基于协同识别机制的共轭聚合物纳米探针对银离子的选择性传感

p-共轭体系是一类高效荧光材料并被大量用于诸多领域。与小分子荧光材料相比较而言,p-共轭体系的优势在于其多重相互作用的可能性以及集体响应特性。归因于其超高荧光亮度、高发射速率、光稳定性强、无闪烁和无毒性等特性,基于共轭聚合物的纳米粒子作为一类新兴的多功能纳米材料近年来吸引了越来越广泛的研究兴趣。在生物探测领域,这一类材料在用于生物荧光影像剂、生物传感器等方面具有巨大的应用前景。在生物传感方面,基于共轭聚合物的纳米粒子用于Cu2+、Fe2+、Al3+、Hg2+等生理性金属离子探测,以及用于生理环境的温度、pH等参数探测的研究成果日益增多地见诸报道,并显示出了这类探针在生物传感方面的优势和光明的应用前景。然而,在有限的相关报道中,有关这一类材料在金属离子探测的识别响应机制方面的系统研究还有待进一步深入、部分结论还缺乏有力的实验证据来支撑。中国科学院大学化学化工学院田志远教授课题组针对基于共轭聚合物的纳米粒子对金属离子进行选择型传感中所涉及到的识别响应机制问题行了深入而系统的研究,相关结果作为内封面文章发表在近期出版的Particle & Particle Systems Characterization上。

银被广泛用于工业和科学研究领域,含银产品日益广泛的使用导致了与人类健康密切相关的重金属污染问题。另一方面,银离子的毒性以及生物累积特性使得其被认为是与很多疾病密切关联的关键性因素。在这项研究中,该课题组与燕山大学、华南理工大学、中国科学院化学研究所的研究人员合作,设计制备了一系列基于荧光共轭聚合物和光学透明的两亲性聚合物的复合纳米探针并研究了其对银离子的荧光传感特性。其中,由光活性组份为包含苯并噻二唑的聚芴类共轭聚合物所构建而成的纳米探针的荧光发射表现出了对银离子进行高选择性传感的特性;而且其对银离子传感的响应程度与聚合物分子链中的苯并噻二唑片段的含量直接相关。结合稳态荧光、时间分辨荧光、动态光散射技术等表征分析手段,该课题组提出并证实了一个基于双组份共同参与、有别于业已报道的机制的协同识别机制:即光学透明的两亲性聚合物与包含苯并噻二唑的聚芴类荧光聚合物以协同的方式参与了对银离子的选择性识别过程;所合成的共轭聚合物纳米探针对银离子表现出的荧光响应特征来源于聚集诱导的荧光静态淬灭与银离子触发的荧光动态淬灭的协同效应。该项研究有望为新型共轭聚合物荧光探针的设计与构建提供有用的信息。

相关工作得到了国家科技部、国家自然科学基金,中国科学院“百人计划”专项经费及中国科学院大学的资助。

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