聚合物粒子中能量转移体系的建立及其应用

荧光共振能量转移(FRET)技术在光学材料、生物和化学检测等领域具有广泛的应用，但目前FRET体系主要还是以有机小分子为基础进行构建，在某些情况下会存在一些如复杂的合成过程、某些荧光团的生物毒性、易聚集、光谱性质易受干扰等不足之处。本研究拟以聚合物胶体粒子为能量转移的基质，将荧光探针和疏水荧光基团分别置于聚合物粒子的表面和内部，使前者络合特定离子后，与后者共同FRET的供体和受体，通过测定荧光探针和疏水荧光基团两者荧光强度的比率变化，实现在水相中对离子的检测；对纳米粒子结构进行优化，使荧光基团具有稳定的光谱学性质，并确保其激发态下能和受体基团间实现高效率的能量转移；探讨非水溶性荧光探针在有机溶剂中与胶体粒子在微凝胶状态下的接枝反应，解决非水溶性荧光探针难以在水相中发挥功能的问题。通过上述研究拓展胶体粒子在水相中的应用范围，为水相中FRET体系的构建提供一种新的途径和材料。

本课题构建了几种基于胶体粒子的FRET体系，形成了几种汞离子荧光检测传感器。调节粒子中供体和受体之间的距离，使供体与受体间发生较高效率的能量转移，利用这两种荧光团发射强度的比值，在水相中对Hg2+离子进行了比率检测。本研究的主要内容和结果如下：.根据FRET原理，选择荧光染料NBD作为能量供体、罗丹明衍生物作为离子识别基团。利用溶胶凝胶法在乙醇中制备了核内含有疏水型染料NBD，外层共价键接罗丹明染料衍生物的核壳结构纳米粒子。在波长为410 nm的激发光作用下，产生从NBD的激发态到罗丹明/汞离子络合物的荧光共振能量转移，实现在水环境中对Hg2+进行比率检测，检测下限为10-7 M。计算了纳米粒子中FRET体系的Förster临界距离，明确了硅粒子中可发生能量转移的有效区域。考察了体系中供体在汞离子加入前后荧光寿命的变化，从而证明了该过程中荧光共振能量转移的发生。.制备了具有多层结构的胶体粒子，其内层为不含任何荧光染料的空白层、次内层含有NBD染料、最外层连接有罗丹明染料衍生物，两种染料均通过化学键连接在粒子的各层上；两种染料层中间隔有一定厚度的空白层。该结构不仅可让我们调控体系能量转移的效率，还能将能量转移的供体及受体限定在特定的区域，从而实现了较高的能量转移效率（最高转移效率为74%），以及对汞离子的荧光比率检测。此探针体系具有较高的灵敏度(检测下限为500 nM)、良好的选择性和抗干扰性，并可在pH值5~9之间进行检测。.为了在固体表面构建荧光共振能量转移体系，从而实现比液体检测体系更为便捷的荧光比率检测，我们还结合旋转涂覆法和接枝法，制备了具有多层结构的基于FRET的固体膜检测体系。其内层掺杂有NBD染料，外层接有SRHB-OET染料，实现了供体NBD与受体罗丹明B之间的能量转移。该体系也可以实现对汞离子的比率检测。