水溶性共轭聚合物分子刷的研究进展

水溶性共轭聚合物研究属于国际前沿研究领域,因其具有水溶性和超级信号放大作用,在生物传感领域展现出良好的应用前景.但由于传统水溶性线型共轭高分子两亲性结构特点,其含有的憎水性刚性共轭链在水溶液中易聚集,水分子对共轭链激发态的影响导致其发光效率低(一般小于30%),严重制约了其应用与拓展.如何方便有效构筑高分子的高支化是获得高荧光效率的关键.在本篇综述中,我们综述了水溶性共轭聚合物分子刷的合成技术,分析了其结构与光学性质的关系,为水溶性共轭聚合物分子刷的设计和制备提供指导.另外,总结了水溶性共轭聚合物分子刷在化学生物传感、生物成像、药物运输、癌症治疗等领域的应用,最后对水溶性共轭聚合物分子刷存在的主要问题以及未来的热点方向进行了分析和展望!     

水溶性共轭聚合物研究与应用进展

近年来,在水溶性共轭聚合物(CPs)方面的研究备受瞩目,由于它包含了聚合物共轭主链良好的光电性质的同时还兼具了良好的水溶性,因此在光电功能信息器件中有着特殊的应用,并显著地推动了包括生物传感、电致发光器件、太阳电池和场效应晶体管等有机光电子材料及其器件的发展.本文对近几年来水溶性CPs的合成及其应用进展做出简要的总结,...     

基于水溶性共轭聚合物的蛋白质检测*

近年来,以共轭聚合物作为生物传感元件,在生物大分子（如核酸、蛋白质）特异性识别、检测方面的研究越来越受到人们的关注。共轭聚合物具有强的光捕获能力,具有倍增光学响应性,可用来放大荧光传感信号,大大提高检测的灵敏度,为生物传感器的发展提供了新的传感模式。基于共轭聚合物的新型生物传感器在医疗诊断、环境检测以及国家安全防御等方面具有广泛的应用前景。本文简要介绍了共轭聚合物的荧光信号放大机制以及在蛋白质、酶、抗原－抗体检测方面的应用。最后对共轭聚合物在蛋白质检测方面的未来发展趋势进行了展望。     

水溶性含糖共轭聚合物的制备及应用

水溶性共轭聚合物具有优异的光学稳定性、高亮度、易于修饰和水溶性等特点,广泛应用于离子检测、蛋白检测和生物成像等领域。水溶性共轭聚合物主要通过在共轭聚合物的侧基或端基修饰水溶性的离子基团或水溶性聚合物实现其水溶性,水溶性共轭聚合物还可以通过引入功能性基团或聚合物使其具备不同的功能特性。糖化合物是天然存在的一类生物分子且大部分具有水溶性的特点,因此最近十几年来科研工作者将糖化合物引入共轭聚合物中以赋予共轭聚合物糖化合物的生物功能特性。本文总结了水溶性含糖共轭聚合物的制备方法、化学结构及其在凝集素、细菌检测和细胞荧光成像中的应用。最后总结了此类聚合物的特性、发展方向及目前所需解决的问题。     

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.     

基于能量转移机理的水溶性荧光共轭聚合物体系的设计制备及应用

水溶性共轭聚合物由于具有优异的光学性能,如强大的光捕获能力和独特的分子线效应,在化学、生物和医疗领域都有良好的应用前景。共轭聚合物受光激发后,所产生的激子可以沿着长程共轭的π骨架自由迁移,在分子骨架的任何位点都可以转移给能量受体,从而实现高效的能量传递。因此,水溶性共轭聚合物适合于构建各种能量传递体系,从而实现荧光信号放大、多色发光、活性氧产生效率提高等光学性能的优化。本文简述了基于水溶性共轭聚合物构建能量转移体系的原理和方法,总结了其在生物传感、生物成像、光动力杀菌和光动力抗癌等领域的应用,最后对水溶性共轭聚合物存在的主要问题以及未来的发展方向进行了分析和展望。     

水溶性荧光共轭聚合物在检测出血热病毒中的应用

利用出血热病毒抗体-L133/抗原-EHF对水溶性荧光共轭聚合物聚(5-甲氧基-2-(3-磺酰化)丙氧基-1,4-对苯撑乙烯), (简写为MPS-PPV)荧光的增强/猝灭作用、抗原-EHF与抗体-L133之间的特异性相互作用及作用前后荧光强度的变化, 建立了一种基于水溶性荧光共轭聚合物荧光猝灭可逆的高灵敏、均相免疫测定新方法, 实现了出血热病毒抗 原-EHF的快速、灵敏检测, 检测抗原-EHF的线性范围是4.8×10^－9～5.0×10^－8 mol/L, 检出限为1.7×10^－9 mol/L. 实验表明, 生物分子对聚合物的荧光增强或猝灭不仅是静电作用, 而且还表现为聚合物形态构造的变化.     

