近红区半导体聚合物量子点的设计制备及生物检测与生物成像应用

Semiconducting polymer dots (Pdots),which display large absorption cross-sections, high fluorescence quantum yields, and superfast emission rates, are a new class of fluorescence probes and show potential applications in fluorescence bioassay and imaging. Aiming at the key scientific issues including design and preparation of new Pdots, biofunctionalization, and bioapplications in this active area, this proposal is focused on the design,preparation, and biofunctionalization of new Pdots in near infrared(NIR) region with narrow emission,high brighness and small size, their applications in fluorescence bioassay and imaging, and the investigations on the dependence of the fluorescence properties of Pdots on their compositions and structures.The successful implementation of the proposal will provide new strategies for designing new Podts, extend the applications of fluorescence technology in bioassay and bioimaging, and pave a new efficient way for bioassay and bioimaging.

半导体聚合物量子点（Semiconducting Polymer Dots, Pdots）具有大光吸收截面、高荧光量子产率以及超快辐射跃迁速率等特性，是一类新型的荧光探针材料，在荧光生物检测与生物成像等领域具有潜在的应用前景。本项目旨在设计制备适合于生物检测与生物荧光成像的Pdots，针对该领域研究中的设计制备、生物功能化以及生物应用等关键科学问题，设计制备尺寸均一的窄发射、高荧光亮度、小尺寸的近红区Pdots，并进行生物功能化，发展基于Pdots的生物检测与生物成像的新原理和新方法，探索Pdots荧光性能与其组成、结构的相关性。本项目的成功实施，将会为新型Pdots的设计制备提供新策略，极大扩展荧光技术在生物检测和生物荧光成像分析中的应用，在技术与应用层面上为生物检测和生物成像提供新型荧光探针及有效途径。

半导体聚合物量子点（Pdots）具有光吸收截面大、荧光量子产率高以及辐射跃迁速率超快等特性，是一类在荧光生物检测与生物成像等领域具有广阔应用前景的新型软荧光材料。本项目围绕Pdots的设计制备、生物功能化方法以及生物应用等科学问题，设计制备了不同类型的适合于生物传感与成像应用新型Pdots荧光探针。. 探索了适合Pdots制备的不同方法。分别采用了微乳液法、纳米沉淀法、瞬时纳米沉淀法制备Pdots，考察了不同制备方法对Pdots形貌、尺寸以及荧光性能的影响。研究结果表明，微乳液法可以较精确控制Pdots的粒径和稳定性，同时通过选择不同的表面活性剂可实现对Pdots表面进行功能化修饰，故此法具有制备特定功能Pdots的优点。纳米沉淀法可制得分散在水中的Pdots，与微乳液法制备Pdots相比, 纳米沉淀法可制得较小尺寸的Pdots。瞬时纳米沉淀法特别适合于制备超小尺寸（~10 nm）的Pdots。. 设计制备了多种功能化的Pdots荧光探针，实现了其在体内体外、细胞以及亚细胞水平的生物传感与荧光成像应用。选取了聚（9,9-二正辛基芴基）（PFO）、聚（9,9-二辛基芴-交替-[2,1',3]苯并噻二唑）（PFBT）、聚（9,9-二辛基芴-4,7-二噻吩-2,1,3-苯并噻二唑）（PF-DBT5）、聚苯撑乙烯衍生物(CN-PPV)等不同荧光性能的共轭聚合物为起始原料，制备了单一或多种聚合物的Pdots，所制备的Pdots具有尺寸均一、小尺寸、窄发射、高荧光亮度的特点；探索了Pdots 的光学性能（如亮度、发射峰宽度等）与 Pdots 组成、结构、形貌、尺寸等的相关性；通过不同的方法，如共掺杂、后修饰、原位修饰等方法对Pdots进行生物功能化修饰，实现了细胞或亚细胞内pH、酶等生物分子的传感与成像分析，以及金属离子、胆固醇等物种的检测。通过本项目的实施，为新型 Pdots 的设计制备提供了一些新策略，在技术与应用层面上为生物检测和生物成像提供了新型纳米荧光探针和有效途径。