水溶性共轭聚合物的合成及其应用

作     者：郭茸 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：冯旭利

授予年度：2018年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070305[理学-高分子化学与物理] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 

主      题：水溶性共轭聚合物 多巴胺 能量转移机制 Zn-二甲基吡啶胺复合物 基因转染 

摘      要：本文章中主要采用了Heck偶联、Suzuki偶联、氧化聚合等方式合成四种类型的共轭聚合物,并对这四种共轭聚合物进行了相应的性质实验,包括细菌检测、基因的传递和转染等。1、聚集诱导荧光增强共轭聚合物的合成及其检测(Synthesis and detection of aggregation induced fluorescence enhancing conjugated polymers):共轭聚合物中有大的离域π-键使其具有很强的捕光能力,可以发射很强的荧光,这是共轭聚合物本身的内在优势,但是在细菌检测的过程中,因共轭聚合物自身的背景信号太强导致荧光信号增强的幅度不是很大,所以我们需要降低其背景信号。多巴胺小分子在不同pH环境下,可以以不同的形式存在(酸性情况下以苯二酚的形式存在,碱性情况下是以氧化多巴胺醌的形式存在),当在共轭聚合物的侧链中引入小分子多巴胺时,就可以形成一个pH-响应传感系统。在高pH环境下,会发生能量转移,有效的猝灭了聚合物的荧光,降低了背景信号。实验中我们利用荧光分光光度仪测试了聚合物在不同pH条件下荧光发射强度,得出聚合物P1在pH为10(碱性)的条件下荧光有轻微的降低,基本实现了我们需要达到的降低背景信号的目的。2、细菌特异性识别可视化检测的水溶性共轭聚合物的合成及其应用(Synthesis and application of water-Soluble conjugated polymers for visually detected bacterial-specific recognition):本课题中,我们是利用聚合物聚集引发能量转移的方式来实现传感。如果带电荷的水溶性共轭聚合物中含有2,1,3-苯并噻二唑(BT)单元,当加入带相反电荷的底物时,可生成静电复合物,引发从芴单元到BT位点的分子内能量转移,随后导致发射颜色从蓝色变为绿色。同时在侧链中引入Zn-二甲基吡啶胺复合物,此复合物可以跟革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌发生特异性结合,当有菌存在的情况下,聚合物可以发生簇集,导致发射光颜色改变,从而实现传感。通过扫描聚合物的吸收和发射光谱证明了聚合物的光物理性质是符合要求的,同时我们对其进行了能量转移实验,证明了加入负电荷的DNA时,荧光强度没有明显变化,当加入正电荷的PEI时存在能量转移,但是当我们加入大肠杆菌时,聚合物并没有实现我们理想中想要的能量转移。3、用于细胞成像转染水溶性共轭聚合物的合成及其应用(Synthesis and application of water-soluble conjugated polymers for cell imaging and transfection):本课题中,我们总共合成了两种不同类型的水溶性共轭聚合物,在原有转染共轭聚合物材料的基础上,进行了优化和改进。聚合物P3采用的是噻吩骨架,相比较聚芴骨架来说,聚噻吩骨架有生物相容性好,毒性低等优点。聚合物P4用的骨架同样是聚芴骨架,只是我们在骨架中引入了2,1,3-苯并噻二唑(BT)单元,目的是利用聚合物簇集引发能量转移这一性质来实现DNA传递和转染过程的可视化。同时在芴侧链中引入了两个电荷,有效的增加了聚合物P4的水溶性。通过扫描其吸收和发射光谱证明了两种聚合物的光物理性质均符合要求,随后对其进行了凝胶阻滞实验,证明了聚合物可以有效的和pDNA复合,在之后的转染实验中,证明聚合物可以有效的将pDNA运输到细胞中,但是并没有预想中的转染效果。