XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Введение

Квантовые точки (КТ) являются универсальными нанообъектами и их практическое применение имеет широкие перспективы почти во всех областях современных высоких технологий.

В биомедицинских исследованиях КТ используются для визуализации биологических объектов, в том числе локализации раковых или инфицированных вирусом клеток, в качестве флуорофоров в молекулярных сенсорах, биочипах и иммунохимических методах анализа. Главными критериями использования КТ в качестве флуоресцентных меток являются гидрофильность поверхности наночастицы и способность дальнейшей конъюгации с биомолекулами без изменения их функциональности.

Для дальнейшей биоконъюгации поверхность КТ покрывают полимером [ CITATION Чащ \l 1049 ], что уменьшает влияние токсичности ядер на биологический объект и позволяет получить необходимые функциональные группы. Однако, синтез таких веществ представляет собой сложный многостадийный процесс, включающий полимеризацию с последующим рядом химических превращений. Поэтому, поиск простых синтетических путей получения является серьезной проблемой, которая решается в данной исследовательской работе.

Синтез сополимера ВП-МА-ЭГДМА

В трехгорлую колбу объемом 50 мл загрузили ВП (28 ммоль) и раствор, содержащий МА (10 ммоль), 2 мл уксусной кислоты, 11 мл ТГФ и АБЦВК (0.5 ммоль). Смесь дегазировали в течение 20 минут, затем нагревали до 65 °С в течение 10 мин при перемешивании в атмосфере аргона. Затем к указанной выше смеси шприцом добавляли (2.3 ммоль) ЭГДМА и 0,3 г (0.25 ммоль) АБЦВК, растворенных в 4 мл ТГФ. После 10 минут дополнительного нагревания до 65 °С реакцию гасили добавлением ТГК/МЕА (7,5 ммоль) в 1 мл ТГФ и держали при 65 °С ещё 10 минут. Полученный сополимер очищали за счёт осаждения деионизированной водой (3 объёма) последующего центрифугирования при 10000 об/мин. Полученный осадок промывали деионизированной водой и сушили в вакууме при 40 °С.

Синтез CdTe/СdS/ZnS–ВП-МА-ЭГДМА КТ

Очищенные CdTe/CdS/ZnS КТ покрытые L-cys помещали в трёхгорлую колбу на 100 мл, затем добавляли 0.0688 г сополимера ВП-МА-ЭГДМА и титровали с помощью 0.5 M NaOH до pH = 10, дегазировали в течение 30 минут. Далее смесь нагревали до 75 °С при перемешивании в течение 40 минут.

Полученные КТ, покрытые сополимером ВП-МА-ЭГДМА очищали путем центрифугирования с трёхкратным избытком по объёму изопропанола при 10000 об/мин в течение 15 минут, декантировали жидкость, осадок промывали изопропанолом. Далее осаждённые КТ сушили при 50 °С на воздухе.

Обсуждение результатов

Синтез сополимеров

Для обеспечения коллоидной стабильности КТ и возможности их конъюгации с биомолекулами был осуществлен многостадийный синтез сополимера методом полимеризации.

Сначала синтезировался сополимер ВП и МАН (Рисунок 1) в присутствии инициатора АБЦВК, образующего свободный радикал в ходе термического разложения при 65 °С.

Рисунок 1 — Схема полимеризации сополимера ВП-МАН

Затем в реакционную смесь был добавлен ЭГДМА, выступающий в качестве кросс-линкера, который поперечно сшивает параллельные полимерные цепи (Рисунок 2).

Рисунок 2 — Схема полимеризации сополимера ВП-МАН-ЭГДМА [ CITATION Gro08 \l 1033 ]

Полимеризацию останавливали с помощью ингибитора – ТГК/МЕА (Рисунок 3), который предотвращает нежелательную самопроизвольную полимеризацию мономера при его хранении, а также служит источником дополнительных карбоксильных групп для биоконъюгации [ CITATION Kar \l 1033 ].

