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摘 要

本研究采用可逆加成-断裂链转移（RAFT）沉淀聚合，以亲水性聚甲基丙烯酸甘油酯（PGMMA）刷为大分子链转移剂制备了荧光标记的纳米粒子，然后使用小分子苯基硼酸对其进行了修饰，从而用于细胞表面糖的高特异性和高选择性细胞成像检测。事实证明，将亲水性PGMMA刷引入纳米颗粒不仅可以显着提高其表面亲水性，并减少与水性介质中生物分子的非特异性相互作用，而且还赋予其强大的荧光性能。使用具有PGMMA功能的荧光纳米粒子作为探针可以有效地区分癌细胞与正常细胞。结果表明该荧光探针能够区分正常肝细胞（L-02）和人肝癌癌细胞（HepG-2），正常人宫颈上皮细胞（HCerEpiC）和人宫颈癌细胞（Hela细胞）。因此，这项研究证明了一种灵活的分子刷方法，可用于生物成像的高效探针。

关键词：亲水性聚合物刷，荧光纳米粒子，细胞成像，聚糖，传感器

ABSTRACT

In this study, reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) precipitation polymerization was used to prepare fluorescently labeled nanoparticles using a hydrophilic polyglyceryl methacrylate (PGMMA) brush as a macromolecular chain transfer agent, and then they were subsequently modified with small molecular phenylboronic acid for highly specific and efficient sensing of glycans on living cells. Facts have proved that the introduction of hydrophilic PGMMA brushes into nanoparticles can not only significantly increase the surface hydrophilicity and reduce non-specific interactions with biomolecules in aqueous media, but also give it powerful fluorescent properties. Using fluorescent nanoparticles with PGMMA function as probes can effectively distinguish cancer cells from normal cells. The results show that the fluorescent probe can distinguish normal liver cells (L-02) and human liver cancer cells (HepG-2), normal human cervical epithelial cells (HCerEpiC) and human cervical cancer cells (Hela cells). This study thus demonstrates a flexible molecular brush approach to highly efficient probe for advanced bioimaging applications.

KEYWORDS: hydrophilic polymer brushes, fluorescent nanoparticles, cell imaging, glycan, sensor

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 细胞表面聚糖检测的重要性 1

1.2 细胞表面聚糖的检测技术 1

1.2.1细胞表面聚糖检测技术的发展 1

1.2.2 用于荧光成像的材料 1

1.2.3 荧光探针表面性能的改善 2

1.2.4 细胞表面聚糖的荧光成像技术 2

1.3亲水性聚合物刷的研究及其应用 3

1.3.1目前制备聚合物刷的进展 3

1.3.2 聚合物刷在生物医学领域的应用 3

1.4可控活性沉淀聚合方法介绍 5

1.5论文的研究意义和主要内容 5

第二章 亲水性聚合物刷功能化的荧光纳米粒子用于靶向细胞成像 7

2.1 前言 7

2.2 实验部分 7

2.2.1 仪器与试剂 7

2.2.2 PGMMA的合成 8

2.2.3 细胞培养 9

2.2.4 细胞毒性测定 9

2.2.5 细胞成像 9

2.3 结果与讨论 10

2.3.1 亲水性刷PGMMA的表征 10

2.3.2荧光纳米粒子的红外表征 10

2.3.3 荧光纳米粒子的透射电镜表征 11

2.3.4 荧光纳米粒子接触角表征 12

2.3.5 荧光纳米粒子的紫外光谱表征 12

2.3.6 接枝聚（MAA-co-AnHEMA）-PBA的表征 13

2.3.7 非特异性相互作用对荧光纳米粒子的影响 14

2.3.8 细胞成像 15

第三章 结论与展望 17

3.1结论 17

3.2 展望 17

参考文献 18

致谢 20

第一章 绪论

1.1 细胞表面聚糖检测的重要性

许多癌症的发生和发展通常与特定细胞表面聚糖的过度表达有关，已知这种表达会影响癌细胞的生长，分裂和转移能力^[1-5]。细胞表面异常糖基化的发生是疾病状态的信号^[6,7]。特别是，改变的细胞表面糖基化模式与癌症表型高度相关^[8,9]。因此，对细胞表面糖基化进行专门的可视化以了解聚糖代谢和调节代谢，发现新的诊断生物标志物并确定新的治疗靶标具有重要价值。

1.2 细胞表面聚糖的检测技术

1.2.1细胞表面聚糖检测技术的发展

由于聚糖复杂的结构和非生色团，与其他生物分子（例如蛋白质和脱氧核糖核酸（DNA））相比，尤其难以检测^[10]。目前, 识别或标记聚糖的方法主要有三种: 化学共价识别法、凝集素识别法和聚糖代谢标记技术。聚糖检测的方法主要有:色谱法、电化学法、荧光法、质谱法、分光光度法、荧光法等^[19]。本研究是基于硼酸类物质对糖类的识别作用，通过纳米粒子表面的羧基与间氨基苯硼酸反应，制备具有表面亲水性聚合物刷的荧光纳米粒子，对细胞表面进行荧光成像。因此，开发具有高灵敏度和选择性以检测与癌症相关的聚糖的可靠荧光探针在癌症诊断和治疗中至关重要。

1.2.2 用于荧光成像的材料

迄今为止，各种材料已用于荧光成像，其中包括荧光蛋白^[11]，有机荧光团^[12-14]和无机半导体。然而，有机荧光团在复杂的生物系统中通常表现出高度的非特异性结合和严重的荧光猝灭^[12-14]。对靶细胞具有强荧光的的高特异性是有效细胞成像的前提，然而，由于疏水性芳族主链的存在，大多数报道的有机荧光团与多种生物和非生物物质，例如蛋白质，核酸，脂质，糖和表面活性剂具有实质性的非特异性疏水相互作用。

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