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末端官能化非离子水分散性共轭聚合物

共轭聚合物(conjugated polymers, CP)是具有电子离域主链结构的大分子。早期,它们被应用于抗静电涂层、有机光电器件等领域。由于CP对外界微小的环境扰动有极其敏感的光电性质变化,最近它们又被广泛用作传感材料。通过放大的光学或电信号,基于CP的传感器已成功开发用于检测各种化学和生物分子,例如离子,核酸,蛋白质,酶和糖类等。水溶性或水分散性通常是CP用于生物测定的先决条件。目前,水溶性CP的制备主要是通过在CP侧链上引入阴离子(例如磺酸盐,羧酸盐等)或阳离子(例如季铵盐等)基团实现,这一类水溶性CP叫做共轭聚电解质(conjugated polyelectrolytes, CPE)。然而,CPE有很大的局限性:(1)CPE的水溶性来自离子基团和水之间的相互作用以及离子基团之间的静电排斥力,然而,具有刚性疏水性芳香族主链的CPE在水相中通常显示出强烈的聚集趋势,从而促进非发射激子通路,导致CPE的荧光显著猝灭;(2)由于离子基团的存在,CPE的荧光量子产率常常受到介质离子强度变化的影响;(3)大多数基于CPE的传感器依赖于CPE与待检测物之间非特异性的静电作用和疏水作用,这一类检测在复杂的生理环境下很容易受到干扰,从而影响检测的准确性。


通过在CP的侧链上引入高极性非离子基团,可以得到非离子水分散性共轭聚合物,这一类水分散性CP可以克服CPE的诸多局限性。例如,在聚亚苯基乙炔撑(PPE)侧链上引入丰富的羟基和酰胺基等高极性非离子基团,可以让PPE具有良好的水分散性和较高的水相荧光量子产率。此外,在PPE侧链上引入低聚(乙二醇)也可以达到类似的效果。


末端官能化非离子水分散性共轭聚合物

基于以上研究,新加坡国立大学刘斌教授及其团队设计合成了两种非离子水分散性聚(芴-二亚乙烯基亚苯基)聚合物,并且分别在其末端修饰靶向性配体生物素(biotin)得到共轭聚合物P5和P6,实现了在生理条件下的特异性荧光传感。由于P2相较P1具有更多的低聚(乙二醇)侧链,它具有更好的水分散性和更高的水相荧光量子产率。此外,高极性非离子基团的引入使得共轭聚合物荧光量子产率并不受离子强度的影响,也不会与牛血清蛋白(BSA)等生物大分子产生静电等非特异性作用,从而影响传感器的选择性。生物素(biotin)可以选择性识别链霉亲和素(streptavidin),末端修饰了这个靶向性配体的共轭聚合物P5和P6可以与固体表面上的链霉亲和素(streptavidin)选择性结合而对其进行检测。除了生物素(biotin)之外,刘斌教授及其团队相信,其他受体如抗原、核酸或酶底物也可以缀合到CP链上,从而通过特异性宿主-受体相互作用实现抗体、核酸互补序列和酶等的选择性检测。


此工作发表在Macromolecular Rapid Communication上,原文链接为http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.201700010/full,或点击左下方阅读原文按钮直接阅读。


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