一种荧光比率式共聚高分子温度计及其制备与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种荧光比率式共聚高分子温度计及其制备与应用。该温度计通过将A):N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)

【技术实现步骤摘要】
一种荧光比率式共聚高分子温度计及其制备与应用


[0001]本专利技术涉及荧光共聚高分子温度计领域，特别涉及一种荧光比率式共聚高分子温度计及制备与其在线粒体测温中的应用。

技术介绍

[0002]温度是一个非常重要的物理参数，在很多的物理、化学、生物过程中都有着非常重要的作用。作为细胞内的能量工厂，线粒体在氧化营养物质时，所释放的部分能量除了被转化为ATP外，还会有很大一部分能量以热量的形式散发，从而维持并影响线粒体的温度。线粒体的温度变化能反映并影响线粒体的生理活动，而其生理活动与生物体的健康状态密切相关。例如，人类线粒体异常会导致线粒体病，线粒体病是包括线粒体肌病、MERRF-线粒体肌病和线粒体脑肌病等在内的一大类遗传代谢病。因此，实现线粒体的温度检测有利于探究线粒体的生理活动，并揭示线粒体病等疾病的病理。
[0003]线粒体的直径在0.5-1.0μm左右，热电偶等传统温度计由于尺寸较大而无法实现线粒体的温度检测。近年来，基于温敏高分子聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)的荧光比率温度计由于尺寸小，准确性好，生物兼容性好等优点而得到了广泛的关注。然而，基于PNIPAM的荧光温度计在进行线粒体测温时面临两个问题。首先，有报道称线粒体的温度高达48℃(Mitochondria are physiologically maintained at close to 50℃.PLOS Biology 16,e2003992)，而基于PNIPAM的荧光温度计量程一般在28-42℃(Intracellular temperature sensing by a ratiometric fluorescent polymer thermometer.J.Mater.Chem.B,2014,2,7544等)，这就限制了该类温度计在线粒体测温方面的应用。其次，线粒体的温度即便有微弱的变化也能反映重要的生理变化，现有PNIPAM基荧光比率温度计的灵敏度依然需要进一步提高，以更加深入地探究与温度相关的生理活动。
[0004]因此，将PNIPAM基荧光比率温度计的温敏区间往高温区调节，并进一步提高其灵敏度，对其在线粒体测温中的应用具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一个目的在于提供一种荧光比率式共聚高分子温度计。
[0006]本专利技术的第二个目的在于提供一种荧光比率式共聚高分子温度计的制备方法。
[0007]本专利技术的第三个目的在于提供以上荧光比率式共聚高分子温度计在线粒体测温中的应用。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种荧光比率式共聚高分子温度计，该共聚高分子温度计的共聚单体包括：
[0010]作为温敏单元的共聚单体A；
[0011]作为温敏区间调节剂共聚单体B；
[0012]分别作为荧光共振能量转移中的能量给体和受体以实现比率式的荧光温度检测的共聚单体C和共聚单体D；以及
[0013]作为靶向基团的带有正电荷的共聚单体E；以实现温度计对线粒体的定位，可实现本专利技术的荧光比率式共聚高分子温度计在线粒体测温中的应用。
[0014]其中，所述共聚单体A(温敏单元)为N-异丙基丙烯酰胺(NIAPM)；
[0015]所述共聚单体B(温敏区间调节剂)为N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)；
[0016]共聚单体C和共聚单体D均为荧光分子。
[0017]在本专利技术的一个优选方案中，
[0018]在该优选方案中，进一步的，所述共聚单体E为烯丙基三苯基溴化膦(ATPPB)。
[0019]在本专利技术的一个优选方案中，所述共聚单体C(能量给体)为荧光分子3-乙酰基-7-(2-甲基丙烯酰氧基乙氧基)香豆素(CMA)。
[0020]在该优选方案中，进一步的，所述共聚单体D(能量受体)为荧光分子4-(6-丙烯酰氧基己基氨基)-7-硝基-2,1,3-苯并恶二唑(NBD)。
