高效发光的有机荧光纳米晶的制备及其性质研究

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有机纳米晶因其具有良好的稳定性、优异的发光性能等优势,在生物成像以及光动力治疗等前沿领域展现出良好的应用潜力。然而,有机荧光材料在聚集状态时常常发生荧光淬灭,使其发光性能降低,严重限制其实际应用。近年来,聚集诱导发光(AIE)材料因其在聚集态表现出高的发光效率,结构多样且易于修饰,引起科研人员的广泛关注。本论文主要利用两亲性聚合物,诱导具有AIE特性的荧光分子自组装形成了具有不同形貌的、高发光效率的荧光纳米晶,并研究了其形貌对发光性质的影响,探索其在细胞成像领域的应用。具体研究内容如下:1.高效发光的有机荧光纳米晶的制备及其性质研究设计合成了具有AIE性质的二苯乙烯基蒽衍生物(TFMDSA分子)。首先,利用再沉淀法制备了球状形貌的非晶态荧光纳米粒子TFMDSA NPs,其荧光量子产率为6.67%。当采用两亲性聚合物m PEG5K-PLLA10K和m PEG5K-PCL10K和TFMDSA分子通过“一锅”超声乳化法制备荧光纳米粒子时,可获得具有块状形貌的高荧光量子产率的荧光纳米晶m PEG5K-PLLA10K@TFMDSA NCs和m PEG5K-PCL10K@TFMDSA NCs,其荧光量子产率分别为40.13%和10.40%。通过对其光物理性质的研究发现,形成纳米晶后,辐射跃迁速率显著增加,表现为明亮的黄绿色荧光。此外,通过对其组装机制的研究发现,两种两亲性聚合物的疏水段侧链可以有效增强与TFMDSA分子间的超分子相互作用力,进而诱导形成稳定晶态排列。细胞成像实验表明,相比于非晶态的荧光纳米粒子,高效发光的荧光纳米晶显示出更优异的细胞成像效果。2.近红外发光的有机荧光纳米晶的制备及其性质研究设计合成了具有近红外发光特性的TB分子。首先,利用再沉淀法获得了球状形貌的非晶态纳米粒子TB NPs,其荧光量子产率仅为0.75%。其次,通过“一锅”超声乳化法,将两亲性聚合物m PEG5K-PLLA10K和m PEG5K-PCL10K与TB分子共组装,获得了具有块状形貌的近红外发光的纳米晶(m PEG5K-PLLA10K@TB NCs和m PEG5K-PCL10K@TB NCs),其发射波长分别为602nm和642nm,荧光量子产率分别为5.04%和2.73%。光物理性质的研究表明,相比于非晶态纳米粒子,分子结晶可以大幅增加辐射跃迁速率,提高荧光量子产率,实现了较强的近红外荧光发射。针对纳米晶的组装机制的研究发现,这种特殊的两亲性聚合物的疏水段侧链也可以有效的增强与TB分子间的超分子相互作用,进而诱导形成具有结晶性的有机纳米晶。相比于几乎不发光的非晶纳米粒子,TB荧光纳米晶可以发射出明亮的近红外荧光,表现出良好的细胞成像效果。
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