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一种有机硅超支化荧光材料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种有机硅超支化聚合物，可以有机硅乙烯基双封头剂和三羟甲基丙烷三（3‑巯基丙酸）酯为起始原料由引发剂聚合获得。上述有机硅超支化聚合物可以与稀土元素形成配合物。所述配合物能够检测稀土元素或者用于生物成像，且在细胞内荧光持续时间长。

Description

一种有机硅超支化荧光材料及其应用
技术领域
本发明属于有机稀土发光材料领域，具体涉及一种有机硅超支化荧光材料。
背景技术
稀土离子因其独特的发光特性，窄带发射、位移大、发光寿命长，受到人们广泛关注与研究，被应用于照明、显示、防伪、生物成像等方面。由于稀土离子跃迁是禁阻的，其自身吸光很弱。而将稀土离子制备成稀土配合物，可以利用配体敏化剂对光的强吸收大大提高稀土离子的发射强度“天线”效应。所以稀土配合物是一种性能优越的发光材料，得到了人们的重视和广泛研究。稀土配合物由配体与稀土离子配位键合而得到，其发光原理是配体在紫外区吸收能量，然后配体以分子内能量传递的方式，将其激发态的能量传递给稀土离子的发射能级导致稀土离子发光。虽然目前已经报道了许多稀土配合物,但是没有基于高分子复合材料的配体能够对两种稀土元素同时实现检测和生物细胞成像。因此不同功能的高分子配体至关重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一系列有机硅超支化荧光材料，利用本发明的探针通过荧光成像技术对细胞进行成像。
本发明的另一目的是提供一种上述荧光材料的合成方法，原料易得、合成步骤简单。
本发明的再一目的是提供一种上述荧光材料与稀土的配合物在细胞成像中的应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种有机硅超支化聚合物，其化学通式如式（I）所示：
式（I）；
其中，
代表多个重复单元；
A 代表；
B 代表；
R 同时代表-H或。
优选的，所述有机硅超支化聚合物的重均分子量为6000-8000。进一步的，R同时为-H时，上述有机硅超支化聚合物在四氢呋喃溶液中的荧光发射峰为409nm和431nm nm；R同时为时，上述有机硅超支化聚合物在四氢呋喃溶液中的荧光发射峰为413nm和434nm。
一种上述有机硅超支化聚合物的合成方法，包括以下步骤：
按计量比将有机硅乙烯基双封头剂和三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸）酯（TTMP）溶于四氢呋喃中，加入光引发剂2,2-二羟甲基丙酸（DMPA），在紫外光下反应，获得有机硅超支化聚合物。
所述有机硅乙烯基双封头剂和三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸）酯的摩尔比1:1或2:1。优选的，三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸）酯的用量为0.005-0.012mol。
一种上述有机硅超支化聚合物与稀土元素的配合物，其化学通式为P(Ln)n；其中，Ln表示稀土元素中的至少一种；P表示有机硅超支化聚合物；n表示与一个有机硅超支化聚合物配合的稀土元素的平均原子数。Ln的价态为+3、+2或+4。
所述稀土元素具体的为钇(Y)、钪(Sc)、镧(La）、铈(Ce）、镨(Pr）、钕(Nd）、钷(Pm）、钐(Sm）、铕(Eu）、钆(Gd）、铽(Tb）、镝(Dy）、钬(Ho）、铒(Er）、铥(Tm）、镱(Yb）和镥(Lu）。
一种上述配合物的合成方法，包括以下步骤：
将有机硅超支化聚合物溶于有机溶剂中，然后加入可溶性稀土盐，常温搅拌反应，得到有机硅超支化聚合物与稀土元素的配合物。
优选的，所述有机溶剂为四氢呋喃或甲醇。稀土盐为硝酸盐、硫酸盐、氯化物。
一种上述有机硅超支化聚合物及其与稀土元素的配合物在细胞成像与检测稀土元素中的应用。
