一种细胞外比率型氧传感探针及其制备方法和应用技术

技术编号:15320119 阅读:181 留言:0更新日期:2017-05-16 02:49
本发明专利技术提供一种比率型氧传感探针及其制备方法和应用,所述比率型氧传感探针包括载体和包裹在载体中的氧敏感化合物,所述载体由两亲性接枝聚合物和连接在所述两亲性接枝聚合物上的聚集诱导发光基团构成。本发明专利技术的比率型氧传感探针可以测量大肠杆菌和GM12878人B淋巴细胞在不同细胞浓度下的氧消耗情况,同时其可以在7小时内原位测量至少100cfu/mL的细菌,还可用于药物筛选,并且其无细胞毒性,安全可靠。此外,由于PtTFPP探针胶束表现出极高的量子效率,而且这种氧传感探针可以进行水溶液中氧含量测量,因此可以广泛运用于一些类似于酶标仪等的商用仪器,能够为高通量测量、疾病诊断和新陈代谢研究提供帮助。

Extracellular ratio type oxygen sensing probe, preparation method and application thereof

The invention provides a ratio type oxygen sensor probe and preparation method and application thereof, wherein the ratio of oxygen sensing probe comprises a carrier and a parcel in the carrier of oxygen sensitive compound, wherein the carrier is composed of two amphiphilic graft polymers and connected to the two amphiphilic graft polymers on the aggregation induced emission groups. The ratio of oxygen sensing probe of the invention can consume oxygen in different cell concentration measurement of Escherichia coli GM12878 and B lymphocytes, and it can be within 7 hours of in situ measurement of at least 100cfu/mL bacteria, but also can be used for drug screening, and its cell toxicity, safe and reliable. In addition, the PtTFPP probe micelles exhibit extremely high quantum efficiency, and the oxygen sensing probe can measure the oxygen content in the aqueous solution, so it can be widely used in some similar to the microplate reader. The commercial instrument, can provide help for high-throughput measurement, diagnosis of disease and metabolic research.

