基于荧光共轭聚合物的金属离子检测

以聚乙炔、聚芴、聚噻吩、聚苯撑为代表的荧光共轭聚合物,由于具有独特的光学性能、自组装性能和结构与性能的可调控性,可作为优异的光学传感材料。利用其具有较高摩尔消光系数和荧光量子产率的特点,可设计具有较高灵敏度和选择性的传感器,这已成为生物传感领域的研究热点。以荧光共轭聚合物为基础的金属离子检测,最初是以非水溶性的共轭聚合物为主,通过金属离子与聚合物链上特定基团(如吡啶、冠醚)的结合引起的聚合物荧光性质的变化可实现对某些离子的检测。在共轭聚合物主链上引入亲水性侧链,可大大增强共轭聚合物的水溶性,为金属离子的生物传感检测提供了新的思路,例如可引入能与金属离子结合的生物分子(如DNA、糖基等)来设计传感策略,进一步提高检测的特异性和灵敏度。本文综述了近年来以非水溶性和水溶性荧光共轭聚合物为传感材料,对具有重要生物学意义的重金属离子(Hg²⁺、Pb²⁺)、过渡金属离子(Cu²⁺、Eu³⁺、Ni²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Ru³⁺、Ag⁺)和碱金属离子(K⁺、Na⁺、Li⁺)进行高灵敏度检测方面的研究进展,并对该领域的发展前景进行了展望。     

生物素功能化水溶性共轭聚合物的合成、表征及其生物分析应用

以四（三苯基膦）钯/碘化亚铜为催化剂,利用Sonogashira偶联反应,合成了一种主链含芴炔苯结构的侧链生物素（biotin）修饰的具有蓝光发射特性的水溶性共轭聚合物（PFPNBr-biotin）. 其结构通过核磁共振和红外光谱进行表征;分子量（分布）利用凝胶渗透色谱进行表征. 研究了该聚合物在不同溶剂、不同浓度及不同pH环境中的光物理性质变化. 与未功能化的共轭聚合物相比,这种生物素功能化的聚合物对亲和素蛋白显示出较高的选择性. 目前,生物素-亲和素系统已在生物分析领域广泛使用,因此,该聚合物在生物分子的特异性检测、荧光标记、细胞及分子成像等领域具有较好的应用前景.     

基于阳离子型共轭聚合物和核酸适体的腺苷检测新方法

建立了一种基于阳离子型共轭聚合物和核酸适体的腺苷检测新方法. 荧光素修饰的短链DNA与腺苷的核酸适体部分互补, 形成双链DNA; 阳离子型共轭聚合物通过静电作用与双链DNA结合, 发生高效率的荧光共振能量转移(FRET). 加入腺苷后, 腺苷与核酸适体发生特异性结合, 导致双链DNA分解成单链, 使静电吸引力下降, 能量转移效率降低. 通过阳离子型共轭聚合物对单双链DNA的高效识别, 可快速简易地检测出腺苷.     

π-共轭体系超分子自组装

π-共轭体系因其分子结构的可设计性以及优异的光电性质得到了广泛的研究,其超分子自组装在制备结构复杂、规则的功能纳米材料方面表现出了显著的优势,且是调控材料宏观性质的一种有效的方法.因此,π-共轭体系超分子自组装已经成为近年来信息、材料、生物等前沿领域的研究热点.本文综述了π共轭体系超分子自组装的机理、外界环境的导向作用、自组装形态以及其在光电器件、生物传感等方面的应用研究,进一步提出了该领域尚待解决的问题并对其应用前景进行了展望.     

基于水溶性共轭聚合物分子刷的高灵敏凝血酶生物传感器

以刷子状水溶性共轭聚芴（PFNI）为传感材料,以荧光素标记的核酸适体（FAM-apt15）为探针,设计了一种检测凝血酶的高灵敏度蛋白质传感器. PFNI的刷状结构带有大量正电荷,与负电荷的柔性单链核酸探针形成静电复合物,使能量供体（PFNI）与受体（FAM）之间的距离较近,发生高效荧光共振能量转移（Föster resonance energy transfer,FRET）. 当探针与靶凝血酶结合时,形成刚性且体积较大的G-四链体/凝血酶复合物,由于体积位阻和密集的刷子的阻碍作用,PFNI与FAM之间的距离被拉大,FRET效率显著降低. 对缓冲溶液中凝血酶检测的最低检测限可达0.05 nmol/L. 与基于线型共轭聚合物的蛋白质检测方法相比,灵敏度提高了至少一个数量级.     