共轭聚合物在生物传感与生物医药领域的研究进展

共扼聚合物(CPs)是一类具有离域π-π共轭骨架的高分子材料,在生物医药领域显示了广阔的应用前景.相比于传统的荧光小分子材料,共轭聚合物由于具有优异的光捕获能力、高的单线态氧产率及良好的生物相容性等优势受到了广泛关注.本文从共轭聚合物的结构设计和性能调控的角度出发,重点总结了本课题组近十年来在共轭聚合物的设计合成及其在...     

荧光共轭聚合物在生物大分子检测中的应用*

共轭聚合物因其具有π-电子体系及共轭离域结构,一般都具有优异的发光性能,其发光强度和发射波长会随被检测化合物结构的不同而发生特异性响应,特别是在与被检测物相互作用过程中所产生电荷和能量能够沿共轭分子链进行有效传递,成倍放大这种作用,从而有效提高了检测灵敏度,这比相应的小分子化合物更具有优越性。目前共轭聚合物已被用于开发新型化学、生物传感器,尤其是在生物分子检测方面的应用得到迅速的发展。本文总结了近年来荧光共轭聚合物在生物传感方面的研究进展,主要讨论共轭聚合物在蛋白质、核酸及毒素检测中的应用。     

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。     

Conjugated Polymers for Optoelectronic Applications

Novel conjugated polymers containing carbazole, phenothiazine or triphenylamine units in the main chain were designed and synthesized via Wittig, Knovenagel or Heck condensations respectively. A majority of them have good solubility in common organic solvents, high thermal stability and good hole-injection ability. Their diluted solutions in THF showed strong absorption with the absorption maximum in the range of 294∼470 nm and the optic band gaps located in the range of 1.90∼2.75 eV. When irradiated by ultraviolet or visible light, the diluted solutions in THF of the polymers emitted light from purple to yellow color with the emission maximum in the range of 347∼597 nm and the full width at half maximum located in the range of 59∼119 nm. Several polymeric light-emitting diodes (PLEDs) devices were fabricated using these polymers as light-emitting materials, and a double-layer device composed of ITO/PEDOT:PSS/PQTN/Mg:Ag showed a good performance, in which the maximum brightness was measured as 2434.0 cd/m² under a 11.0 V forward bias voltage. Photovoltaic devices were also investigated using these polymers as an active layer, and a device composed of ITO/PNB/PTCDI-C₁₃/Al showed a good performance, which was estimated to have external quantum efficiency at around 1% at 330 nm. From these preliminary experimental results, we may infer that these polymers are good light-emitting materials for PLEDs; while for photovoltaic applications, their absorption spectra need to be further improved to match the solar illumination.     

基于共轭聚合物的核酸生物传感器的应用

共轭聚合物的π电子体系及共轭离域结构,使其具有良好的发光性能。聚合物链可充当“分子导线”,能够成倍放大光学信号,从而有效提高检测灵敏度。而核酸适体(aptamer)在特异性、与靶物质亲合力、信号传导方面比其他识别元件具有更大的优势,因此共轭聚合物的核酸生物传感器在生物检测方面得到了迅速发展。本文主要总结了近年来共轭聚合物的核酸生物传感器在生物检测方面的应用,并进一步对该类型传感器的发展趋势作出了展望。     

Nanostructured Conjugated Polymers for Energy‐Related Applications beyond Solar Cells

To meet the ever‐increasing requirements for the next generation of sustainable and versatile energy‐related devices, conjugated polymers, which have potential advantages over small molecules and inorganic materials, are among the most promising types of green candidates. The properties of conjugated polymers can be tuned through modification of the structure and incorporation of different functional moieties. In addition, superior performances can be achieved as a result of the advantages of nanostructures, such as their large surface areas and the shortened pathways for charge transfer. Therefore, nanostructured conjugated polymers with different properties can be obtained to be applied in different energy‐related organic devices. This review focuses on the application and performance of the recently reported nanostructured conjugated polymers for high‐performance devices, including rechargeable lithium batteries, microbial fuel cells (MFCs), thermoelectric generators, and photocatalytic systems. The design strategies, reaction mechanisms, advantages, and limitations of nanostructured conjugated polymers are further discussed in each section. Finally, possible routes to improve the performances of the current systems are also included in the conclusion.     

