两种荧光共轭聚合物纳米粒子的简易制备及其在生物分析中的应用

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共轭聚合物纳米粒子(Conjugated Polymer Nanoparticles,CPNs),是一种以共轭聚合物为主要组分的、具有纳米颗粒属性的新型水溶性纳米粒子。因具有高荧光亮度、高光稳定性、高发射速率、低的细胞毒性及表面修饰策略丰富等特点,使得CPNs在荧光传感、生物成像及光动力治疗等领域具有广阔的应用前景。此外,CPNs还具有独特的电学特性,在半导体材料、电子元器件等材料科学领域也表现出巨大的应用潜力。然而,现有制备共轭聚合物量子点的方法存在制备过程复杂、废液排放、无法大量制备、品种少、成本高等问题。因此,随着CPNs应用领域的拓展和使用推广的深入,开发新的快速、简易制备CPNs的合成方法具有十分重要的意义。本论文主要针对CPNs研究领域的上述科学性问题,选用常见化学试剂为聚合单体,利用不同的聚合反应,发展了两种可在较温和的条件下快速、大量制备荧光CPNs的方法。此外,论文也系统地研究上述方法所制备CPNs的物理、化学性质,探讨了这些CPNs在生物传感与成像分析中的应用。具体工作如下:(1)荧光共轭聚邻苯二胺纳米粒子的简易制备及其生物体内甲醛成像中的应用聚邻苯二胺及其衍生物作为聚合物纳米材料成为近年来高分子纳米材料的研究热点之一。然而,聚邻苯二胺类纳米粒子作为荧光材料的研究极少。因此,制备尺寸较小的聚邻苯二胺(PoPD)纳米粒子并研究其在荧光传感及成像方面的应用具有重要意义。本文在温和的条件下合成了不同结构的聚邻苯二胺(PoPD)纳米粒子(对于荧光聚合物纳米粒子来说,PoPD纳米粒子也是一种简易、快速制备的荧光聚合物品种),并对其光学性能及其在甲醛(FA)传感中的应用进行了研究。其中,以HNO3为聚合介质,H2O2为氧化剂合成的PoPD纳米粒子(N-PoPDNPs)对FA具有良好的传感性能。因此,我们进一步研究了N-PoPDNPs在FA传感和生物成像方面的应用潜力。所制备的N-PoPDNPs不仅对FA具有特异性响应,并且具有良好的双光子性能。据我们所知,尚未有用于FA检测的双光子纳米荧光探针的报道。基于以上优点,本文报道的N-PoPDNPs荧光探针在活细胞FA的监测中具有广阔的应用前景。(2)通过席夫碱反应一锅合成超小尺寸的共轭聚合物点及探究其在监测溶酶体p H方面的生物应用发展新型简单、能够大量制备的合成方法是实现共轭聚合物纳米点(CPdots)进一步应用的重要前提。本章介绍了一种基于席夫碱缩合反应的简单方法,可在室温下制备超小尺寸的CPdots。在盐酸催化下,邻苯醌与邻苯二胺通过席夫碱化学方法制备的新型CPdots(OOPdots),其具有小尺寸,分布均匀、红色荧光和高量子子产率等优良性能。由于OOPdots表面含有丰富的亚胺和氨基,可通过表面电荷调节,实现p H诱导的自组装或解离。上述特性使得所制备的OOPdots可以作为p H探针。此外,OOPdots也是一种无需功能化修饰的溶酶体靶向探针,可用于活细胞和斑马鱼成像。本工作不仅拓展了CPdots在生物成像领域的应用范围,而且为其快速、大量制备提供了指导思路和备选策略。
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