基于阳离子型共轭聚合物和核酸适配体的高灵敏铅离子快速检测方法

建立了基于主链含芴的阳离子型对芳撑乙炔衍生物(poly{[9,9-bis(6’-(N,N,N-diethylmethyl ammonium) hexyl)-2,7-fluorenyleneethynylene]-alt-co-[2,5-bis(3 '-(N,N,N-diethylmethylammonium)-1’-oxapropyl)-1,4-phenylene] tetraiodide},PFEP)和核酸适配体快速检测Pb2+的新方法.使用选择性更高的核酸适配体序列,有效降低了Hg2+对Pb2+检测的干扰,提高了检测的选择性和灵敏度.用于识别Pb2+的核酸探针(TBAA)末端月用荧光素标记(5’-6-FAM-GGAAGGTGTGGAAGG-3’).当其与pb2+发生特异性结合时,形成电荷密度高于单链DNA的G-四链体结构,与PFEP之间的静电作用增强,使能量供体(聚合物)与受体(荧光素)之间的距离拉近,发生更高效的荧光共振能量转移(Fluorescence resonance energytransfer,FRET).其它金属离子由于不能和TBAA结合,且金属离子本身对聚合物和荧光素的荧光有一定程度的猝灭,因此其FRET信号远低于空白对照.本方法快速、灵敏,几分钟内即可完成检测,常见金属离子均不干扰检测.对湖水中Pb2+的检测限为1 nmol/L,远低于饮用水国家标准中对Pb2+浓度的限量标准.本方法为水中Pb2+的检测提供了一种简便、快速、高效的新方法.     

基于水溶性共轭聚合物分子刷的肿瘤标志物快速检测

以水溶性聚对苯撑乙炔分子刷(PPEB)为传感材料,荧光素标记的多肽为识别探针,设计了一种可实现肿瘤标志物快速、灵敏检测的蛋白质传感器。PPEB的刷状结构带有大量正电荷,与带负电荷的多肽形成静电复合物,使能量供体(PPEB)与受体(荧光素)之间的距离较近,发生高效荧光共振能量转移(FRET)。当多肽探针被前列腺特异性抗原(PSA)识别并切割为更小的寡肽片段时,由于肽段所带电荷量和等电点的变化,其与PPEB之间的静电作用减弱,能量供体和受体之间的距离增大,FRET效率降低。该传感器对PSA的检测可在40min内完成,具有良好的特异性和灵敏度。     

共轭聚合物的功能化及在生物/化学分析领域的应用

共轭聚合物具有电子高度离域的共轭结构及优异的光吸收和发射特性,在有机电子、化学/生物传感、医学诊断及生物成像等领域具有广泛的应用。特定基团功能化的共轭聚合物含有可特异性识别生物/化学分子的功能基团(如糖基、生物素、羧基、氨基酸、肽段、核酸、抗体、氨基、巯基等),进一步拓宽了共轭聚合物在生物/化学分析领域的应用。本文从功能化基团的不同类别出发,对近年来共轭聚合物的功能化方法及其在生物/化学分析领域的应用(如蛋白质、病原体、Hg2+、Pb2+检测)进行了综述,并对该领域的发展前景进行了展望。     

HA-AuNPs/FDF用于透明质酸酶的高灵敏检测、肿瘤靶向细胞荧光成像和光疗

本工作构建了一种新型复合纳米诊疗剂HA-AuNPs/FDF,用于透明质酸酶(HAase)的高灵敏荧光检测、肿瘤靶向荧光成像和光动力/光热协同治疗.吡咯并吡咯二酮基共轭小分子(FDF)与肿瘤靶向生物分子透明质酸(HA)功能化的金纳米粒子(HA-AuNPs)通过静电作用自组装形成HA-Au NPs/FDF. FDF在近红外光激发下产生较强的荧光, HA-AuNPs会通过荧光共振能量转移效应(FRET)猝灭FDF的荧光.然而,肿瘤细胞中过表达的透明质酸酶(HAase)能使HA逐渐降解, FDF被释放,从而荧光逐渐恢复. HA-AuNPs/FDF的荧光恢复程度与HAase的浓度有很好的线性关系,可用于快速定量检测HAase.而且, HA-AuNPs/FDF作为透明质酸酶激活的荧光探针成功地用于人宫颈癌肿瘤HeLa细胞的靶向荧光成像,细胞实验结果证实它能通过光动力/光热协同治疗有效抑制HeLa细胞的增殖.该体系为实现精准高效的肿瘤诊疗拓展了思路.