新型水溶性聚噻吩熒光探針的制備及其應用性能研究.pdf

1、水溶性共軛聚噻吩衍生物，作為一種新型的功能性材料，由于具有優(yōu)異的π-π電子離域結(jié)構(gòu)，已經(jīng)引起專家們的廣泛關注，并作為無標記光學探頭已成功應用于生物傳感方面，成為有機光、電材料研究的熱點之一。
　　本論文設計并合成了三種水溶性聚噻吩衍生物:聚3-(1'-乙氧基-2'-N-甲基咪唑)噻吩（聚合物1）、聚3-甲基-4-(1'-乙氧基-2'-N-甲基咪唑)噻吩（聚合物2）及其二元共聚物（共聚物），借助紅外光譜(FT-IR)、核磁共振氫譜(

2、1H-NMR)、核磁共振碳譜(13C-NMR)、紫外-可見吸收光譜(UV-Vis)和熒光發(fā)射光譜(PL)對它們的結(jié)構(gòu)進行了確認與表征。三種聚噻吩衍生物的結(jié)構(gòu)式如下:
　　借助紫外-可見吸收光譜法和熒光光譜法對聚合物1和單體1、聚合物2和單體2及其二元共聚物的光物理性能進行了研究，研究結(jié)果表明:單體1和單體2的最大紫外吸收波長(λmax)分別位于236nm和234nm處，最大熒光發(fā)射峰(λem）分別位于367nm和361nm處，均能

3、發(fā)出明亮的藍光。而聚合物1、聚合物2和共聚物則分別在506nm、370nm和452nm處出現(xiàn)最大紫外吸收峰，在544nm、526nm和504nm處出現(xiàn)最大熒光發(fā)射峰，其中聚合物1和共聚物均能發(fā)出明亮的黃光，聚合物2發(fā)出明亮的黃綠光;采用“等吸點激發(fā)、校正熒光積分面積法”對聚合物1，聚合物2和共聚物的相對熒光量子產(chǎn)率進行了測定，測得其相對熒光量子產(chǎn)率分別為0.33％，0.19％和0.35％;
　　分別研究了聚合物1、聚合物2和共聚物

4、在不同溫度、不同溶劑和不同pH值下的響應性能，結(jié)果表明:1）隨著溶液溫度的升高，聚合物1、聚合物2和共聚物的λmax均向短波方向移動，其中，聚合物1、聚合物2和共聚物的λmax分別從519nm藍移至515nm、371nm藍移至365nm和從447nm藍移至430nm處;2）在純水，水∶甲醇，水∶乙醇和水∶乙腈體積比為1∶1的混合溶劑中，隨著溶劑極性的減小，聚合物1、聚合物2和共聚物的λmax均發(fā)生紅移，聚合物1的λmax從512nm紅移

5、至520nm處、聚合物2的λmax從366nm紅移至373nm，而共聚物體系的λmax從434nm紅移至446nm;3）當體系的pH在4～9范圍內(nèi)，隨著pH值的降低，聚合物1，聚合物2和共聚物緩沖溶液的λmax均向長波方向移動，其中，聚合物1的λmax從522nm紅移至530nm，聚合物2從367nm紅移至381nm，而共聚物則從459nm紅移至470nm處。
　　通過熒光光譜探索了聚合物1、聚合物2和共聚物對胸腺肽Tβ4（5'-

6、ATGTCTGACAAACCGGACATGGCTGAAATCGAAAAATTCG-3'）堿基序列的響應性能，結(jié)果顯示:1）往聚合物緩沖體系中加入Tβ41單鏈DNA時，會使聚合物體系的熒光發(fā)生猝滅，其中聚合物1、聚合物2及其二元共聚物的最大熒光猝滅率分別可達33.3％、25.4％和28.6％，且在一定溶度范圍內(nèi)，隨著Tβ41濃度的增加，其最大熒光發(fā)射波長均發(fā)生紅移，分別從544nm紅移至552nm、500nm紅移至507nm和從538nm

7、紅移至544nm處。而再往聚合物混合體系中加入互補鏈Tβ41'時，聚合物體系的熒光強度均能恢復到起始熒光強度的99％以上。隨著單鏈Tβ41和互補鏈Tβ41'的先后加入，在紫外燈下，聚合物1體系的顏色由亮黃色變?yōu)榘迭S色再變?yōu)榱咙S色，聚合物2和共聚物體系的顏色均由亮黃綠色變?yōu)榘迭S綠色再變?yōu)榱咙S綠色;2）在1.3×10-10M到1.3×10-9M的低濃度范圍內(nèi)，聚合物體系的熒光強度比值I0/I與Tβ41的濃度關系符合Stern-Volmer方

8、程，線性方程分別為I0/I=1.03+0.15C(R2=0.99)、I0/I=0.96+0.15C(R2=0.99)和I0/I=0.96+0.14C(R2=0.99)，淬滅常數(shù)KSV分別為0.15×109M-1、0.15×109M-1和0.14×109M-1，對Tβ41的最低檢測限分別可達1.3×10-10M、4.0×10-10M和4.0×10-10M。
　　探索了聚合物1、聚合物2和共聚物對BRCA(5'-GAGCATACATA

9、GGGTTTCTCTTGGTTTCTTTGATTATAATTCATAC-3')序列的響應性能，研究表明:1）單鏈BRCA1對聚合物1、聚合物2和共聚物緩沖體系的最大熒光淬滅率可達60.1％、23.5％和28.6％，在一定濃度范圍內(nèi)，隨著BRCA1濃度的增加，聚合物1，聚合物2及共聚物的熒光發(fā)射波長均向長波方向移動，分別從540nm紅移至547nm，502nm紅移至512nm和從538nm紅移至547nm處，當再加入互補鏈BRCA1'時，

10、聚合物的熒光強度均能恢復到起始熒光強度的99％以上，在紫外燈下，聚合物1的顏色由亮黃色變?yōu)榘迭S色再變?yōu)榱咙S色，而聚合物2和共聚物的顏色均由亮黃綠色變?yōu)榘迭S綠色再變?yōu)榱咙S綠色;2）在濃度為1.3×10-9M到1.3×10-10M的低濃度范圍內(nèi)，聚合物體系的I0/I與BRCA1濃度的線性方程分別為I0/I=-0.48+0.40C(R2=0.99)、I0/I=0.94+0.10C(R2=0.98)和I0/I=1.02+0.13C(R2=0.9

11、9)，其猝滅常數(shù)分別為0.40×109M-1、0.10×109M-1和0.13×109M-1，對BRCA1的最低檢測限分別為5.3×10-10M、8.0×10-10M和1.3×10-10M。相比較而言，三種水溶性聚噻吩衍生物對BRCA1的線性檢測范圍相接近，但聚合物1對BRCA1的熒光猝滅常數(shù)是聚合物2及共聚物的近4倍，也是檢測Tβ41(KSV=0.15×109M-1)的猝滅常數(shù)的近3倍，使得聚3-(1'-乙氧基-2'-N-甲基咪唑)噻

12、吩（聚合物1）可能更適合用于BRCA基因序列的檢測。
　　對聚合物1、聚合物2及共聚物的檢測靈敏度進行了分析，聚合物1，聚合物2及共聚物對于Tβ41的LOD(最低檢測限)分別為0.06nM，0.06nM和0.06nM，LOQ定量限（最低精確檢測限）分別為0.12nM，0.20nM和0.12nM;聚合物1，聚合物2及共聚物對于BRCA1的LOD分別為0.02nM，0.09nM和0.07nM，LOQ分別為0.07nM，0.29nM和0