本发明所述的有机硅超支化聚合物含有大量羰基氧，单个聚合物分子或者不同聚合物分子间，相互邻近的三个羰基氧可以与稀土元素长身配位键，形成配位化合物。有机硅超支化聚合物本身具有蓝色荧光，当其作为配体与稀土元素生成配合物后会产生不同的荧光；如与Eu3+作用后，产生红色的荧光；与Tb3+作用后，产生绿色的荧光。然而，本发明的有机硅超支化聚合物与其他金属元素，如Fe3+、Zn2+、Mg2+、Hg2+等混合后，并不能产生荧光。根据荧光的有无检测是否含有稀土元素，根据荧光波长的不同检测不同的稀土元素。本发明所述的有机硅超支化聚合物与稀土元素的配合物，能够进入细胞并产生荧光，且荧光持续时间长。
本发明的有益效果为：
本发明的有机硅超支化聚合物制备简单、收率高，能够进入细胞，并且能够与稀土元素形成配合物；配合物能够在细胞内产生较长时间的荧光，在生物成像领域具有应用价值。
附图说明
图1是有机硅超支化聚合物P1和P2的1H NMR谱图；
图2是有机硅超支化聚合物P1和P2在四氢呋喃中的红外光谱图；
图3是有机硅超支化聚合物P1和P2在四氢呋喃中的荧光强度；
图4是稀土配合物P1Tb的红外光谱图；
图5是稀土配合物P1-Tb/P1-Eu对不同浓度Tb3+/Eu3+的荧光曲线；
图6是有机硅超支化聚合物P1、配合物P1-Tb、P1-Eu细胞成像图；
图7是配合物P1-Tb和P1-Eu的不同作用时间的细胞成像图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但本发明不受下述实施例的限制。
实施例1 有机硅超支化聚合物P1的合成
将有机硅乙烯基双封头剂（1.86g，0.01mol）和三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸）酯（TTMP，3.98g，0.01mol），以四氢呋喃为溶剂，加入光引发剂2，2-二羟甲基丙酸（DMPA，0.12g），按1：1的比例在紫外光下进行“巯-烯点击”反应生成化合物P1，产率：88 %，其1H NMR图谱见图1，其红外光谱见图2。经GPC凝胶净化系统凝胶色谱测定其重均分子量为7988。
在P1的合成中，有机硅乙烯基双封头剂和三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸）酯按照1:1的计量比首先反应生成AB2式结构，然后继续反应在AB2上接枝生成结构如式（II）示意的超支化聚合物P1，其末端均为巯基：
。
实施例2 有机硅超支化聚合物P2的合成
将有机硅乙烯基双封头剂（3.74g，0.02mol）和三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸）酯（TTMP，3.98g，0.01mol），以四氢呋喃为溶剂，加入光引发剂2，2-二羟甲基丙酸（DMPA，0.15g），按2：1的比例在紫外光下进行“巯-烯点击”反应生成化合物P2，产率：90 %，其1H NMR图谱见图1，其红外光谱见图2。经GPC凝胶净化系统凝胶色谱测定其重均分子量为8192。
在P2的合成中，有机硅乙烯基双封头剂和三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸）酯按照2:1的计量比首先反应生成A2B式结构，然后继续反应在A2B上接枝生成结构如式（III）示意的超支化聚合物P2，其末端均为双键：
。
实施例3 有机硅超支化聚合物P1与P2的荧光光谱
以四氢呋喃为溶剂将实施例1和2中制备的P1与P2溶解并配制成浓度为10 mM的溶液，然后进行荧光扫描（激发波长为360 nm），并测量各体系中荧光强度，建立不同波长下的荧光强度，分别如图3a和b所示：P1和P2均有两个发射峰，峰值均小于450nm。
实施例3 有机硅超支化聚合物P1与Eu3+或Tb3+的配合物的制备
将实施例1中获得的的P1（1g）溶于等质量的四氢呋喃中，分别与0.1g硝酸铕或硝酸铽在常温下搅拌12h，得到配合物P1-Eu或P1-Tb。P1-Tb3+的红外光谱如图4所示。
实施例4 配合物P1-Eu和P1-Tb对不同浓度相应稀土离子的响应
