应的条件为室温下反应60～90min；
步骤3)中参与反应的物质的用量按羟基封端的聚二甲基硅氧烷：2-溴异丁酰溴：三乙胺＝摩尔比1：1：(1～1.3)配比；
步骤3)中所述的有机溶剂E为四氢呋喃；
步骤3)中所述的有机溶剂E的质量用量相当于羟基封端的聚二甲基硅氧烷质量的1.3～2.5倍；
步骤3)中所述的反应条件为在0℃下反应1h，然后在室温下反应24h；
步骤4)中所述的有机溶剂F为异丙醇；
步骤4)中参与反应的物质的用量按端基带溴的聚二甲基硅氧烷：甲基丙烯酸二甲氨基乙酯：CuBr：(N,N,N',N”,N”)-五甲基二乙烯基三胺＝摩尔比1：18：(1～1.2)：(1～1.2)配比；
步骤4)中所述的反应条件为于50～80℃反应8～24h。
6.根据权利要求1所述的荧光标记大分子季铵盐的制备方法，其特征在于：
步骤1)中所述的溶液有机溶剂C的体积用量相当于六甲基环三硅氧烷单体质量的1.5～4倍；
步骤1)中所述的纯化的步骤为：通过减压蒸馏除去溶剂以及未聚合的小分子原料，然后过滤除去副产物氯化锂粉末，得到纯化后的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷；
步骤2)中所述的有机溶剂D的质量用量相当于乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷质量的1～4倍；
步骤2)中所述的催化剂的用量按乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷：催化剂＝质量比1:0.02配比计算；
步骤2)中所述的纯化的步骤如下：通过减压蒸馏除去溶剂，将所得粘稠液体用甲醇溶解充分摇晃分液，取下层，然后减压蒸馏得到纯化后的羟基封端的聚二甲基硅氧烷；
步骤3)中所述的纯化的步骤如下：减压蒸馏除去溶剂，加入甲醇后充分摇晃分液，重复1～3次后减压蒸馏，得到纯化后的端基带溴的聚二甲基硅氧烷；
步骤4)中所述的有机溶剂F的质量用量为端基带溴的聚二甲基硅氧烷质量的2～4倍；
步骤4)中所述的CuBr需用冰醋酸洗涤三次，无水乙醇洗涤三次，最后的产物为灰白色粉末；
步骤4)中所述的纯化的步骤如下：加入中性氧化铝搅拌直至溶液由绿色变为无色，然后过滤掉粉末，最后旋蒸出溶剂和未反应的单体，得到纯化后的硅氧烷与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两嵌段共聚物。
7.一种荧光标记大分子季铵盐，其特征在于：通过权利要求1～6任一项所述的制备方法得到。
8.根据权利要求7所述的荧光标记大分子季铵盐，其特征在于：所述的聚硅氧烷与聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯嵌段共聚物大分子季铵盐为具有如下特征的聚硅氧烷嵌段共聚物：嵌段长度比例为PDMS：PDMAEMA＝27～135：18，PDMS嵌段长2～15kDa，PDMAEMA嵌段长1～5kDa。
9.权利要求7或8所述的荧光标记大分子季铵盐在病原真菌的抑制机理研究中的应用。
10.根据权利要求9所述的荧光标记大分子季铵盐在病原真菌的抑制机理研究中的应用，其特征在于：所述的病原真菌为水稻纹枯病菌。
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