一种程序控制组装的荧光聚合囊泡及其制备方法转让专利
申请号 : CN201510885311.5
文献号 : CN105418947B
文献日 : 2018-02-13
发明人 : 郭东升 , 彭姝 , 潘雨辰
申请人 : 南开大学
摘要 :
一种程序控制组装的荧光聚合囊泡，以胆碱联二炔和聚乙二醇联二炔为起始原料构筑动态胶束，再以丁酰胆碱酯酶与胆碱联二炔之间发生酶反应，酶反应生成的联二炔酸和聚乙二醇联二炔可形成动态囊泡；该动态囊泡在254纳米光照条件下聚合生成蓝色的交联囊泡，之后在37℃条件下升温15分钟可得到红色聚合物荧光囊泡。本发明的优点是：这种程序控制的荧光聚合囊泡的构筑理念和逻辑门概念异曲同工，逻辑门概念已被广泛用于传感领域，但在构筑自组装材料领域还鲜少出现，而生命体中的组装过程往往都是在多个外界刺激共同作用下完成的，因此该程序控制组装的荧光聚合囊泡在构筑仿生材料领域有着巨大的应用价值。
权利要求 :
1.一种程序控制组装的荧光聚合囊泡，其特征在于：以胆碱联二炔和聚乙二醇联二炔为起始原料构筑动态胶束，再以丁酰胆碱酯酶与胆碱联二炔之间发生酶反应，酶反应生成的联二炔酸和聚乙二醇联二炔可形成动态囊泡；该动态囊泡在254纳米光照条件下聚合生成蓝色的交联囊泡，之后在37℃条件下升温15分钟可得到红色聚合物荧光囊泡；上述构筑单元的结构如下：
2.一种如权利要求1所述程序控制组装的荧光聚合囊泡的制备方法，其特征在于步骤如下：
1)将胆碱联二炔和聚乙二醇联二炔以9∶1的摩尔比进行混合，将pH为7.2的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液加入上述混合物中并使溶液中联二炔结构单元浓度为0.2mM，将该溶液在60℃条件下超声30分钟，得到均一的无色澄清溶液，制得胆碱联二炔和聚乙二醇联二炔共同构筑的动态胶束溶液；
2)向上述胆碱联二炔和聚乙二醇联二炔共同构筑的动态胶束溶液中加入5U/mL丁酰胆碱酯酶，在37℃条件下孵化2天以确保酶反应进行完全，然后在4℃温度下静置8-10小时后保存备用；
3)将上述孵化后动态囊泡溶液放在紫外灯下，室温条件照射5分钟，得到蓝色的聚联二炔酸囊泡溶液，将蓝色聚联二炔酸囊泡溶液置于37℃条件下15分钟即可得到红色荧光聚合物囊泡。
说明书 :
一种程序控制组装的荧光聚合囊泡及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于纳米超分子材料技术领域，特别是一种程序控制组装的荧光聚合囊泡及其制备方法。
背景技术
[0002] 可控自组装是生命体中的普遍现象，其是生命体构筑高级功能模块所必要的过程。【1)G.M.Whitesides,J.P.Mathias and C.T.Seto,Science,1991,254,1312-1319；2)R.M.Capito,H.S.Azevedo,Y.S.Velichko,A.Mata and S.I.Stupp,Science,2008,319,1812-1816.】近十年来，受到生物体内蛋白、DNA等复杂自组装过程的启发，科学家们在实验室中对刺激响应自组装过程进行了深入的研究。【1)E.Gazit,Nat.Chem.,2010,2,1010-
1011；2)E.Mattia and S.Otto,Nat.Nanotechnol.,2015,10,111-119；3)J.F.Stoddart,Nat.Chem.,2009,1,14-15；4)J.M.Lehn,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,2002,99,4763-
4768；5)N.Giuseppone,Acc.Chem.Res.,2012,45,2178-2188.】近年来，模拟生命科学研究日渐重要，科学家们也成功将可控自组装从实验室转移到活细胞内，甚至还成功实现了哺乳动物生物体内自组装。【1)Y.Gao,J.Shi,D.Yuan and B.Xu,Nat.Commun.,2012,3,1033；
