聚芳烃二炔类水溶性共轭聚合物的合成及其在传感器中的应用研究

【摘要】：近年来,共轭聚合物由于其特有的光学信号放大作用,在生物和化学传感器领域作为一种优良信号传输者而受到广泛的关注。水溶性是共轭聚合物应用于传感器领域中一个必不可缺的条件(如在金属离子和DNA、RNA等生物大分子的检测中)。共轭聚合物的水溶性可以通过在聚合物的侧链中引入一些水溶性基团(如季铵阳离子,羧基,磺酸基等)来解决。水溶性共轭聚合物能把信号放大作用和水溶性特点结合起来,可以实现对DNA,RNA,蛋白质等生物大分子和各种金属离子的高灵敏度检测。在此基础上,本论文设计合成了两类聚芳烃二炔类荧光共轭聚合物,其一是在共轭聚合物的侧链上连接季胺离子的阳离子共轭聚合物;其二是在共轭聚合物的侧链上连接糖苷的多羰基水溶性共轭聚合物。本文从荧光共轭聚合物的合成着手,以发展将所合成的共轭聚合物用于DNA和重金属Hg~(2+)的高灵敏检测为目标,主要开展了以下几方面的工作: (1)阳离子荧光共轭聚合物CPF_xC_y和CPF_xC_yB_z的合成 本文首先通过Glaser-Hay偶联反应合成了新型的主链上含不同摩尔比例的2,7-二炔芴和3,6-二炔咔唑基团及侧链上连接有氨基的荧光共轭聚合物PFxCy,再将这种叔胺聚合物与碘甲烷通过季铵化反应得到铵根阳离子共轭聚合物CPF_xC_y;此外,按照同样的方法还合成了掺杂少量2,1,3-苯并噻噁唑基团的三元阳离子共轭聚合物CPF_xC_yB_z。详细研究了所合成的叔胺及阳离子共轭聚合物在几种极性不同的溶剂中的紫外及荧光光谱,通过对比其光谱行为的变化,研究了阳离子共轭聚合物在水溶液中的聚集行为。 (2)阳离子荧光共轭聚合物CPF_xC_y用于DNA检测的研究 本文对该阳离子共轭聚合物CPF_xC_y应用于DNA的检测进行了初步研究,探讨了该阳离子共轭聚合物在不同化学环境下(如pH值,离子种类与浓度,缓冲溶液等)的光谱变化行为。结果表明所合成的阳离子共轭聚合物与不同浓度的DNA混合后具有与众不同的光谱变化行为(紫外光谱变化及荧光猝灭作用显著),这使该二炔类聚合物有望发展成为一种新型的具有高灵敏度及高选择性的DNA传感器。本研究工作将会为主链上引入丁二炔基的阳离子共轭聚合物的研究及其在生物检测应用中提供一定的理论依据。 (3)阳离子荧光共轭聚合物CPFC用于Hg~(2+)检测的研究 本文将阳离子共轭聚合物CPFC用于重金属Hg~(2+)的检测,发展了一种荧光增强型的具有高灵敏度和高选择性的Hg~(2+)传感体系(CPFC/K4[Fe(CN)6]),而且这种测试能在水溶液中进行,且无需借助任何昂贵的荧光探针,能实现对微摩尔级汞离子的裸眼检测,通过荧光检测对汞离子的响应浓度可达纳摩尔级,因此具有很强的实用价值。这一研究进一步发掘了二炔类阳离子聚合物在传感器领域中的应用潜力。 (4)糖苷化聚二乙炔类聚合物的结构设计合成及性能测试 聚二乙炔类聚合物在生物检测中有着极为广泛的应用,这种聚合物在应用中最主要的特点是在和被分析物结合前后表现出显著的颜色改变(由蓝变红)。把糖苷连接到聚二乙炔侧链,一方面提高聚二乙炔的溶解性,另一方面,糖苷作为受体可以与被分析物连接。本文设计合成了三种侧链含不同糖苷(包括葡萄糖苷,半乳糖苷和甘露糖苷)的聚二乙炔,并研究了这三种聚合物和Con A及E.coli的相互作用情况,结果表明只有甘露糖功能化的聚二乙炔能与Con A及E.coli相互作用,使得聚合物的荧光光谱发生显著改变。