荧光高分子在生物成像中的应用.docx

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1、荧光高分子在生物成像中的应用摘要：生物荧光成像技术在生命科学、医学及相关交叉领域具有重要应用与广阔前景。荧光材料主要分为无机纳米荧光材料、有机小分子荧光材料和有机高分子荧光材料。目前，这三类荧光材料在生物成像方面均有一定的研究与使用，比如Zn2+型探针、荧光共振能量转移（FluorescenceResonanceEnergyTransfer,FRET）探针、荧光蛋白等[1]。本文将对有机高分子荧光材料及其在生物成像中的应用进行介绍。关键词：荧光高分子生物成像生物标记直接在活体细胞内研究细胞内分子

2、或器官的生物意义是后基因组时代的一个巨大挑战。如果可以将细胞内的分子或体内器官进行可视化，则可以直接研究其生化活动与功能。生物成像技术（BiologicalImaging）是近年来发展起来的一项分子、基因表达的分析检测系统。利用荧光探针（FluorescentProbe），对特定分子或器官进行标记，利用灵敏的检测方法，让研究人员能够直接监控活体生物体内肿瘤的生长及转移、感染性疾病发展过程、特定基因的表达等生物学过程。传统的动物实验方法需要在不同的时间点宰杀实验动物以获得数据，得到多个时间点的实验

3、结果。相比之下，可见光体内成像通过对同一组实验对象在不同时间点进行记录，跟踪同一观察目标（标记细胞及基因）的移动及变化，所得的数据更加真实可信。因其操作极其简单、所得结果直观、灵敏度高等特点，已广泛应用于生命科学、医学研究及药物开发等方面。1荧光材料简介荧光材料主要分为三类：无机荧光纳米粒子、有机荧光小分子和有机荧光高分子。前两种均属于在实际应用中，小分子荧光化合物有一定的局限性：首先，当小分子荧光材料溶解到待测溶液中形成均相体系时，可能对待测体系产生污染，不能再作它用；第二，小分子荧光化合物溶

4、解于考察体系后，难以提取分离，不具有重复多次的使用性；第三，一些小分子荧光化合物的非水溶性及毒副作用，限制了其在生命科学、医学等领域中的应用；第四，小分子荧光化合物难以制作光学器械，难以使其与光学仪器结合，限制了实现自动化检测。这些缺点也或多或少地影响了其作为探针在生物成像中的应用。新型荧光高分子材料是当前材料学科研究的热点。随着高分子科学的飞速发展，具有特殊光、电、磁性质的功能高分子不断被研发出来。Wolff和Pressley等于1965年便研制出了以高分子为基质的稀土荧光材料，引起了人们广泛

5、的兴趣。随后，许多科研工作者对以高分子为基质的荧光材料及其应用进行了更为深入的研究。目前，该领域的研究工作三个方面：（1）直接采用有荧光的单体分子进行聚合；（2）将高分子溶解以后，与荧光分子（主要是无机稀土离子及其配合物）混合，然后除去溶剂；（3）在具有功能基团的聚合物侧链上面嫁接小的荧光分子，或在功能单体上面嫁接小的荧光分子，然后再进行聚合反应。相对荧光小分子而言，荧光高分子作为一种新型功能材料具有其非常优越的性能：（1）生色团以化学键结合在高分子中，不容易脱落；（2）生色团分布均匀，含量稳定

6、，发光性能和光导性能良好；（3）应用于生物成像中，其毒副作用较小。荧光聚合物是把小分子荧光化合物引入聚合物侧链、链端或通过荧光功能单体的聚合制备的。自1960年代以来，相继已有文献报道，其研究涉及材料科学、生命科学、医学和化学等研究领域。一些具有良好机械性能、易成膜和加工方便的荧光聚合物在材料科学研究领域中受到极大关注；而一些具有良好水溶性的荧光聚合物在生命科学和医学等研究领域受到了更多的关注。[2]2荧光高分子在生物医学领域中的应用2.1荧光探针方面的应用荧光探针是利用荧光探针化合物的光物理和

7、光化学特征，在分子水平上研究某些体系内（如细胞内）物理或化学变化过程的机理、动力学以及某种特殊环境的物理化学特征或某种材料或化合物的结构、构象及其物理化学性质的方法。赵艺强等人发明了一种用于荧光标记的高分子微球，此高分子微球具有三种尺寸：纳米级高分子微球是5-60nm，亚微米高分子微球尺寸是60nm-1μm，微米级高分子微球是1μm-20μm，在上述高分子微球上吸附或者化学键合有荧光染料分子或荧光探针分子，该类高分子微球可用于生物分子研究中的荧光探针，实现了荧光信号的可控放大。[3]Wu等合成的

8、带有碳酰肼识别基团的水溶性聚合物与DNA有较好的相互作用，在DNA荧光探针方面具有潜在的应用价值。[4]Wang等圈用单链DNA和平面的有机荧光团合成了可折叠的带有DNA序列的荧光聚合物，如下图1。当聚合物与含有不匹配碱基对的聚核苷酸结合时，荧光光谱的变化反映出聚核苷酸构象的变化，该荧光聚合物可作为DNA荧光探针。[5]图1带有DNA序列的荧光聚合物2.2组织工程和生物成像方面的应用新开发的人造荧光聚合物有可能让科学家监测培养的组织的生长情况。尽管荧光染色和量子点被广泛用于组织工程和生物成像研究