2)G.Liang,H.Ren and Rao,J.Nat.Chem.,2010,2,54-60；3)D.Ye,G.Liang,M.L.Ma and J.Rao,Angew.Chem.Int.Ed.,2011,50,2275-2279；4)D.Ye,A.J.Shuhendler,L.Cui,L.Tong,S.S.Tee,G.Tikhomirov,D.W.Felsher and J.Rao,Nat.Chem.,2014,6,519-526.】而活细胞甚至是活体内的可控自组装的成功将为生物成像、药物传输以及组织工程等领域开启一扇新的大门。【1)A.Puri and R.Blumenthal,Acc.Chem.Res.,2011,44,1071-1079；
2)A.Norouzy,Z.Azizi and W.M.Nau,Angew.Chem.Int.Ed.,2015,54,792-795；3)X.Ma andY.L.Zhao,Chem.Rev.,2015,115,7794-7839.】程序控制的自组装是一种优势的方法去控制在复杂生理环境中发生的自组装过程。【1)F.Wang,C.H.Lu and I.Willner,Chem.Rev.,2014,114,2881-2941；2)J.Guo,J.M.Zhuang,F.Wang,K.R.Raghupathi and S.Thayumanavan,J.Am.Chem.Soc.,2014,136,2220-2223.】这种程序控制的自组装和逻辑门的概念具有异曲同工的作用。逻辑门概念已被广泛用于传感领域，但在构筑自组装材料领域还鲜少出现。而生命体中的组装过程往往都是在多个外界刺激共同作用下完成的。因此，程序自组装方法在构筑仿生材料领域有着巨大的应用价值。【1)J.B.Beck and S.J.Rowan,J.Am.Chem.Soc.,2003,125,13922-13923；2)Q.Zhao,J.W.Dunlop,X.Qiu,F.Huang,Z.Zhang,J.Heyda,J.Dzubiella,M.Antonietti and J.Yuan,Nat.Commun.,2014,
5,4293.】
1011；2)E.Mattia and S.Otto,Nat.Nanotechnol.,2015,10,111-119；3)J.F.Stoddart,Nat.Chem.,2009,1,14-15；4)J.M.Lehn,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,2002,99,4763-
4768；5)N.Giuseppone,Acc.Chem.Res.,2012,45,2178-2188.】近年来，模拟生命科学研究日渐重要，科学家们也成功将可控自组装从实验室转移到活细胞内，甚至还成功实现了哺乳动物生物体内自组装。【1)Y.Gao,J.Shi,D.Yuan and B.Xu,Nat.Commun.,2012,3,1033；
2)G.Liang,H.Ren and Rao,J.Nat.Chem.,2010,2,54-60；3)D.Ye,G.Liang,M.L.Ma and J.Rao,Angew.Chem.Int.Ed.,2011,50,2275-2279；4)D.Ye,A.J.Shuhendler,L.Cui,L.Tong,S.S.Tee,G.Tikhomirov,D.W.Felsher and J.Rao,Nat.Chem.,2014,6,519-526.】而活细胞甚至是活体内的可控自组装的成功将为生物成像、药物传输以及组织工程等领域开启一扇新的大门。【1)A.Puri and R.Blumenthal,Acc.Chem.Res.,2011,44,1071-1079；
2)A.Norouzy,Z.Azizi and W.M.Nau,Angew.Chem.Int.Ed.,2015,54,792-795；3)X.Ma andY.L.Zhao,Chem.Rev.,2015,115,7794-7839.】程序控制的自组装是一种优势的方法去控制在复杂生理环境中发生的自组装过程。【1)F.Wang,C.H.Lu and I.Willner,Chem.Rev.,2014,114,2881-2941；2)J.Guo,J.M.Zhuang,F.Wang,K.R.Raghupathi and S.Thayumanavan,J.Am.Chem.Soc.,2014,136,2220-2223.】