基于共轭聚合物的传感器荧光发射红移的策略：pH响应和酶活性检测中的应用.pdf

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1、第4l卷分析化学(FENXIHUAXUE)NEWS第2期2013年2月ChineseJournalofAnalytic~Chemistry3l7年来，共轭聚合物(CPs)由于具有独特的光电特性而备受关注。CPs由大量重复的共轭单元组成，相对于小分子，，r_1上它具有长程仃电子共轭、强吸光能力、能带可调以及结构修饰多样性等特点。共轭聚合物受激发后，其能量可沿着分子主链快速迁移到一个受体分子，使受体分子的荧光信号成倍的增加，从而可以提高检测的灵敏度。国内外多个研究组利用CPs的传感信号放大效应设计了一系列高选择性和高灵敏性的生物传感器和化学传感器，用来检测DNA，RNA，配

2、体(糖、凝集素、生物素)一蛋白特异性相互作用、酶活性，以及有毒金属离子等。最近，水溶性共轭聚合物在抗菌药敏试验，药物筛选，细胞成像等方面也显示出良好的应用前景。然而，目前的传感体系主要是基于荧光共振能量转移(FRET)、底物诱导的构象变化、以及光诱导的电子转移(PET)或电荷转移等。在这些技术中，静电相互作用与疏水性相互作用起到了非常重要的作用。但是，已有研究报道提到非特异性的相互作用，尤其是共轭聚合物与目标物之间的静电相互作用，比预期的要难以控制，并且实验条件(如离子强度的改变)会不可避免地影响实验结果。陕西师范大学化学与工程学院唐艳丽提出一种新的传感机理来设计传感体

3、系，以避免实验条件对传感效率的不利影响(Ana1．Chem．，DOI：10．1021／ac302840t)。该机理是基于硝基苯衍生物对水溶性共轭聚合物PPP—OR10(结构为)的内部过滤效应(InnerFilterEffect，IFE)导致共轭聚合物PPP—OR10的荧光发射光谱红移。IFE的产生是源于检测体系中的吸收体吸收了给体的入射光或发射光而导致给体的荧光强度降低及光谱波动。虽然在荧光光谱分析中IFE常被认为是不利因素，然而目前已有一些新的荧光分析方法是基于IFE而建立起来的。在该设计的体系中，PPP—OR10是中性聚合物，与硝基苯衍生物之间无静电相互作用，然而硝

4、基苯衍生物的吸收光谱与PPP．OR10的吸收光谱，特别是发射光谱，存在不同程度的重叠。硝基苯衍生物(例如对硝基苯酚、2,4一二硝基苯酚)最大吸收波长会随着pH的增加而红移。由于IFE的存在导致PPP—OR10的荧光强度降低，更重要的是发射光谱发生明显的红移，通过检测PPP—OR10的最大发射波长的变化，可检测体系的pH值的变化。利用该类体系对pH的响应性，设计了检测糜蛋白酶的新方法。在前面提到的一些传感机制中，分子间距离和相互作用这两个因素占有很重要的作用，比如FRET、PET等；但是，在本机制中，荧光探针与目标物之间不需要相互接近，也不需要分子间有很强的相互作用力，这

5、就为传感体系的设计提供了相当大的灵活性，也使传感体系的应用范围变得更加广泛。实验结果表明，硝基苯衍生物由于在酸性或碱性条件下采用不同的电子跃迁形式而显示出不同的光吸收活性。当环境中的pH>pKa时，硝基苯衍生物主要以碱式形体存在，其吸收光谱逐渐红移，与PPP—OR10的发射光谱相重叠的部分逐渐增加。因此，由于内滤效应，随着pH的升高，PPP—ORIO／~基苯衍生物的最大发射波长红移。利用对硝基苯胺的内滤效应，设计了一种基于PPP—OR10最大发射光谱红移的新方法检测Ot一糜蛋白酶(ChT)。ChT水解底物BTNA(N—benzoyl—L—tyrosine—p-nitro

6、aniline)后的产物即为对硝基苯胺，因此，随着BTNA的水解，释放出的对硝基苯胺吸收光谱与PPPOR10发射光谱相重叠，通过IFE使PPP—OR10的最大发射波长红移。该方法对ChT的检出限为0．1Iamol／L，低于传统的紫外．可见吸收光谱法。进一步研究表明，该体系其pH响应与酶活性检测在50mmol／LPBS及10％的血清中均可实现(图1)，克服了离子强度等复杂环境对测定的不利影响。百善主图1(a)在10％血清中，PPP—OR10／~苯衍生物在不同的pH条件下的最大发射波长与pH的关系曲线图；(b)在10％血清中，在不同ChT浓度条件下，PPP-OR10的最大发

7、射波长与ChT的水解时间关系曲线图因此，利用内滤效应导致的荧光发射红移机理设计的传感体系，有希望应用于更复杂的检测条件，进一步拓宽传感领域。该体系不局限于设计的共轭聚合物与硝基苯衍生物，只要信号物质的发射光谱与目标物质的吸收光谱存在一定程度的重叠，都可以利用该机理来设计新的传感体系，实现复杂环境中的生物传感或化学传感。