聚联乙炔囊泡的聚合和表面分子传输过程的二次谐波研究

Polydiacetylene (PDA) vesicle was recently considered as a potential biochemical sensor because of its chromatic transition induced by varied external stimuli. To elucidate the mechanism of the chromatic transition and improve its response sensitivity and selectivity, it is important to probe the structure, adsorption and transportation of molecules on its surface. Trigged by our preliminary results obtained from polydiacetylene (PDA) vesicle with a surface sensitive and surface selective technique-Second Harmonic Generation, we plan to probe the polymerization dynamics of PDA vesicle, as well as adsorption and transport dynamics of molecules on its surface. By checking the effect of various environmental factors, including UV-light irradiation, temperature and PH value etc., on these dynamic processes, we expect to get the polymerization dynamic constants and the dynamic features of the adsorption and transportation of molecules on PDA vesicle surface under different conditions, and understand the mechanism behind them. This project is expected to provide more understanding to the mechanism of chromatic transition of PDA vesicle, and contribute to the designing of novel PDA vesicle sensors with enhanced response sensitivity and specific selectivity.

聚联乙炔（PDA）囊泡因其表面分子/基团能够感知多种外界环境刺激而引起颜色变化，近年来被视作一种潜在的生物化学传感器件。探测PDA囊泡表面的分子结构、以及分子吸附和传输等动力学过程，对于阐释其变色响应的微观机理、改善其响应灵敏度和选择性具有重要意义。基于我们前期使用具有界面选择性和灵敏性的二次谐波技术得到的PDA囊泡表面探测的初步结果，本项目拟研究水溶液中PDA囊泡的聚合动力学过程及其表面的分子吸附和传输动力学行为。通过探测不同环境因素，包括紫外光照剂量、温度和PH值等对这些动力学行为的影响，得到不同条件下PDA囊泡的聚合动力学常数，以及囊泡表面的分子吸附和传输动力学特征，并深入探讨其内在关联。本研究有望从分子层次上进一步理解PDA囊泡的变色响应机制，从而为设计具有高响应灵敏度和特异选择性的新型PDA囊泡传感器提供理论依据。

聚联乙炔（PDA）囊泡的变色传感检测依赖于囊泡表面的分子/基团感知各种外界刺激而引起囊泡骨架及表面特性改变从而产生颜色变化。由于PDA囊泡的聚合过程决定了其表面的分子结构、分子吸附和传输特性，进而影响其检测灵敏度和选择性，因此从分子层次上探测囊泡的聚合动力学、表面分子吸附和跨膜传输动力学过程并考察环境因素对这些过程的影响具有重要意义。本项目将二次谐波技术与动态光散射和吸收光谱检测相结合，对水溶液中PDA囊泡的聚合动力学及分子吸附和传输动力学过程进行探测研究，研究发现紫外光诱导光聚合过程对PDA囊泡表面的分子结构和分子行为有显著影响。随着紫外光辐照剂量的增加，PDA囊泡表面D289分子的吸附自由能逐渐降低，D289分子贡献的共振二次谐波信号急剧衰减，同时对应的双光子荧光信号逐渐下降。综合分析PDA囊泡表面的分子吸附行为与吸附自由能、分子吸附密度和分子取向之间的关联，证明水溶液中PDA囊泡从单体到蓝色相、紫色相和红色相的变色响应过程是一个囊泡表面羧基基团的有序-无序连续转变过程。针对联乙炔-磷脂分子形成的复合囊泡体系，研究了复合囊泡双层膜表面D289分子的吸附及传输动力学特征，发现聚合程度和掺比量均对分子吸附和传输过程有明显影响，初步证实了利用联乙炔分子的光响应能力来调控磷脂囊泡界面性能的有效性。另外，基于高分辨和频振动光谱技术发展了一种具有灵敏光谱响应能力的分子振动探针（辛基联苯胺分子8CB），用于探测界面整体结构之下不同界面微环境和分子振动能量转移过程，阐明了8CB分子在不同界面的光谱响应与界面特性之间的关联。本项目的研究结果揭示了PDA囊泡光诱导聚合和变色响应的微观结构机制，为设计具有高响应灵敏度的新型囊泡传感器奠定了基础，同时为π共轭结构分子和振动探针8CB分子在生物囊泡体系界面性能探测及调控方面的应用提供了新思路。