这种程序控制的自组装和逻辑门的概念具有异曲同工的作用。逻辑门概念已被广泛用于传感领域，但在构筑自组装材料领域还鲜少出现。而生命体中的组装过程往往都是在多个外界刺激共同作用下完成的。因此，程序自组装方法在构筑仿生材料领域有着巨大的应用价值。【1)J.B.Beck and S.J.Rowan,J.Am.Chem.Soc.,2003,125,13922-13923；2)Q.Zhao,J.W.Dunlop,X.Qiu,F.Huang,Z.Zhang,J.Heyda,J.Dzubiella,M.Antonietti and J.Yuan,Nat.Commun.,2014,
5,4293.】
发明内容
[0003] 本发明的目的是针对上述技术分析和存在问题，提供一种程序控制组装的荧光聚合囊泡及其制备方法，该荧光聚合囊泡囊泡在254纳米光照条件下聚合生成蓝色的交联囊泡，之后在37℃条件下升温15分钟可得到红色聚合物荧光囊泡；这种程序控制的荧光聚合囊泡的构筑理念和逻辑门概念异曲同工，逻辑门概念已被广泛用于传感领域，但在构筑自组装材料领域还鲜少出现，而生命体中的组装过程往往都是在多个外界刺激共同作用下完成的，因此该程序控制组装的荧光聚合囊泡在构筑仿生材料领域有着巨大的应用价值。。
[0004] 本发明的技术方案：
[0005] 一种程序控制组装的荧光聚合囊泡，以胆碱联二炔和聚乙二醇联二炔为起始原料构筑动态胶束，再以丁酰胆碱酯酶与胆碱联二炔之间发生酶反应，酶反应生成的联二炔酸和聚乙二醇联二炔可形成动态囊泡；该动态囊泡在254纳米光照条件下聚合生成蓝色的交联囊泡，之后在37℃条件下升温15分钟可得到红色聚合物荧光囊泡。
[0006] 一种所述程序控制组装的荧光聚合囊泡的制备方法，步骤如下：
[0007] 1)将胆碱联二炔和聚乙二醇联二炔以9∶1的摩尔比进行混合，将pH为7.2的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液加入上述混合物中并使溶液中联二炔结构单元浓度为0.2mM，将该溶液在60℃条件下超声30分钟，得到均一的无色澄清溶液，制得胆碱联二炔和聚乙二醇联二炔共同构筑的动态胶束溶液；
[0008] 2)向上述胆碱联二炔和聚乙二醇联二炔共同构筑的动态胶束溶液中加入5U/mL丁酰胆碱酯酶，在37℃条件下孵化2天以确保酶反应进行完全，然后在4℃温度下静置8-10小时后保存备用；
[0009] 3)将上述孵化后动态囊泡溶液放在紫外灯下，室温条件照射5分钟，得到蓝色的聚联二炔酸囊泡溶液，将蓝色聚联二炔酸囊泡溶液置于37℃条件下15分钟即可得到红色荧光聚合物囊泡。
[0010] 本发明的优点是：本发明以胆碱联二炔和聚乙二醇联二炔为起始原料构筑动态胶束，再以丁酰胆碱酯酶与胆碱联二炔之间发生酶反应，酶反应生成的联二炔酸和聚乙二醇联二炔可形成动态囊泡；该动态囊泡在254纳米光照条件下聚合生成蓝色的交联囊泡，之后在37℃条件下升温15分钟可得到红色聚合物荧光囊泡。这种程序控制的荧光聚合囊泡的构筑理念和逻辑门概念异曲同工，逻辑门概念已被广泛用于传感领域，但在构筑自组装材料领域还鲜少出现，而生命体中的组装过程往往都是在多个外界刺激共同作用下完成的，因此该程序控制组装的荧光聚合囊泡在构筑仿生材料领域有着巨大的应用价值。
附图说明
[0011] 图1为该程序控制组装的荧光聚合囊泡的构筑过程示意图。
[0012] 图2为酶反应底物与不同状态的酶反应产物的紫外吸收光谱。
[0013] 图3为聚联二炔酸升温前后的荧光光谱图。
[0014] 图4为酶反应底物与不同状态的酶反应产物的动态光散射图。
[0015] 图5为联二炔酸和聚乙二醇联二炔酸构筑的动态囊泡和光照后生成的聚合物囊泡的高分辨透射电子显微镜图像。
[0016] 图6为以胆碱联二炔和聚乙二醇联二炔为底物构筑的动态胶束程序控制组装过程的紫外吸收光谱。
[0017] 图7为该荧光聚合囊泡构筑单元的结构示意图。
具体实施方式
[0018] 实施例：
[0019] 一种程序控制组装的荧光聚合囊泡，以胆碱联二炔和聚乙二醇联二炔为起始原料构筑动态胶束，再以丁酰胆碱酯酶与胆碱联二炔之间发生酶反应，酶反应生成的联二炔酸和聚乙二醇联二炔可形成动态囊泡；该动态囊泡在254纳米光照条件下聚合生成蓝色的交联囊泡，之后在37℃条件下升温15分钟可得到红色聚合物荧光囊泡，上述构筑单元的结构如图7所示；
