具有聚集诱导发光特性的共轭聚电解质的设计、合成与应用

Conjugated polyelectrolytes are macromolecules with π-delocalized backbones and ionic side chains. They have received increasing attention due to their wide applications in optoelectronic devices, bio-chemosensors and cell imaging. Differing from traditional fluorescent molecules, tetraphenylethene(TPE) is virtually nonemissive as an isolated molecule in the solution but becomes highly blue fluorescent in the aggregate state or solid film, which be termed as aggregation-induced emission(AIE). In this work, we designed TPE as a main structural unit in the polymer chain with other fluorogens such as fluorene, 2,1,3-benzothiadiazole or thiophene. While linked with ionic groups, a series of TPE-containing conjugated polyelectrolytes with AIE characteristic will be synthesized. To attain adjustable fluorescent colors and high detection sensitivity, various approaches will be taken:(a) Fabricating conjugated backbones, (b) matching donors with accepters, (c) altering the ratio between hydrophilic and hydrophobic groups. A deep insight into the structure-property relationship of these novel AIE conjugated polyelectrolytes will be gained, and their utilities as fluorescent probes for the detection of biomacromolecules, cell imaging and environmental pollutants will be investigated.

共轭聚电解质是一类具有π电子离域骨架和离子基团侧链的高分子，可广泛地应用于光电器件、生化传感器和细胞影像检测等。四苯基乙烯分子不同于传统的荧光分子，它在稀溶液中不产生任何荧光，但在聚集态或固态薄膜中表现出优异的荧光特性，辐射出强烈的蓝光，这种特殊的发光现象被称为聚集诱导发光。项目设计四苯基乙烯作为高分子主链上的主要结构单元，选择性地把芴、2,1,3-苯并噻二唑、噻吩等发光基团引入到高分子主链上，将锚离子基团偶联在四苯基乙烯或芴上，拟合成出一种具有聚集诱导发光特性的共轭聚电解质。通过调整主链上共轭骨架的结构、给体和受体的配伍、亲水和疏水基团的比例，使得这类共轭聚电解质具有可调控的发光波长和高的检测灵敏度；研究构效关系，期待其作为高效荧光探测器在生物大分子、细胞影像、环境污染物等领域获得应用。

共轭聚电解质（CPEs）是一类具有π电子离域骨架和离子基团侧链的高分子，可广泛地应用于光电器件、生化传感器和细胞影像检测等。四苯基乙烯（TPE）分子不同于传统的荧光分子，它在稀溶液中不产生任何荧光，但在聚集态或固态薄膜中表现出优异的荧光特性，辐射出强烈的蓝光，这种特殊的发光现象被称为聚集诱导发光（Aggregation-induced emission, AIE）。项目根据前期基于TPE发光高分子的合成、光物理特性以及在爆炸物检测方面的应用结果，提出设计并合成了一类环境稳定性和生物相容性优良的发光高分子，利用其可视化程度高、AIE特性和CPEs的电离性征，尝试应用于肿瘤细胞的影像检测。项目合成的发光高分子是以四苯基乙烯作为高分子链上的主要结构单元，并把芴、苯、2,1,3-苯并噻二唑、噻吩等发光基团引入到高分子主链上，把离子基团偶联在四苯基乙烯3,13位点上，产生具有高灵敏荧光响应特性的新型共轭聚电解质。进一步表征了这类高分子的分子结构、分子量及其分布、在不同环境下（稀溶液或者聚集状态）的荧光强度、寿命及量子产率，重点研究了其作为合成高分子荧光探针的细胞毒性，以及对肿瘤细胞（海拉细胞、neuro-2A小鼠神经瘤细胞）的影像检测效果。研究表明，项目合成并筛选出的4种高分子荧光探针调控性好、具有由“关”到“开”转变的荧光响应机制，可用于影像分析肿瘤细胞；联合运用基于荧光强度的共聚焦激光扫描显微技术和基于时间分辨-单光子计数（Time Correlated Single Photon Counting, TCSPC）的荧光寿命成像技术，首次应用于观测高分子荧光探针在肿瘤细胞内的聚集行为和分析细胞内环境，获得了较为理想的研究结果。