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基于半导体聚合物纳米粒子的比率传感与成像分析 摘要 半导体聚合物纳米粒子(Semiconducting polymer nanoparticles, SPNs)是一类由半导体聚 合物制备而成的纳米荧光材料，具有高荧光亮度、快速辐射速率、优良光稳定性、低细胞 毒性和易于表面功能化等优点，被广泛应用于细胞标记、生物传感和活体成像等生物医学 方面。本论文基于SPNs 独特优势，结合比率型检测技术的自我校准提高检测准确性的特点， 构筑了两种比率型纳米荧光传感器，分别用于铜离子(Cu2+)与次氯酸(HClO) 的检测和生物成 像。主要工作内容如下： (1) 碳点(Carbon dots, CDs)/聚芴-4,7-二噻吩-2,1,3-苯并噻二唑纳米粒子(PFDBT-5 SPNs) 复合荧光探针制备及Cu2+ 比率荧光传感 将带正电荷且对Cu2+有响应的CDs 通过静电吸附作用修饰在比表面积较大且带负电的 PFDBT-5 SPNs 上，制备出双发射荧光探针CDs/PFDBT-5 。该比率荧光探针中的CDs 能选 择性识别Cu2+而导致CDs 荧光猝灭，基于此，实现了Cu2+ 的比率荧光检测。在最优化实验 条件下，Cu2+ 的检测范围为0-100 μM，检出限(LOD)为0.577 μM，用于水样中Cu2+ 的检测 结果令人满意。该探针具有制备简单、水溶性好、灵敏度高且线性响应范围宽等优点。在 此基础上，进一步制备了比色传感器，结合智能手机中颜色识别器程序实现了 Cu2+ 的便携 式、可视化检测。 (2) 基于PFO-PFPV SPNs 的光加速选择性氧化猝灭机制的次氯酸比率传感和成像分析 构建了一种基于SPNs 的比率荧光纳米探针，基于光加速氧化猝灭调节的荧光共振能量 转移(FRET)机制，用于HClO 在体内和体外的传感和成像。聚[(9,9-二辛基-2,7-二亚乙烯基 芴)-alt- {2- 甲氧基-5-(2- 乙基己氧基)-1,4-亚苯基}](PFPV) 中的碳碳双键(C=C)可以被次氯酸 (HClO)氧化而形成醛类，最后进一步转化为羧酸类，而PFO 由于不易氧化而对HClO 不敏 感。紫外照射能够加速上述氧化反应进程。基于这种现象，我们构筑了用于 HClO 传感的 比率型探针PFO-PFPV SPNs。该比率型荧光传感平台不需要考虑复杂的合成过程和表面功 能化修饰。此外，其良好的水溶性、低细胞毒性和超高亮度为 HClO 生物传感应用奠定了 良好的基础。最终该探针成功实现了对体内外HClO 的快速检测。 关键词：半导体聚合物纳米粒子；铜离子；次氯酸；比率传感；荧光成像 安徽师范大学硕士毕业论文 第一章 半导体聚合物纳米粒子概述 1 半导体聚合物纳米粒子概述 1.1 半导体聚合物纳米粒子简介 半导体聚合物(Semiconducting polymers, SPs)是一种具有π-共轭骨架和易于修饰的电学 和光学性质的高分子，自从对其导电性有广泛认识之后，这类材料受到了越来越多的关注 [1,2] ，在光电子器件和生物医学领域都有着广泛的应用[3] 。由于半导体聚合物是由许多像 同芳香族或杂芳香族化合物这样的有机 π-共轭单元组成，因此电子可以通过跳跃、隧穿或 其他相关机制在整个聚合物链中离域。激子从而可以沿着聚合物链扩散到邻近的受体。激 子迁移和Förster 共振能量转移能够导致半导体聚合物的能量转移放大[4] 。然而，SPs 是完 全有机和生物惰性的，Wang 课题组[3]则利用纳米共沉淀方法将有机SPs 转移到水介质中， 通过将溶解在有机溶剂 （如四氢呋喃）中的 SPs 沉淀到水介质中，生成半导体聚合物纳米 粒子(Semiconducting polymers nanoparticles, SPNs)悬浮液，由于SPNs 在本质上规避了重金 属离子对生物的毒性问题，因而具有良好的生物相容性，故其在生物传感和生物成像应用 中表现出良好的光稳定性和良性的生物相容性[5] 。 Figure 1. Examples of several chemical structures of semiconductor polymers. [2]