基于全硫代苯染料的CO2门控型磷光聚合物纳米体系

Intracellular in-situ regulation and tracing of polymeric nanosystems is a crucial problem in modern biomedicine applications. This project is targeted to cooperate the special advantages of metal-free room temperature phosphorescent dye and bio-responsive polymers, and embedding phosphorescent switching and assembly switching into one macromolecular structure. Through time-resolved synergism, we can build CO2-gated phosphorescent nanocarriers and realize the possibility of in-situ cellular modulation and tracing. Furthermore, this model can open up an integrative avenue to using CO2 as a trigger mode to manipulate smart nanocarriers and to exploit a real-time imaging technique to unravel the dynamic behavior of polymer assemblies.

聚合物纳米体系在细胞内原位调控与原位示踪的协同能力是目前其在生物医学中应用的关键问题。本项目旨在整合室温非金属磷光染料与生物响应性聚合物的功能，将磷光开关行为与纳米载体的可控自组装行为共植入同一聚合物结构中，利用二者之间的时间协同行为机制，构建CO2生物分子门控型磷光聚合物体系，借助长寿命发光模式，实现聚合物组装体在胞内原位调控与原位示踪的可能性，由此建立利用CO2调控/检测聚合物行为过程的一体化策略，构建能应用于生物体内的智能纳米材料；同时开发一种对刺激响应性聚合物组装体受激行为实时示踪的显微成像技术，为这一类高分子相关性能的研究提供一种全新的检测手段。

项目原计划构建一类CO2气体控制聚合物纳米体系，通过复合室温非金属染料与聚合物组装体内，通过组装体的聚集诱导发光实现对CO2的协同感应，用以原位监测组装体的行为变化。但通过深入研究发现不同类型的有机染料与聚合物通过氢键、静电作用等超分子力相互复合后，组装体组装转变调节染料分子聚集行为的过程非常难以定量化实现，导致组装体光化学/光物理效应与聚合物纳米体系的组装变化难以相互匹配。但在设计聚合物功能结构以增强与染料非共价复合能力的研究中，意外发现了含磷/含硼的受挫路易斯酸碱对聚合物对CO2气体的动态共价结合，成功获得了一类称之为“气筑材料”的新型聚合物材料体系；深入研究后我们揭示了含磷/含硼受挫路易斯酸碱聚合物对CO2的动态桥联作用，理解并掌握了P-CO2-B桥联结构的四大基本性质：自发动态性、可交换性、热可逆性及气体半激活性，并利用该新型动态共价化学实现了基于CO2气体的化学组装，构建了CO2连接的一维线性聚合物、二维片层结构及三维凝胶网络体系。并利用CO2桥联键的半激活特性实现了对CO2在室温低压无催化剂辅助条件下的高效催化功能。项目提出的“气筑材料”新理念有望实现在低能耗状态下将大气CO2固定于材料内的通用策略，同时实现CO2废气的人工增殖。