【技术实现步骤摘要】
一种细胞外比率型氧传感探针及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米医用材料领域,涉及一种比率型氧传感探针及其制备方法和应用,尤其涉及一种细胞外比率型氧传感探针及其制备方法和应用。
技术介绍
氧气对于环境、海洋、农业、工业、健康等来说是非常重要的元素。在生物领域,氧气在耗氧细胞核组织中作为一个关键的基本物质,在包含能量生产、能量平衡和生物质生成等许多核心细胞生理和发育过程中扮演了极为重要的角色。作为电子受体,氧气对于在线粒体和ATP生产中的电子转移(ETC)功能是至关重要的。至始至终,氧气有效性和/或利用性会导致病理和疾病态,因此,其代表了医疗诊断和基础研究的重要目标。例如,它已经被证实在低氧状态(缺氧态)下会直接或间接地对基因表达调控产生的影响,这可致使恶性肿瘤更具有转移性和耐药性。癌细胞中从有氧化磷酸化作用到有氧酵解的新陈代谢转换(瓦尔保效应)是一个新兴的癌症标记之一。氧化已被证明在心血管缺血和再灌注损伤中的组织生存和再生下起到决定性作用。缺氧已被证实是不同疾病中的重要因素,其中包括阿尔茨海默症、炎症、心脏病、中风、慢性肺病和癌症。这些疾病导致了美国60%的死亡率。因此,实时测量细胞氧气的能力对进一步了解细胞氧化动力学、线粒体活动和能量生产及生物质合成内平衡是十分重要的。此外,细胞呼吸关乎细胞活性,因此它也可以通过细胞呼吸测量实现高通量药物筛选。液态、光纤、水凝胶、溶胶凝胶、聚合物薄膜、微纳米颗粒等各种形式的氧传感器得到了长足的发展,同时一些最新的综述也得到了发表。为了进一步了解氧气测量和细胞新陈代谢,一些基于光学氧传感器先进的、商业化的仪器已经得到了发展。例如,海马生物科技(SeahorseBioscience)为细胞呼吸和细胞外酸化测量研发了XF96新陈代谢测量仪。XF96仪器中的传感器是属于一种溶胶的传感器。为了测量细胞呼吸和酸化,海马的XF仪器运用了一个特别的芯片设计以获得高通量分析细胞外pH和氧气测量。为了获得高通量分析,如果材料可以很容易被运用在许多商业仪器中,这就能使得许多研究人员和科学研究受益。因此,如果这些探针/传感器可以溶解或悬浮在细胞培养基中,这些材料可能是一类理想的材料以获得简便的运用及高通量应用。为了简单化,我们统一将这类探针/传感器命名为液态探针/传感器。许多运用有机化合物、大分子和/或纳米颗粒的液态氧传感器探针/传感器得到了发展。在这些探针/传感器中,虽然有很多是针对细胞内氧测量的;一些液态传感器被验证可以作为细胞外传感器,并且运用在细胞呼吸和线粒体活性测量当中。Papkovsky等人将含有异氰酸盐的卟啉铂(II)(platinum(II)-coproporphyrin,PtCP)与牛血清蛋白(BSA)、氨基聚乙二醇(amino-PEG)、氨基-葡聚糖(amino-dextran)结合以构建大分子探针。Papkovsky也报道了包含八乙基卟啉铂(II)(platinum(II)-octaethylporphine,PtOEP)和铂(II)-八乙基卟啉酮(platinum(II)-octaethylporphine-ketone,PtOEPK)的单分散聚苯乙烯/二乙烯苯(polystyrene/divinylbenzene)纳米颗粒。这两种大分子氧传感器和纳米颗粒传感器对大肠杆菌都具有细胞不可渗透性。这些特征使得这些水溶性传感器成为了理想的细胞外传感器。Borisov等人报道了一种含有五氟四苯基卟啉铂(PtTFPP)的聚苯乙烯-嵌段-聚乙烯吡咯烷酮胶束,同时研究了其在水溶液中的氧气响应,作者证实这些胶束拥有大约为250nm的平均直径,并且对大肠杆菌具有不可渗透性。为了传感,量子效率是必须关注的。一些由金属卟啉(PtCPK、PtCP、PdCPK或PtTCPP)制备的亲水氧探针展现了0.001到0.0095的极低的量子效率。为了获得高量子效率,赋予氧传感器以新的特性,Vinogradov等人展现了一系列树枝状氧传感器。这些树枝状传感器的核心是铂卟啉,而外壳是疏水的。在这些探针中,磷光金属卟啉被转载进疏水的树枝中,这就形成了一个保护层包裹住了发色团,控制氧转变为三线态同时能够控制方法的灵敏性。树枝状外围的PEGylation或carboxylication确保了较高的水溶性,同时又防止了探针与生物大分子之间的相互作用。最终,含有卟啉的树枝状量子效率提升到了0.017到0.073。本课题组曾进行了一个不定型嵌段共聚物的研究(参见FengyuSu等,NanostructuredOxygenSensor-UsingMicellestoIncorporateaHydrophobicPlatinumPorphyrin,PLOSONE,第7卷第3期,2012年5月),用纳米胶束装载着一个高效但极度疏水的PtTFPP氧探针,确保了PtTFPP可以运用在水溶液中并拥有0.107到0.111的量子效率。另一方面,最近,一种含有聚集诱导发光(AIE)的新式荧光素得到了发展。AIE荧光素在聚集态展现了很高的量子效率。考虑到分子内旋转可以大大地影响激发态的辐射与非辐射再复合过程,受限分子内旋转被认为是AIE效应较为可能的机制。在生物研究领域,AIE荧光素也被广泛用作DNA、肝素、二氧化碳、葡萄糖和生物成像的传感器。因此,在本领域,期望能够运用AIE荧光素结合PtTFPP来开发一种新型的比率型氧传感探针。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种比率型氧传感探针及其制备方法和应用,特别是提供一种细胞外比率型氧传感探针及其制备方法和应用。为达到此专利技术目的,本专利技术采用以下技术方案:本专利技术提供一种比率型氧传感探针,所述比率型氧传感探针包括载体和包裹在载体中的氧敏感化合物,所述载体由两亲性接枝聚合物和连接在所述两亲性接枝聚合物上的聚集诱导发光基团(AIE基团)构成。优选地,所述聚集诱导发光基团连接在两亲性接枝聚合物的疏水支链末端;优选地,所述聚集诱导发光基团连接在两亲性接枝聚合物的主链上形成从主链上接出的聚集诱导发光分子支链。优选地,所述载体为具有式I或式II所示的聚合物:式I中,R1和R2独立地为H、C1-C5烷基或R-CN,R为C1-C5亚烷基或不存在;R3为疏水聚合物基团;R4为亲水性基团;A为聚集诱导发光基团;0<x<1,0<y<1,且x+y=1;m为10-1000的整数;式II中,R1、R2和R5独立地为H、C1-C5的烷基或R-CN,R为C1-C5的亚烷基或不存在;R3为疏水聚合物基团;R4为亲水基团;A为聚集诱导发光分子基团;0<x1<1,0<x2<1,0<y<1,且x1+x2+y=1;m为10-1000的整数。在本专利技术中,所述C1-C5烷基可以为C1、C2、C3、C4或C5烷基,优选甲基或乙基。在本专利技术中,所述C1-C5亚烷基可以为C1、C2、C3、C4或C5亚烷基,优选亚甲基或亚乙基。在本专利技术中,所述疏水聚合物基团是指带有疏水聚合物片段结构的基团,所述疏水聚合物片段结构使得疏水聚合物基团呈现疏水性,构成本专利技术所述两亲性接枝聚合物的疏水支链。在本专利技术中,所述亲水性基团构成本专利技术所述两亲性接枝聚合物的亲水支链。优选地,在式I中R3为其中n1为10-300的整数,例如n可以为10、12、15、18本文档来自技高网
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一种细胞外比率型氧传感探针及其制备方法和应用

