纤维素荧光材料的构建及其在化学传感与细胞成像方面的应用

Fluorescent polymers are a new class of functional materials with broad application prospects. In this project, novel cellulose-based fluorescent materials will be design and constructed by chemical modification and molecular self-assembly, and their applications in chemosensing and cellular imaging will be studied. The main contents include: 1) Preparation and characterization of new fluorescent cellulose derivatives with controllable distribution of chromophores. Firstly, allyl cellulose with different degree of substitution will be homogeneously synthesized in NaOH/urea aqueous solution, and then fluophores will be introduced to the cellulose backbone via the thiol-ene click reaction. 2) Construction of novel cellulose-based fluorescent micelles. Amphiphilic cellulose derivatives will be synthesized with the homogeneously etherification and hydrophobic modification of cellulose with different long alkyl chains, and cellulose-based fluorescent micelles will be obtained via the electrostatic interactions and molecular self-assembly between the amphiphilic celluloses and fluorescent dye molecules. 3) Applications of the fluorescent cellulose derivatives in chemosensing will be studied, and the dependence of the distribution of fluorophores in the cellulose backbone to the fluorescence properties and molecular recognition will be clarified. 4) Explore the applications of cellulose-based fluorescent micelles in hydrophobic drug loading and cellular imaging, to achieve drug delivery and living cellular tracing at the same time. The project will provide a new pathway for the preparation of cellulosic functional materials, and it will have scientific significance and prospects of applications.

荧光聚合物是一类具有广泛应用前景的新型功能材料。本项目通过化学改性和分子组装构建新型纤维素荧光材料，开发其在化学传感器和细胞成像方面的应用。项目的主要研究内容包括：1）以NaOH/尿素水溶液为纤维素的溶剂和均相反应介质，通过醚化反应在纤维素链上引入双键，然后通过硫醇-烯烃点击反应引入荧光基团，实现生色团在纤维素大分子链上的可控分布；2）通过均相醚化反应和疏水改性制备两亲性纤维素衍生物，然后通过分子组装和静电相互作用负载荧光染料分子，构建新型纤维素荧光纳米胶束；3）研究荧光纤维素衍生物在化学传感器方面的应用，阐明荧光基团的空间分布对其荧光性质与分子识别功能的影响；4）探索纤维素荧光纳米胶束在疏水药物装载和细胞成像方面的应用，实现药物传输和细胞示踪的双重功效。本项目将为开发纤维素功能材料提供新的途径，具有科学意义和应用前景。

纤维素由于其独特的反应功能和分子特性将成为未来主要的化工原料。本项目通过化学键接和非共价相互作用构建纤维素荧光材料，开发它们在化学传感和细胞成像方面的应用；并在物理交联构建高强度水凝胶方面开展了一些工作。所取得的主要进展和成果包括：.一、点击反应构建新型荧光纤维素衍生物及其应用.1）以碱/尿素水体系为溶剂和反应介质均相合成烯丙基纤维素，进而通过硫醇-烯点击反应合成新型纤维素衍生物；2）以4-二甲氨基萘二甲酰亚胺为生色团，通过点击反应合成荧光纤维素衍生物，并用于硝基苯酚的检测；3）通过点击反应制备两性纤维素衍生物，并以其为软模板和保护剂通过光还原制备具有催化活性和抑菌功能的Ag纳米胶束；4）通过点击反应将TPE分子键接到纤维素链上，研究它们在Fe(III)检测和细胞成像方面的应用。.二、非共价相互作用构建纤维素荧光材料.1）阳离子纤维素QC与AIE分子通过静电相互作用构建荧光纳米胶束并用于Fe(III)的定量检测；2）以两亲性阳离子纤维素为载体，阿霉素为模型药物、AIE分子为荧光示踪，构建新型荧光纳米载药胶束；3）通过一步法合成Mn(II)掺杂ZnS量子点复合物，建立Cd2+痕量检测方法；4）通过离子交联，由QC、纤维素纳晶及β-甘油磷酸钠制备注射型水凝胶，并对其生物功能进行评价。.三、荧光标记纤维素纳晶的制备及应用.1）系统研究氨基化改性纤维素晶须的自组装行为，并制备具有手型结构的虹膜；2）罗丹明B标记纤维素晶须并用于Hg(II)的痕量检测；3）TPE标记纤维素晶须并用于硝基苯酚类化合物的痕量检测。.四、非共价相互作用构建高强度天然高分子水凝胶.1）首次以碱/尿素溶液为均相反应介质合成系列壳聚糖醚类衍生物；2）通过静电相互作用构建高强度季铵化壳聚糖/ PAAc水凝胶；3）在PAAc/壳聚糖水凝胶中引入Ag(I)，构建静电和络合双交联高强度水凝胶；4）丙烯酸和丙烯腈单体在壳聚糖溶液中原位聚合制备静电与偶极作用双交联水凝胶。.本项目为天然高分子功能材料的构建提供了新的途径，具有学术价值和应用前景。