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摘 要

在本文中，我们合成了一种新颖的荧光探针作为信号发生元件，通过利用纳米材料的高负载率来增大信号响应。采用树枝状高聚物的反应，在二氧化硅表面形成致密的聚合物，使得信号进一步的富集。实验以宫颈癌细胞（Hela）作为研究模型，用于细胞表面糖基生物成像研究。首先在纳米二氧化硅表面固定3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTS），以此对其改性引入氨基。进而对表面氨基进行溴化作为原子转移自由基的大分子引发剂，从而采用原子转移自由基聚合的方式进行均一的链增长。最后在树枝状的链上固定量子点和生物素。最后将探针通过细胞的生物成像检测细胞表面的糖基。

关键词：荧光探针 纳米材料 生物成像 原子转移自由基聚合

ABSTRACT

In this paper, we synthesize a novel fluorescent probe as a signal generating element that increases the signal response by utilizing the high loading rate of nanomaterials. The dendritic polymer reaction creates a dense polymer on the surface of the silica, allowing further enrichment of the signal. The experiment used cervical cancer cells (Hela) as a research model for the study of cell surface sugar-based bioimaging. First, 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS) was immobilized on the nanosilica surface to introduce amino groups for its modification. Furthermore, bromination of the surface amino group is used as a macro-initiator for atom transfer radicals, and atom transfer radical polymerization is used to perform uniform chain growth. Finally, quantum dots and biotin are immobilized on the dendritic chains. Finally, the probe is detected by cell bio-imaging to detect the glycosyl group on the cell surface.

Keywords: fluorescent probe; nanomaterials ;bioimaging ;atom transfer radical polymerization

目录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅰ

第一章 文献综述 1

1.1纳米材料概述 1

1.2纳米材料的特殊性质 1

1.2.1量子尺寸效应 1

1.2.2小尺寸效应 1

1.2.3表面效应 2

1.2.4宏观量子隧道效应 2

1.3几种常见的多功能纳米材料及其在生物传感领域的应用 2

1.3.1量子点在生物传感领域的研究与发展 2

1.3.2量子点用于生物成像 3

1.4细胞表面聚糖物质的研究与发展 3

1.4.1细胞表面聚糖检测的重要性 3

1.4.2细胞表面聚糖的检测技术 4

1.5研究意义以及主要内容 5

1.5.1研究意义 5

1.5.2研究主要内容 5

第二章 实验过程 5

2.1实验材料 5

2.1.1实验仪器 6

2.1.2 实验试剂 6

2.2实验原理图 6

2.3 Hela细胞培养 7

2.4 荧光探针的构建 7

2.5荧光探针用于细胞成像 8

2.6细胞毒性实验 8

第三章 结果与讨论 8

3.1 功能性量子点的结构表征 9

3.2 功能性量子点的光学表征 10

3.3 细胞毒性评价 12

3.4 细胞成像研究 12

3.5 小结 13

第四章 结论与展望 14

参考文献 15

致谢 16

第一章 文献综述

1.1纳米材料概述

自80年代初，纳米材料这一概念首次被提出^[1]至今，纳米材料作为发展最为迅速、最具活力的纳米科学分支领域之一，得到了各界科学专家的广泛关注和重视。近年来，纳米材料更是以实际事例证明了其在纳米科技领域不可动摇的“龙头”地位。作为一名材料领域的新宠儿，在2011年，欧盟委员会对现有纳米材料制定了新的定义：纳米材料指的是至少有一维处于纳米级别范围(1～100 nm)的材料在其不同维数结构单元中，或者是将这些材料作为基本的结构单元组装所构成的具有一些特殊性能的材料 ^[2],[3]。

1.2纳米材料的特殊性质

在微观和宏观之间的临界区域这样的特殊尺寸范围在很大程度上决定了纳米材料的特殊性质：处在微观和宏观之间的临界区域，这种特殊的尺寸性质赋予了它极大的比表面积。换句话说，与宏观颗粒相比，纳米粒子在单位体积上所拥有的原子数目要多的多。这也就造就了纳米材料的四大类特殊性质^[5]；

1.2.1量子尺寸效应^[6]:

当粒子的尺寸大小下降到一定值（纳米级别）时所体现出的特征效应被称为量子尺寸效应。费米能级附近的电子能级由准连续能级转换为离散能级是量子尺寸的具体效应。而当电子能级处于离散态时，其波动性会诱导纳米材料在光学、电磁学、热力学等方面出现一系列宏观材料所不具备的特殊性质。

1.2.2小尺寸效应:

顾名思义，纳米材料的小尺寸效应与其自身的粒子尺寸脱不开关系。简而言之，加入宏观粒子的尺寸缩小到了传导电子的波长的大小或者是超导态时相干波长的大小左右甚至更小的时候，就会破坏粒子周期性所存在的边界条件，从而纳米材料被赋予了很多大尺寸的粒子所不具备的特性。

1.2.3表面效应:

对于球形的粒子还说，它的比表面积（即表面积/体积）与粒子的直径成反比。也就是说，随着粒子的尺寸逐渐变小，其比表面积会呈现递增趋势，比表面积的增加必然会导致粒子表面所带的原子数也相对增多。如果粒子越小，那么它的表面原子数如果越多，这样的话就会导致原子的一个配位不足，然后使得它的表面能的一个增加，所以这群表面原子一般具有较高的活性，并且极不稳定，容易吸附或者与周围原子发生相互作用。纳米粒子的这种表面效应正是纳米粒子具有很高的化学活性的本质原因。

1.2.4宏观量子隧道效应:

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