[0021]在本专利技术的一个优选方案中，该共聚高分子温度计的结构示意如下：
[0022][0023]该共聚高分子温度计的共聚单体包括：
[0024]作为温敏单元的共聚单体A；
[0025]作为温敏区间调节剂共聚单体B；
[0026]分别作为荧光共振能量转移中的能量给体和受体以实现比率式的荧光温度检测的共聚单体C和共聚单体D；以及
[0027]作为靶向基团的共聚单体E；
[0028]其中，所述共聚单体A(温敏单元)为N-异丙基丙烯酰胺(NIAPM)；
[0029]所述共聚单体B(温敏区间调节剂)为N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)；
[0030]所述共聚单体C(能量给体)为荧光分子3-乙酰基-7-(2-甲基丙烯酰氧基乙氧基)香豆素(CMA)；
[0031]所述共聚单体D(能量受体)为荧光分子4-(6-丙烯酰氧基己基氨基)-7-硝基-2,1,
3-苯并恶二唑(NBD)；
[0032]所述共聚单体E为烯丙基三苯基溴化膦(ATPPB)。
[0033]在本专利技术的一个优选方案中，所述共聚单体A、共聚单体B、共聚单体C、共聚单体D和共聚单体E的摩尔比为1000：(0-152.5)：(3.13-6.25)：(3.13-5.00)：(0-5.00)。可以通过改变温敏单元(共聚单体A)和温敏区间调节剂(共聚单体B)在共聚高分子中的比例，可以实现对该温度计温敏区间的调整。
[0034]在该优选方案中，该共聚高分子温度计的温敏区间为20-45℃至20-60℃。
[0035]本专利技术的可用于线粒体测温的荧光比率式共聚高分子温度计中，所述能量给体、能量受体和靶向基团均修饰有乙烯基，可与温敏单元和温区调节剂通过一步共聚反应形成温度计。
[0036]在本专利技术中，共聚高分子结构中的NIPAM上有大量的酰胺基团，其能与水分子之间形成氢键，随着温度升高将氢键破坏，水分子会被挤出共聚高分子链，而共聚高分子链会在疏水基团之间的疏水相互作用的牵引下卷曲收缩。加入DMAA与NIPAM共聚，能增加共聚高分子中亲水基团和疏水基团的比例，进而提高共聚高分子的温敏区间。当温度升高时，随着共聚高分子的卷曲收缩，共聚高分子上的CMA会因为局部浓度过大和无辐射跃迁加剧等因素而发生荧光猝灭。同时，随着水分子被挤出共聚高分子，共聚高分子的极性也会降低，进而会使对环境极性敏感的NBD分子的荧光强度增加。此外，发射峰在380-500nm的CMA与激发光在380-450nm的NBD之间能发生荧光共振能量转移。随着温度的升高，共聚高分子发生卷曲收缩，CMA和NBD的距离会缩小，从而加剧CMA(能量给体)和NBD(能量受体)之间的能量转移，进一步造成CMA荧光强度的降低和NBD荧光强度的增加。由于该温度计以CMA和NBD的荧光发射峰强度之比为温敏荧光信号值，有效地将上述三种温敏荧光效应进行叠加，从而使得该温度计获得超高的灵敏度，进一步的，得益于ATPPB具有能特异性靶向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种荧光比率式共聚高分子温度计，其特征在于，该共聚高分子温度计的共聚单体包括：作为温敏单元的共聚单体A；作为温敏区间调节剂共聚单体B；分别作为荧光共振能量转移中的能量给体和受体以实现比率式的荧光温度检测的共聚单体C和共聚单体D；以及作为靶向基团的带有正电荷的共聚单体E；其中，所述共聚单体A为N-异丙基丙烯酰胺；所述共聚单体B为N,N-二甲基丙烯酰胺；共聚单体C和共聚单体D均为荧光分子。2.根据权利要求1所述的荧光比率式共聚高分子温度计，其特征在于，所述共聚单体C为荧光分子3-乙酰基-7-(2-甲基丙烯酰氧基乙氧基)香豆素。3.根据权利要求1所述的荧光比率式共聚高分子温度计，其特征在于，所述共聚单体D为荧光分子4-(6-丙烯酰氧基己基氨基)-7-硝基-2,1,3-苯并恶二唑。4.根据权利要求1所述的荧光比率式共聚高分子温度计，其特征在于，所述共聚单体E为烯丙基三苯基溴化膦。5.根据权利要求1所述的荧光比率式共聚高分子温度计，其特征在于，所述共聚单体A、共聚单体B、共聚单体C、共聚单体D和共聚单体E的摩尔比为1000：(0-152.5)：(3.13-6.25)：(3.13-5.00)：(0-5.00)。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：师文生，梁森，穆丽璇，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：