Рисунок 3 — Схема присоединение ингибитора к ЭГДМА [ CITATION Lon \l 1033 ]

Можно заметить, что на ИК-спектре синтезированных сополимеров ВП-МА, ВП-МА-ЭГДМА-ТГК и ВП-МА-ЭГДМА-МЕА (Рисунок 4) присутствуют характеристические полосы поглощения некоторых функциональных групп исходных веществ. В районе 750 см^-1 появляется пик, соответствующий валентным колебаниям C-S связи, образовавшейся в результате присоединения ингибитора ТГК/МЕА к полимерной цепи.

Рисунок 4 — ИК-спектр сополимеров ВП-МА, ВП-МА-ЭГДМА-ТГК и ВП-МА-ЭГДМА-МЕА

На ИК спектре сополимера ВП-МА-ЭГДМА наблюдается появление пика, советующего валентным колебаниям C-O-C связи сложных эфиров, что означает присутствие ЭГДМА в сополимере.

Покрытие КТ сополимерами

Синтезированные многослойные CdTe/CdS/ZnS-ТГК-(L-cys) КТ покрывались сополимерами ВП-МА, ВП-МА-ЭГДМА-ТГК и ВП-МА-ЭГДМА-МЕА. Схема присоединения сополимера к КТ посредством образование амидной связи представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 — Схема присоединения сополимера к КТ посредством образование амидной связи

Синтезированные CdTe/CdS/ZnS-ТГК-(L-cys) КТ были покрыты сополимером ВП-МА-ЭГДМА-ТГК и исследованы методом флуоресцентного анализа (Рисунок 6).

Рисунок 6 – Сравнение спектров флуоресценции непокрытых CdTe/CdS/ZnS-ТГК-(L-cys)-КТ и покрытых ВП-МА-ЭГДМА-ТГК (слева) и квантовый выход флуоресценции CdTe/3.75CdS/ZnS-ТГК-(L-cys) и CdTe/3.75CdS/ZnS-ТГК-(L-cys)-ВП-МА-ЭГДМА-ТГК (справа)

Уширение пика после покрытием КТ сополимером может быть обусловлено захватом единичными фрагментами сополимера нескольких КТ. Квантовый выход после покрытия сополимером ВП-МА-ЭГДМА-ТГК сильно снизился (Рисунок 6).

Через некоторое время КТ, покрытые полимером с ТГК, коагулировали и выпали в осадок. Для предотвращения данного эффекта необходимо произвести смену функциональных групп на поверхности КТ.

Заключение

Проведен синтез сополимеров на основе винилпирролидона и малеионового ангидрида, которые были исследованы методом ИК-спектроскопии, подтверждающий образование сополимеров с необходимыми карбоксильные функциональные группы для связывания с поверхностью КТ. Проведено покрытие КТ сополимером ВП-МА-ЭГДМА-ТГК. По результатам исследования физико-химических свойств выявлено, что произошел захват единичными фрагментами сополимера нескольких КТ. Для предотвращения данного эффекта необходимо произвести смену функциональных групп на поверхности КТ.

Список литературы

[1]	Чащихин О. В. Гибридные органо-неорганические наносистемы с фотоактивными лигандами – синтез, спектральные фотохимические свойства. – 2016. – С. 88.
[2]	Grochowicz M., Pączkowski P., Gawdzik B. Investigation of the thermal properties of glycidyl methacrylate–ethylene glycol dimethacrylate copolymeric microspheres modified by Diels–Alder reaction //Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. – 2018. –, V. 133. – №. 1. – P. 499-508.
[3]	Karakoçak B. B. et al. Hyaluronan-conjugated carbon quantum dots for bioimaging use //ACS applied materials & interfaces. – 2020. – V. 13. – №. 1. – P. 277-286.
[4]	Long K. F. et al. Effects of 1, 2, and 3 Thiols on Thiol–Ene Reactions: Polymerization Kinetics and Mechanical Behavior //Macromolecules. – 2020. – V. 53. – №. 14. – P. 5805-5815.

Код для цитирования: Скопировать