水溶性共轭聚合物(water-soluble conjugated polymers, WSCPs)作为一种新型的光电材料,由于其本身具有独特的光学信号放大效应和良好的生物相容性,作为高灵敏度、高选择性的生物和化学荧光传感材料得到了广泛应用。目前,主要利用WSCPs与生物分子间的非特异性作用(如静电、疏水作用等),导致其自身的光学特性(荧光或吸收)发生改变,从而实现目标物的检测。这种目标分析物与WSCPs的非特异性结合作用较弱,则所导致输出信号强度不够,因此往往需要借助荧光标记物或对被分析物具有特异性捕集作用的捕集基团的引入来实现高灵敏度的检测。我们研究课题组发现了水溶性噻吩类共轭聚合物的另一特性即类似于过氧化物模拟酶的催化性能,并将具有催化活性的聚合物应用于化学发光及光度分析中。具体来说,本论文主要对水溶性噻吩类共轭聚合物的类似于过氧化物酶催化活性进行了研究,结合化学发光和光度分析等检测技术建立了均相非标记检测核酸和生物分子的新方法。主要内容包括以下五个部分：1.简要介绍了水溶性共轭聚合物的性质及结构特点,重点阐述了共轭聚合物作为传感材料的传感机制,并综述了共轭聚合物在光学生物传感中的应用进展。2.噻吩类共轭聚合物对鲁米诺化学发光体系的催化性能及其分析应用。本研究工作发现水溶性噻吩类共轭聚合物,聚(3-(4-甲基-3’-噻吩氧基)丙基三乙基氯化铵)(PMNT),在弱碱性条件下,对鲁米诺-过氧化氢化学发光反应具有强增敏效应。借助化学发光光谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、电子自旋共振谱对PMNT增强鲁米诺-过氧化氢化学发光反应机理进行了探讨,提出了PMNT的催化反应机理。此外,我们发现PMNT对鲁米诺-过氧化氢化学发光体系的催化活性与其构象密切相关。基于PMNT与单链DNA作用后形成的复合物(PMNT/ssDNA)对发光体系的增敏程度高于PMNT与双链DNA作用后形成的复合物(PMNT/dsDNA),建立了一种无需标记、均相检测DNA杂交的化学发光方法。实验结果表明该体系的化学发光强度与目标DNA浓度在0.001-0.1nM范围内呈良好的线性关系,检测限为3.7×10-13M。本研究建立了一种简单、灵敏、快速检测DNA的新方法。3.噻吩类共轭聚合物增强碳酸氢钠-过氧化氢超微弱发光反应及其分析应用。在碱性介质中,碳酸氢盐与过氧化氢反应生成过氧碳酸盐(HCO4-), HCO4不稳定容易分解而产生微弱的化学发光。将噻吩类共轭聚合物,聚2-(3-噻吩)乙氧基4-丁基磺酸盐(PTE-BS)应用于该发光体系可以明显增强化学发光强度。通过电子自旋共振技术、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱及化学发光光谱等手段探讨了NaHCO3-H2O2-PTE-BS体系的化学发光机理。NaHCO3与H2O2反应过程中,PTE-BS的存在能够促进H2O2分解产生·OH加快了反应速率,同时也可以通过化学发光能量转移使PTE-BS自身成为了发光体。通过以上两种途径,PTE-BS实现了对NaHCO3-H2O2化学发光体系的增敏效应,并且这种增敏效应与PTE-BS的构象密切相关。带有正电荷的鱼精蛋白与PTE-BS之间的静电作用,诱导聚合物PTE-BS构象发生改变,从而引起PTE-BS对NaHCO3-H2O2化学发光体系的增敏效应有所减弱,据此实现了对鱼精蛋白的检测。检测限达到了1.8×10-8g/mL(S/N=3),相比较鱼精蛋白的比色测定方法来说,该方法的灵敏度提高了5个数量级。4.噻吩类共轭聚合物作为过氧化物模拟酶比色法检测H2O2及葡萄糖。本章研究发现阴离子型噻吩类共轭聚合物PTE-BS具有内在的过氧化物模拟酶催化活性,能够高效催化过氧化物酶底物3,3’,5,5’-四甲基联氨(TMB)与过氧化氢反应生成蓝色产物,据此建立了快速检测过氧化氢的方法。反应动力学实验测得的米氏常数表明PTE-BS对底物过氧化氢和TMB均表现出较好的亲和性。与天然酶HRP相比具有高催化效率、良好的稳定性和快速反应等优点。通过耦合葡萄糖氧化酶催化氧化葡萄糖,建立了简单、高灵敏和高选择性的葡萄糖检测比色分析法。吸光度值与葡萄糖浓度在0.01-0.5mM范围内具有良好线性关系,方法检测限可达到0.004mM。结果表明,噻吩类共轭聚合物PTE-BS可以作为一种高效的过氧化物酶的替代物,为生物技术和医疗诊断发挥潜在的应用价值。5.噻吩类共轭聚合物作为过氧化物模拟酶结合核酸适体比色法检测凝血酶。我们发现噻吩类水溶性共轭聚合物具有一定的催化活性,并且所具有的催化活性与其构象变化密切相关。带有负电荷的核酸分子可以通过静电作用诱导阳离子聚合物PMNT构象发生改变,从而导致其对TMB-H2O2反应催化活性的变化。以核酸适体作为探针通过静电作用诱导PMNT构象由无规则任意卷曲态转为高度共轭的伸展态,增强了PMNT对TMB-H2O2反应的催化活性；当加入靶蛋白凝血酶后,核酸适体探针与其特异性结合,形成G-四聚体结构,PMNT缠绕在G-四聚体结构周围,其催化活性有所减弱。依据此现象,以核酸适体为识别分子,结合分析物诱导PMNT构象发生改变,从而改变PMNT对TMB-H2O2显色反应的催化效果,建立了一种无需对探针或分析物进行任何化学修饰的简单、快速、灵敏、特异的凝血酶检测新方法。