基于荧光共轭聚合物的新型光功能复合薄膜材料的设计制备及其生物应用研究

Fluorescent conjugated polymers (CPs) are a kind of important optical sensing material due to their unique optical properties. Thus, CPs have been widely applied in biological sensing and cellular imaging. Design and preparation of novel photofunctional composite films based on CPs will benefit an efficient, fast and high throughput analysis of biomolecules. However, CPs often suffer from π-π stacking at solid state, which may lead to the significant fluorescence self-quenching and further weaken the detection performance. Through combining the CPs with noble metal nanomaterials, the optical properties of fluorescent CPs could be improved facilely by metal-enhanced fluorescence effect of noble metal nanomaterials. In this project, we will design and prepare novel photofunctional composite films based on CPs and noble metal nanomaterials. The system can capture and release CPs labeled cells in a controlled way. With the metal-enhanced fluorescence effect of the system, the activities of cells can be transduced into responsive fluorescent signals. Accordingly, real-time monitoring of cell activity will be achieved with the novel photofunctional composite films.

荧光共轭聚合物因其独特的光学特性，已成为一类重要的光学传感材料，并广泛应用于生物传感及细胞成像等领域。设计并制备基于共轭聚合物的新型光功能复合薄膜体系及其器件，将有利于实现生物分子的高效、快捷及高通量分析。但由于共轭聚合物在薄膜体系中，容易产生堆积而导致荧光淬灭，因此将降低检测性能。如将荧光共轭聚合物与贵金属纳米材料相复合，利用贵金属材料的表面等离子体共振增强荧光效应，可以有效提高并改善荧光共轭聚合物的发光性能。本项目拟设计并制备基于荧光共轭聚合物和贵金属纳米材料的新型光功能复合薄膜体系，该体系可有效捕获并可控释放标记有荧光共轭聚合物的细胞。利用体系内所产生的表面等离子体共振增强荧光效应，将细胞的微观活动转换为可调控的荧光信号，达到实时监测细胞微观活动的目的。

荧光共轭聚合物因其独特的光学特性，已成为一类重要的光学传感材料，并广泛应用于生物传感及细胞成像等领域。但在实际生物应用过程中，共轭聚合物容易产生堆积而导致荧光淬灭，因此降低其检测性能。在本项目的研究中，我们基于荧光共轭聚合物的光物理特性，深入研究了共轭聚合物聚集结构中电子和能量转移的调控机制。通过引入受体分子，优化给体与受体分子的堆积结构，减少共轭聚合物自身π-π堆积，有效调控共轭聚合物聚集结构的发光特性。设计制备新型的贵金属纳米簇材料，深入研究有机配体结构对其在生物体系中发光稳定性的影响机制。通过对金纳米簇配体结构进行功能化修饰，减少生理环境对配体-金属电荷转移的影响，避免聚集诱导的荧光淬灭，实现了生物自组装增强荧光发射，并成功应用于肿瘤细胞表达的抗原监测中。将共轭聚合物与贵金属纳米簇相复合，利用共轭聚合物和金纳米簇不同的发光机理，构建出集荧光发射，光热转换和细胞杀伤为一体的多功能复合材料，实现复杂生理环境中的生物医药应用。本项目所设计制备的新型光功能复合体系具有优异的光学特性，在生物分析及实时监测等领域具有实际的应用价值。