配制浓度为10mM的实施例3中制备的P1-Eu和P1-Tb母液。分别取0.1g、0.2g、0.4g的Eu(NO3)3或Tb(NO3)3加入3mL相应的配合物母液，摇匀30 min后进行荧光检测（P1-Eu：λex =360 nm，λem = 550nm、590 nm、630 nm；P1-Tb：λex = 360 nm, λem =490nm、550nm、590 nm、630 nm），建立不同浓度稀土离子各波长下的荧光强度曲线图，如图5所示，其中a为P1-Eu的曲线，b为P1-Tb的曲线。由图5可以看出，随着Eu、Tb离子浓度的上升，配合物的荧光增强。
实施例5 有机硅超支化聚合物P1、配合物P1-Tb、P1-Eu细胞成像
配制浓度为10mM的实施例3中制备的P1-Eu和P1-Tb母液。将适当密度的HeLa细胞接种到2个灭菌的35 mm成像培养皿中，在CO2培养箱（温度为37 ℃，5 % CO2）中培养，待细胞贴壁后，向培养皿中加入P1-Tb或P1-Eu，使其终浓度均为5μM。继续培养0.5 h，弃掉培养基，用PBS缓冲液冲洗细胞6次，然后进行荧光成像。如图6所示，P1-Eu，P1-Tb可以进HeLa细胞，并将其细胞质进行染色；P1能够产生蓝色荧光信号，P1-Tb能够产生绿色荧光信号，P1-Eu能够产生红色荧光信号。
实施例6 配合物P1-Eu的荧光寿命
配制浓度为10mM的实施例3中制备的P1-Eu母液。将适当密度的HeLa细胞接种到灭菌的35 mm成像培养皿中，在CO2培养箱（温度为37 ℃，5 % CO2）中培养，待细胞贴壁后，向培养皿中加入P1-Eu，使其终浓度均为5μM。继续培养0.5 h，弃掉培养基，用PBS缓冲液冲洗细胞6次，然后在48min内每隔6min进行荧光成像，如图7所示：在48分钟内，细胞内均有红色荧光，其荧光强度几乎没有发生变化，说明P1-Eu的光稳定性非常好。

Claims (10)

1.一种有机硅超支化聚合物，其化学通式如式（I）所示：
式（I）；
其中，
代表 多个重复单元；
A 代表 ；
B 代表 ；
R 同时代表-H或 。
2.根据权利要求1所述的有机硅超支化聚合物，其特征在于，其重均分子量为6000-8000。
3.根据权利要求1或2所述的有机硅超支化聚合物，其特征在于，R同时为-H时，有机硅超支化聚合物在四氢呋喃溶液中的荧光发射峰为409nm和431nm nm；R同时为时，有机硅超支化聚合物在四氢呋喃溶液中的荧光发射峰为413nm和434nm。
4.一种如权利要求1或2所述的有机硅超支化聚合物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
按计量比将有机硅乙烯基双封头剂和三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸）酯溶于四氢呋喃中，加入光引发剂2,2-二羟甲基丙酸，在紫外光下反应，获得有机硅超支化聚合物。
5.根据权利要求4所述的合成方法，其特征在于，有机硅乙烯基双封头剂和三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸）酯的摩尔比1:1或2:1。
6.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于，三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸）酯的用量为0.005-0.012mol。
7.一种如权利要求1所述的有机硅超支化聚合物与稀土元素的配合物，其化学通式为P(Ln)n；
其中，Ln表示稀土元素中的至少一种；P表示有机硅超支化聚合物；n表示与一个有机硅超支化聚合物配合的稀土元素的平均原子数。
8.一种如权利要求7所述配合物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
将有机硅超支化聚合物溶于有机溶剂中，然后加入可溶性稀土盐，常温搅拌反应，得到有机硅超支化聚合物与稀土元素的配合物。
9.根据权利要求8所述的合成方法，其特征在于，有机溶剂为四氢呋喃或甲醇；稀土盐为硝酸盐、硫酸盐、氯化物。
10.一种如权利要求1所述的有机硅超支化聚合物和如权利要求7所述的配合物在细胞成像与检测稀土元素中的应用。
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