本论文设计、合成了系列新型水溶性共轭聚芴材料，研究了它们在生物识别及传感、细胞成像和转染以及药物输送中的应用，另外利用小分子对药物阻抗进行基因调控方面进行了探索，主要研究内容如下：　　 1．发展了一种灵敏度高、选择性好的荧光检测方法，实现了DNA的快速检测。这种方法结合了分子信标在单碱基错配检测方面以及共轭聚合物在信号放大方面的优势。检测体系由阳离子水溶性共轭聚合物(PFP-NMe3+)，5端标有荧光素(F1)的分子信标探针(DNAP-F1)，以及双链专一性嵌入试剂溴乙锭(EB)组成。由于静电相互作用，拉近了PFP-NMe3+与DNAP-F1之间的距离，从而能够发生从PFP-NMe3+到荧光素的有效的荧光共振能量转移(FRET)。当加入与探针分子颈环部分序列互补的目标分子时，DNAP-F1的构象就会有分子信标结构转换为双链结构(dsDNA)，此时，EB能够有效地嵌入双链，从而能够发生从PFP-NMe3+到荧光素，紧接着从荧光素再到EB的双重FRET。通过检测荧光素或EB的荧光强度变化，从而实现对目标核酸序列的检测。由于错配碱基的存在很难或不能诱导DNAP-F1的构象从颈环结构转换成双链结构，因此可以实现对单个碱基错配的检测。　　 2．结合阳离子水溶性共轭聚芴的信号放大效应以及循环自催化DNA杂交方法实现了对DNA的双重信号放大检测。这种新的检测体系通过把两种信号放大过程组合在一起使DNA的检测限能达到10fmol，极大地提高了利用阳离子共轭聚合物进行DNA检测的灵敏度。　　 3．构建了由阳离子共轭聚合物和带负电的Y-DNA组成的静电复合物体系，Y-DNA的末端分别被荧光素(F1)、Tex Red和Cy5标记，共轭聚合物与这些染料间可发生多重能量转移。由于不同的染料标记DNA序列可以被特异性核酸酶水解，因此通过观察不同染料最大发射波长处的荧光强度变化，构建了多种逻辑系统，并且以逻辑信号的方式实现了对单个酶以及多种酶同时存在的高灵敏检测。　　 4．制备和表征了侧链带有共轭聚合物基团的发光微凝胶(PFP-NIPAm)。通过将共轭聚合物基团共价修饰到微凝胶上很好地解决了普通掺杂染料制备发光微球存在的渗漏问题，从而也很好地保证了发光微球的光稳定性。PFP-NIPAm微凝胶可作为光学传感平台用于DNA和酶检测。更重要的是，由于带正电荷的PFP-NIPAm微凝胶主要是通过静电与带负电荷的分析物进行作用的，因此只需要用较高盐浓度的水溶液就能解除这种相互作用，释放分析物，从而使PFP-NIPAm微凝胶能够很容易地得以重复利用。值得一提的是，PFP-NIPAm微凝胶将基于共轭聚合物的检测从均相扩展到类固相的凝胶相，大大增加了利用水溶性共轭聚合物进行生物检测在实际领域检测的可能。此外，利用PFP-NIPAm微凝胶在紫外灯下还可以实现可视检测，不需要昂贵的仪器设备，从而有助于实现高通量检测。　　 5．合成和表征了端基带有酪氨酸基团的新型水溶性寡聚小分子荧光探针(OPV-Tyr)。加入酪氨酸酶以后，酪氨酸基团被氧化形成具有荧光猝灭能力的醌。通过分子内的电子转移作用，OPV-Tyr的荧光被高效的猝灭，所以通过加酶前后小分子探针荧光强度的变化可实现对酪氨酸酶的检测。该检测在均相溶液中以及琼脂糖凝胶中都能实现。　　 6．制备和表征了侧链修饰有脂质结构的阳离子共轭聚合物荧光纳米颗粒(PFPL)。PFPL是一种双亲结构，其结构具有两个独特的优势：首先，脂质体具有很好的生物相容性，非常容易进入细胞，它为共轭聚合物的骨架提供保护层；其次，共轭聚合物侧链末端的季铵化结构为其增加了新的功能，即就是能与带负电的质粒形成静电复合物，使其作为基因运输的载体。PFPL在水溶液中能形成尺寸均一，约为50nm左右的纳米颗粒。这些颗粒具有很好的光稳定性和生物相容性，且能很容易地进入细胞（4h之内）实现细胞的成像。此外，PFPL纳米颗粒能将质粒(pCX-EGFP)载入到肺癌细胞(A549)中进行转录和翻译，因此我们能用荧光显微镜来观察质粒进入细胞的过程以及GFP的表达过程。PFPL纳米颗粒在细胞成像以及监测细胞内重要的生物过程方面表现出重要的应用前景。　　 7．设计、制备了正电荷共轭聚合物(PFO)和负电荷的侧链接有抗癌药物阿霉素(Dox)的聚谷氨酸(PG-Dox)所形成的静电复合物(PFO/PG-Dox)。PFO/PG-Dox在水溶液中能形成尺寸约为50nm左右的颗粒。PFO具有细胞成像所必须的高发光性能、良好的光稳定性和低毒等特点。在静电复合物PFO/PG-Dox中，共轭聚合物的荧光被具有醌式结构的Dox通过电子转移过程高效的猝灭，使其荧光处于“Turn-off”状态。当PFO/PG-Dox纳米颗粒被羧肽酶水解后或被癌细胞内吞进细胞后，聚谷氨酸在溶酶体内被水解酶水解释放出Dox，伴随着Dox的释放，PFO的荧光逐渐恢复，使其处于“Turn-On”状态。这种多功能PFO/PG-Dox复合体系可以将药物输送到癌细胞内，通过PFO荧光恢复来检测药物释放的同时还可进行细胞成像，实现了共轭聚合物在同时实现细胞成像以及药物运输方面的新应用。　　 8．构建了一个含有茶碱专一性适配子的核酶开关，该开关可根据外界加入的茶碱量来调控β-内酰胺酶的表达。茶碱的存在能诱导核酶开关发生构象变化，从而使核酶处于激活状态。激活的核酶能消化编码β-内酰胺酶的mRNA的PolyA保护尾巴，使mRNA易被细胞内的酶降解，从而降低β-内酰胺酶的表达。非抗生素类小分子茶碱可作为辅剂来有效地保持现有抗生素的抗菌能力。因此，非抗生素类小分子诱导的RNA调控系统为调控药物阻抗提供了新技术与新思路。　　 9．制备了荧光信号编码的多色微米颗粒。通过改变主链以及侧链的结构设计合成了红、橙、蓝、绿四色荧光的水溶性共轭聚合物。这些共轭聚合物由于其两亲性结构，在水溶液中可自组装成尺寸约为50nm左右的纳米颗粒。更重要的是，利用红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色共轭聚合物纳米颗粒与大肠杆菌的相互作用，制备了荧光信号编码的多色微米颗粒，实现了多色调控，并成功用于细胞成像和流式细胞分析。