原位法制备交联发光金纳米粒子与有机染料的稳定杂化组装体及其超灵敏可逆比率热成像

超小发光金纳米粒子(AuNPs, d < 3 nm)由于其独特的光学性质和优异的生物相容性,在化学传感和生物成像等领域具有着重要的潜力。近年来,基于发光AuNPs的比率温度传感和成像因其可进行双波长发射信号的自我校正和高灵敏测量,引起了广泛的研究兴趣。欲实现发光AuNPs和其它发光体形成的组装体的高灵敏比率温度传感,通常需要解决以下瓶颈问题:(1)温度升高将增加发光体的非辐射跃迁而导致包括发光AuNPs在内的发光体的荧光信号强度减弱,难以形成荧光信号升/降型比率传感体系;(2)难以形成高稳定性的组装体,组装体结构的稳定性是实现超灵敏、可逆分析的关键前提;(3) 光谱匹配性问题,所选择的其它发光体的激发波长尽可能与发光AuNPs的激发波长相近,而发射波长应具有较大差异性,才可以在同一波长下激发获得较强的比率荧光信号。两亲性嵌段共聚物作为模板分子可以形成空心胶束,有利于封装超小发光AuNPs或有机染料,为制备基于发光AuNPs和有机荧光染料的比率温度传感提供了可能。然而,发展简便、可行的方法将AuNPs和有机染料原位封装制备出稳定性好、无染料泄漏的双发射探针,实现高灵敏比率式温度传感,仍十分具有挑战性。

针对这一问题,华南理工大学刘锦斌教授课题组利用温敏型两亲性嵌段共聚物pluronic F127为模板,引入蓝光发射的极性响应型疏水染料2,2-(4,4-二苯乙烯基)双苯并噁唑,一锅法制备出稳定的红光发射AuNPs和蓝光发射有机染料形成的双发射纳米杂化组装体。这种组装体引入极性响应光学信号很好地解决了温度变化对发光体非辐射跃迁影响的问题,通过多巯基试剂交联作用增强结构稳定性,防止探针泄露,可实现超灵敏可逆比率温度传感和成像。

将超小AuNPs与有机染料相结合具有重要的意义,不仅可以保留各组分的固有特性,而且可以产生新的性能,为设计多功能性光学材料提供了一种新方法。该课题组以pluronic F127为模板,一锅法原位制备出稳定的包裹AuNPs和有机染料双发射纳米杂化材料。多巯基试剂在超小AuNPs之间产生的交联作用使双发射纳米杂化材料具有优异的稳定性,并且在温度变化时不会发生染料的泄漏。该纳米杂化组装体对温度具有两个相反的光学信号响应,可实现对温度的高灵敏和可逆比率传感。即使在连续100次温度冷热循环后,该纳米杂化组装体仍保持着原有形貌。此外,该纳米杂化组装体可通过肉眼和伪彩成像实现可视化温度测量。该制备方法具有普适性,可将其它功能染料或探针嵌入两亲性嵌段共聚物疏水内核来构建具有特定结构和功能的纳米杂化材料,为制备具有高稳定性的可控杂化纳米材料以及高灵敏化学传感和成像应用提供了有益参考。

相关文章发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201900326)上。