基于DAST的三元核壳结构的荧光特性及其生物探针性能研究

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有机荧光纳米材料作为最常见的荧光物质,具有种类丰富、荧光量子产率高、发光颜色可调等许多优势,在生物医药、环境科学等领域有着广泛的应用。然而,传统荧光材料通常在聚集状态下通常出现荧光猝灭的现象,这也是荧光材料研究进程中面临的瓶颈难题。4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(简称DAST)作为一种重要的有机吡啶盐,在聚集态下却可以表现出聚集诱导荧光(Aggregation-Induced Emission,AIE)特性。同时,DAST分子具有良好的亲水性,可以与生物相容性材料结合并应用于生物成像。据此,本文基于DAST的AIE特性设计了一种新型的荧光核壳纳米粒子,并进一步探索其光学特性和潜在的生物成像应用。本文内容主要分为以下几个方面:(1)深入研究DAST溶液的光学吸收与光发射特性。结果表明,DAST水溶液在可见光波段的吸收光谱与发射光谱都仅出现一个峰,而且两种谱峰的峰值差显示出DAST高达164nm的斯托克斯位移。其次,DAST的荧光光谱峰值还表现出随着溶剂极性的增大而红移的趋势。(2)采用超分子包合技术,以β-环糊精(β-Cyclodextrin,β-CD)为主体分子,DAST为客体分子进行包合,并研究DAST@β-CD的荧光特性和包合方式。结果表明,DAST@β-CD水溶液的荧光强度出现增强,并且在Mβ-CD:MDAST=1:6时达到比纯DAST水溶液最高2.5倍的增强。除此之外,DAST@β-CD水溶液在荧光增强的同时还出现发射峰蓝移。这些特性可以归因于β-CD对DAST扭曲内电荷转移特性的抑制作用。此外,DAST和DAST@β-CD的傅里叶红外光谱结果表明,DAST分子的二甲氨基连同苯乙烯基疏水部分进入了β-CD分子的空腔,进而形成包合。(3)采用反相微乳液法分别制备了新型的二元DAST@SiO2和三元DAST@β-CD@SiO2两种核壳纳米微球。由于DAST的聚集诱导发射特性,两种核壳微球的荧光强度均表现出大幅度的增强。最终产物二元DAST@SiO2核壳纳米微球的荧光强度相比纯DAST水溶液的增强了22.6倍,三元DAST@β-CD@SiO2核壳纳米微球增强达38.6倍,而且二者均表现出荧光寿命的延长和发射峰的蓝移。(4)利用经过(3)制备的二元和三元核壳纳米微球,分别进行了细胞毒性和体外细胞成像测试。结果表明,在所有测试浓度下,DAST@β-CD@SiO2微球的细胞毒性均远低于单纯的DAST,同时在细胞成像中发出明亮且稳定的荧光。这一结果揭示了这种基于DAST的新型核壳纳米微球在生物成像领域的巨大应用前景。
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