[0020] 其制备方法步骤如下：
[0021] 1)将胆碱联二炔和聚乙二醇联二炔以9∶1的摩尔比进行混合，将pH为7.2的4-羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液加入上述混合物中使得溶液中联二炔结构单元浓度为0.2mM，将该溶液在60℃条件下超声30分中，得到均一的无色澄清溶液，制得胆碱联二炔和聚乙二醇联二炔共同构筑的动态胶束溶液；
[0022] 2)向上述胆碱联二炔和聚乙二醇联二炔共同构筑的动态胶束溶液中加入5U/ml丁酰胆碱酯酶，在37℃条件下孵化2天以确保酶反应进行完全，然后在4℃温度下静置8-10小时后保存备用；
[0023] 3)将上述孵化后动态囊泡溶液放在紫外灯下，室温条件照射5分钟即可得到蓝色的聚联二炔酸囊泡溶液，再将蓝色聚联二炔酸囊泡溶液至于37℃条件下15分钟即可得红色荧光聚合物囊泡。
[0024] 图1为该程序控制组装的荧光聚合囊泡的构筑过程示意图。
[0025] 该程序控制组装的荧光聚合囊泡的检测分析：
[0026] 1)程序控制组装的荧光聚合囊泡构筑的可行性评价
[0027] 首先通过测量酶反应底物及产物的紫外吸收光谱来确定程序构筑荧光聚合物囊泡的可行性。如图2所示，酶反应底物胆碱联二炔在波长350纳米以上并无紫外吸收，对该溶液进行254纳米紫外光照使其聚合测定聚胆碱联二炔紫外吸收，我们仍然没有观察到波长350纳米以上的紫外吸收。接着我们测定了酶反应底物联二炔酸的紫外吸收光谱，我们观察到了其吸收谱线在整个测量区间都发生了上移，这是由生成大粒径的组装体造成的。而当我们对酶反应底物联二炔酸溶液进行254纳米紫外光照射处理后，我们可以观察到溶液由无色变成亮蓝色，同时在紫外吸收光谱上观察到了该溶液在波长634纳米处聚联二炔酸的特征吸收峰。最后我们将蓝色聚联二炔酸溶液至于37℃条件下15分钟，即可得到红色的聚联二炔酸溶液，测量该溶液的紫外吸收光谱，可以清楚的看到波长538纳米处的红色联二炔酸的特征吸收峰。
[0028] 图3是两种聚联二炔酸在550纳米激发波长条件下得到的荧光光谱，从荧光光谱上可以明显的看出蓝色的聚联二炔酸是没有荧光性质的，而红色的联二炔酸则具有强的荧光性质。
[0029] 2)程序控制组装的荧光聚合囊泡的形貌表征
[0030] 图4是酶反应产物与酶反应底物以及加热处理后酶反应产物的动态光散射图。图4结果显示，酶反应前，反应底物胆碱联二炔构成的动态胶束的粒径大小只有6纳米。而酶反应产物联二炔酸在溶液中可以形成大的囊泡结构，光散射结果显示该囊泡的粒径为242纳米。紫外光照联二炔酸囊泡构成的蓝色聚联二炔酸囊泡粒径大小与联二炔酸囊泡粒径基本相同，有215纳米。37℃条件下15分钟后，蓝色的聚联二炔酸囊泡转变为红色的聚联二炔酸囊泡，其粒径仍然维持在200纳米左右，有242纳米。
[0031] 图5是联二炔酸囊泡和聚联二炔酸囊泡的低温透射电镜图，图中我们可以清楚的观察到组装体的囊泡，且粒径均保持在200纳米左右。
[0032] 3)程序控制组装的荧光聚合囊的构筑
[0033] 图6是用紫外光谱监测的程序自组装过程，由酶反应底物胆碱联二炔构筑的胶束在波长350纳米以上并无紫外吸收，经过2天的酶反应，生成的反应产物(联二炔酸)的吸收谱线在整个测量区间都发生了上移，这表明2天的酶反应使得体系中出现了大的组装形貌，即联二炔酸囊泡。接着对该溶液进行5分钟的紫外光照处理，我们得到了蓝色的聚联二炔酸囊泡溶液，并且从紫外光谱上观察到了其在波长634纳米处的特征吸收峰。最后对溶液进行升温处理，在37℃条件下处理该溶液15分钟，我们得到了红色的聚联二炔酸溶液，我们同样也在紫外光谱上观察到了红色聚联二炔酸在波长538纳米处的特征吸收。按照我们设计的程序(酶—光—升温)进行，我们可以得到荧光聚合物囊泡。但如果改变我们的程序设计，我们将不能成功制备荧光聚合物囊泡。如图6所示，当我们先对胆碱联二炔溶液进行光照处理，再进行酶反应，从紫外吸收光谱上我们没有观测到蓝色聚联二炔酸的特征吸收峰，再对该溶液进行紫外光照处理我们仍然不能获得蓝色的聚联二炔酸溶液。