有机荧光纳米材料的设计制备及其应用

发布时间：2020-10-01 17:23

　　 近年来,荧光技术由于具有灵敏度高、价格低和可实时监测等优点,被广泛的应用于化学、材料、生物和医学等领域。荧光技术的发展离不开荧光材料,在各种发光材料中,有机荧光材料由于其发光性能优异,种类繁多,结构和光谱可调等优势,吸引了研究者的广泛关注。本论文设计制备了多种具有优异光学性能和功能性的新型有机荧光材料,提高荧光团的量子产率,并实现了其在生物检测和生物成像方面的应用。主要研究内容包括以下几个方面:1.设计制备了一种新型水溶性荧光共轭聚合物,实现了对细胞膜的双色荧光成像。聚合物主链结构包含发蓝光的能量给体和发红光的能量受体,可进行荧光共振能量转移,其侧链修饰带正电的双咪唑基团和寡聚乙二醇,具有优异的水溶性,并且可通过静电相互作用与带负电的细胞膜结合。共轭聚合物与细胞共培养后,可迅速在细胞膜表面发生聚集,即使长时间共培养也不会发生内吞作用而进入到细胞内部,且由于聚集诱导分子链间的荧光共振能量转移效率提高,红色荧光增强,可以同时发射出强度相近的蓝色和红色荧光信号,实现对细胞膜的双色荧光成像。2.基于水溶性共轭聚合物聚集增强荧光共振能量转移机理,实现了对三磷酸腺苷分子的高效检测。该共轭聚合物在自由态时,由于分子内的荧光共振能量转移较弱,主要发射出蓝光和少部分的红光而呈现紫色。当其侧链中的双咪唑基团与三磷酸腺苷分子通过静电相互作用等发生特异性结合,形成聚集体,分子间的荧光共振能量转移增强,红色荧光增强,利用能量转移效率的差异,可实现对三磷酸腺苷分子的高灵敏度和高选择性检测。3.设计制备了一种具有高亲和性的红光共轭寡聚物/二氧化硅复合纳米粒子,实现了对潜指纹的高效检测。首先合成了具有红色荧光的有机共轭寡聚物,侧链修饰硅烷基团,采用反相胶束法,寡聚物可以通过共价键掺杂到二氧化硅纳米粒子中,对复合纳米粒子进行环氧基改性。寡聚物在二氧化硅基体中的均匀分散,可以有效阻止聚集引发的自淬灭问题,荧光发光效率得到显著增强。将该纳米粒子粉末用于潜指纹检测,红色荧光可以有效避免背景荧光的干扰,环氧基团可以有效提高纳米粒子对指纹分泌物的亲和性,该纳米粒子在多种基底上具有优异的检测潜指纹的能力。4.设计制备了具有聚集诱导发光效应的水溶性分子,实现了在细胞环境中对铁离子的高效检测。选用传统AIE结构四苯基乙烯作为发光基团,侧链修饰双咪唑基团和寡聚乙二醇结构。探针以单分子状态溶解在水中时荧光较弱,与三磷酸腺苷分子通过自组装形成有机荧光纳米粒子后,荧光显著增强。基于荧光淬灭机理,该荧光纳米粒子可以在水溶液中对铁离子进行高灵敏度和高选择性检测。细胞实验表明,该荧光分子的荧光可以通过结合宫颈癌细胞的内源性三磷酸腺苷分子而发生大幅增强,同时该荧光信号可以被铁离子淬灭,实现在细胞环境中检测铁离子。
【学位单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.1
【部分图文】：

Ｓｔｏｋｅｓ在研究奎宁和叶绿素溶液时，使用分光计观察到这些溶液发射出逡逑的光波长比入射光波长长［３９］。逡逑荧光的产生过程可以用Ｊａｂｌｏｎｓｋｉ图来描述，如图２－１所示［４叱分子轨道逡逑中所有电子自旋配对，当自旋方向相反时，分子为单线态（Ｓ）；电子在跃迁过逡逑程中如果改变自旋方向，使得自旋方向相同，分子则处于激发三线态（Ｔ！）。荧逡逑光分子的电子通常会处于最低能级（ＳＱ），当荧光物质受到能量激发后，电子可逡逑以从基态跃迁到能量较高的激发态，如第一激发态（Ｓ0或第二激发态（Ｓ２）的不逡逑同振动能级。处于激发态不同振动能级的电子通过各种非辐射形式下降到激逡逑发态最低振动能级（Ｓ0，随后，电子以辐射的形式回到基态最低振动能级，发逡逑出荧光；另一方面，处于激发单线态的电子可能通过系间窜越，跃迁至第一逡逑激发三线态（１），再以辐射的形式回到基态，发出磷光。电子在吸收能量后，逡逑有一部分能量会以振动弛豫、内转化等非辐射形式损耗

包括吸收光谱、发射光谱、量子产率、荧光寿命等。目前，较常见的共逡逑轭聚合物骨架的结构单元主要为聚乙炔Ｈ３］、聚苯［＃、聚吡咯［４５］、聚噻吩［４６］、逡逑聚对苯撑乙烯【４７］、聚对苯撑乙炔［４８］、聚芴［４９】等，如图２－３所示。逡逑＾０＾７逡逑聚乙炔逦聚苯逦聚ａｌｔ咯逦聚味吩逦聚对苯d愐蚁╁尉鄱员窟ヒ胰插义希А�ｆ逦Ｎ邋Ｎ逡逑、ｓ＇逡逑聚芴逦聚芴对苯d鹨蚁╁尉圮瘫坎⑧缍�畔逡逑图２－３常见共轭聚合物骨架的结构式逡逑－８邋－逡�

本文编号：2831763