新型共轭聚合物的设计合成及其在场效应晶体管的应用

近年来,有机场效应晶体管(OFETs)由于在柔性器件和可穿戴电子学中的潜在应用受到了学术界和工业界的普遍关注,尤其是以聚合物半导体材料构筑的晶体管性能得到了快速的发展.如何设计合成用于OFETs的高性能聚合物半导体材料,一直是我们的追求目标.然而,分子结构对迁移率的影响仍缺少系统的比较.本文综述了近年来国内外新型聚合物材料的最新进展.我们按照材料的种类以及载流子的传输类型进行了分类,对高性能聚合物材料的发展过程、材料的设计思路以及相应的FETs性能进行了系统地归纳总结.通过研究分子及分子聚集态结构与器件性能之间的关系,希望为以后设计合成新型的高性能的聚合物材料提供有益的借鉴和指导.     

含噻吩窄带隙共轭聚合物类太阳能电池材料的研究进展

含噻吩的窄带隙共轭聚合物类太阳能电池材料因其良好的稳定性和可加工性,已成为新型太阳能电池的研究热点。本论文主要介绍了用于太阳能电池的窄带隙共轭聚合物研究进展,按其结构特征分为烷基/烷氧基取代聚噻吩、含苯基聚噻吩、基于噻吩并吡嗪的共聚物、基于噻吩并噻唑的共聚物、基于噻吩并吩噻嗪的共聚物、基于烷基芴的共聚物以及其它种类的窄带隙的共轭聚合物,并对它们的结构特点、光学带隙、合成方法进行了归纳与总结。本文最后简要介绍了该研究领域目前所面临的一些问题,同时讨论了该类材料在此领域今后的发展趋势。     

树枝状共轭聚合物研究

本文介绍了树枝状共轭聚合物的最新发展,包括全共轭、部分共轭树枝状聚合物及树枝化共轭聚合物的特点及其在电致发光、电极、传感器以及光探测等领域的功能化应用;详细讨论了包括代数、支化单元、端基、核、金属离子的络合等结构因素以及溶剂和浓度等工艺因素对电荷传输的影响;并进一步提出该领域研究前景及有待于解决的问题.     

树枝状共轭聚合物研究

本文介绍了树枝状共轭聚合物的最新发展,包括全共轭、部分共轭树枝状聚合物及树枝化共轭聚合物的特点及其在电致发光、电极、传感器以及光探测等领域的功能化应用;详细讨论了包括代数、支化单元、端基、核、金属离子的络合等结构因素以及溶剂和浓度等工艺因素对电荷传输的影响;并进一步提出该领域研究前景及有待于解决的问题。     

高灵敏共轭聚合物化学传感器

金属离子和化学小分子的检测在人类健康、环境污染以及食品安全等领域具有重要意义,科学工作者们已经在设计、发展高灵敏化学传感器方面进行了大量研究。在过去的几十年里,共轭聚合物由于其卓越的光电性质,引起了人们极大的关注,并取得了众多革命性科技进展。最近,利用共轭聚合物的荧光信号放大机制,人们设计、发展了一系列新型的化学和生物传感体系。共轭聚合物的信号传感机制包括电子转移,荧光共振能量转移以及共轭聚合物聚集或构象改变。本文主要介绍我们实验室在利用共轭聚合物实现金属离子和化学小分子荧光检测方面取得的进展,并对未来发展方向与面临的挑战进行了讨论。     

Syntheses of Conjugated Polymers for Photonics

Summary: By the Suzuki coupling reaction of 9,9-dioctyl-2,7-bis(1,3,2-dioxaborinan-2-yl)fluorene ( I ) and 3,5-di-tert-butylphenyl 2,5-dibromobenzenesulfonate ( II ) the alternating poly{[9,9-dioctylfluoren-2,7-diyl]-alt-[2-(3,5-di-tert-butyl-phenoxysulfonyl)-1,4-phenylene]} ( III ) was synthesized. Alkaline hydrolysis of III gave a conjugated polyelectrolyte carrying sulfonic acid groups ( IV ). Monomers 2,5-dibromo-3-[2-(pyren-1-yl)vinyl]thiophene and 2,5-dibromo-3-[2-(quinolin-4-yl)vinyl)thiophene were prepared and copolymerized with I to afford poly{[9,9-dioctylfluoren-2,7-diyl]-alt-[3-(2-(pyren-1-yl)vinyl)thiophen-2,5-diyl]} ( V ) and poly{[9,9-dioctylfluoren-2,7-diyl]-alt-[3-(2-(quinolin-4-yl)-vinyl)thiophen-2,5-diyl] ( VI ), respectively. Conjugated backbone of V contains the conjugated pyrene unit in the side chain. Similarly the side chain of VI contains the conjugated quinoline structure unit which can be for instance protonated. By the Suzuki polycondensation reaction of I and of the prepared methyl 3-(2,7-dibromocarbazole-9-yl)propionate ( VII ) the new poly{[9,9-dioctylfluorene-2,7-diyl]-alt-[9-(2-methoxycarbonylethyl)carbazole-2,7-diyl]} ( VIII ) was synthesized and characterized.