【技术保护点】
一种比率型氧传感探针,其特征在于,所述比率型氧传感探针包括载体和包裹在载体中的氧敏感化合物,所述载体由两亲性接枝聚合物和连接在所述两亲性接枝聚合物上的聚集诱导发光基团构成。

【技术特征摘要】
1.一种比率型氧传感探针,其特征在于,所述比率型氧传感探针包括载体和包裹在载体中的氧敏感化合物,所述载体由两亲性接枝聚合物和连接在所述两亲性接枝聚合物上的聚集诱导发光基团构成。2.根据权利要求1所述的比率型氧传感探针,其特征在于,所述聚集诱导发光基团连接在两亲性接枝聚合物的疏水支链末端;优选地,所述聚集诱导发光基团连接在两亲性接枝聚合物的主链上形成从主链上接出的聚集诱导发光分子支链。3.根据权利要求1或2所述的比率型氧传感探针,其特征在于,所述载体为具有式I或式II所示的聚合物:式I中,R1和R2独立地为H、C1-C5烷基或-R-CN,R为C1-C5亚烷基或不存在;R3为疏水聚合物基团;R4为亲水性基团;A为聚集诱导发光基团;0<x<1,0<y<1,且x+y=1;m为10-1000的整数;式II中,R1、R2和R5独立地为H、C1-C5的烷基或-R-CN,R为C1-C5的亚烷基或不存在;R3为疏水聚合物基团;R4为亲水基团;A为聚集诱导发光分子基团;0<x1<1,0<x2<1,0<y<1,且x1+x2+y=1;m为10-1000的整数。4.根据权利要求3所述的比率型氧传感探针,其特征在于,在式I中R3为其中n1为10-300的整数,n2为10-300的整数;优选地,在式I中R4为中的任意一种,p为1-100;优选地,在式I中A为Ra为C1-C8的直链烷基或支链烷基,Rb为C1-C8的直链亚烷基或支链亚烷基;优选地,所述载体为具有以下式a-d所示结构的两亲性接枝聚合物中的一种或至少两种的组合:在式a中,A为0<x<1,0<y<1,且x+y=1;m为10-1000的整数;在式b中,A为0<x<1,0<y<1,且x+y=1;m为10-1000的整数;在式c中,A为0<x<1,0<y<1,且x+y=1;m为10-1000的整数;在式d中,A为0<x<1,0<y<1,且x+y=1;m为10-1000的整数;优选地,在式II中R3为中的任意一种,其中R6为H、取代的或未取代的C1-C12的直链烷基或取代的或未取代的C1-C12的支链烷基;q为1-300的整数;优选地,在式II中R4为中的任意一种,p为1-100;优选地,在式II中A为中的任意一种,其中R7、R8、R9和R10独立地选自C1-C8的直链烷基或支链烷基,优选甲基、乙基或丙基,X为Cl或Br;优选地,所述载体为具有以下式e或式f所示结构的两亲性接枝聚合物或两者的组合:在式e中,A为0<x1<1,0<x2<1,0<y<1,且x1+x2+y=1;m为10-1000的整数;在式f中,A为0<x1<1,0<x2<1,0<y<1,且x1+x2+y=1;m为10-1000的整数。5.根据权利要求1-4中任一项所述的比率型氧传感探针,其特征在于,所述氧敏感化合物为五氟四苯基卟啉铂。6.根据权利要求1-5中任一项所述的比率型氧传感探针的制备方法,其特征在于,所述方法为:制备得到连接有聚集诱导发光基团的两亲性接枝聚合物载体,利用所述两亲性接枝聚合物载体进行自组装包裹氧敏感化合物得到所述比率型氧传感探针。7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述连接有聚集诱导发光基团的两亲性接枝聚合物载体为具有式I或式II所示的聚合物;优选地,式I所示的聚合物的制备方法包括以下步骤:(1)以聚集诱导发光分子A-OH为引发剂引发疏水单体B发生聚合反应,得到连接有聚集诱导发光分子基团A的疏水聚合物A-R3-H,反应式如下:A-OH+B→A-R3-H(2)将步骤(1)得到的疏水聚合物A-R3-H与式III所示酰氯化合物反应得到式IV所示疏水聚合物单体,反应式如下:(3)将步骤(2)得到的式IV所示疏水聚合物单体与式V所示亲水单体发生聚合反应得到式I所示聚合物,反应式如下:优选地,步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员:田颜清邹贤劭潘婷婷蒋嘉培
申请(专利权)人:南方科技大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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