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荧光可调AIE材料的制备及细胞动态显影研究认领

作者：

杨媛

学位授予单位：

西北师范大学

摘要：

传统的荧光材料在聚集状态下,分子会因紧密堆积而产生强烈的π-π堆积,从而导致聚集荧光猝灭（aggregation-caused quenching,ACQ）现象,这严重限制了它们在发光材料领域中的应用。相反地,聚集诱导发光（aggregation-induced emission,AIE）现象是分子在稀溶液中不发光或者荧光比较弱,但在聚集状态下荧光显著增强。相对于ACQ材料来说,AIE材料具有低背景、灵敏度高、信噪比高和抗光漂白能力强等优势。许多研究证明,传统的染料有许多有价值的性质,遗憾的是,它们中的大多数都具有ACQ性质。当对ACQ分子进行功能性的修饰后,可将其转变为AIE分子,这为解决传统ACQ材料在应用中所遇到的问题提供了新的思路。三苯胺（Triphenylamine,TPA）是一个典型的ACQ分子,由于氮原子上的孤对电子能很好地与三个苯环形成p-π共轭体系,所以,TPA具有较低的离子化电位、较高的空穴迁移率(一般大约在l0-310-4 cm2/（V·s）)、良好的空穴传输性能、较强的荧光性能以及光稳定性好等优点,可应用于构筑具有不同性能的材料。在TPA分子结构中,氮原子是sp3杂化,使得分子具有非平面的螺旋桨结构;在溶液中,TPA中的C-Nσ键旋转有助于消散激发态能量,同时它扭曲的分子结构有助于减少分子间形成π-π堆积。另外,由于它的富电子性,当在分子中引入缺电子基团时,会在分子中形成D-A电子体系,使得其具有分子内电荷转移（ICT）性质,从而可能将三苯胺（或三苯胺衍生物）转换成AIE分子。为了丰富AIE材料的设计思路,进一步开拓三苯胺类荧光材料的应用领域,本论文以三苯胺为核心骨架,开发了一系列功能性的三苯胺类荧光材料。一方面,开发了一系列波长各异的三苯胺类化合物,并应用于细胞成像领域;另一方面,利用橙蓝互补色形成白光的原理,通过微调荧光单体的比例,得到了基于三苯胺的AIE白光发射材料。基于此本论文主要由以下两部分组成:1、通过C-C氧化偶联反应、Suzuki反应、Vilsmeier-Haack反应、Menshutkin反应等几种高效的有机合成方法,遵循在分子内构建D-A和D-π-A电子体系的路线,调节分子的电子云密度,增强化合物的系间窜越（Intersystem Crossing,ISC）的能力,开发出了一系列从蓝光（420 nm）到红光（640 nm）发射的三苯胺类荧光化合物（diTPAs）。研究了化合物的光学性质与化学结构之间的主要关系,并将其应用于生物成像领域。研究表明电中性的荧光探针,在活细胞和固定细胞下全部表现出脂滴靶向性显影,与市售脂滴染色剂（Nile Red）的染色具有非常高的重叠度,可以作为一种脂滴显影剂使用;离子型荧光探针由于其在活细胞中显影细胞膜,在固定细胞中染色线粒体,可用来动态监测细胞状态;还发现外源性物质在细胞成像过程中存在协同作用。本部分内容为不同功能性荧光材料的开发提供了思路,在研究不同状态下细胞的不同染色情况、细胞的动态监测以及可视化探究细胞器之间的相互作用以及生物成像过程中不同刺激之间的相互关系等方面具有参考价值。2、通过Suzuki反应、Heck反应、Menshutkin反应等经典反应以三苯胺为骨架合成了TFBP-VB、TPA-Py-CVB和TPA-VPy-CVB三个不同发射波长的荧光分子。通过将两个互补色荧光单体与N-异丙基丙烯酰胺进行自由基聚合成功制备了三苯胺类白光发射材料（P-Red&Blue）,其国际照明委员会（CIE）色坐标为（0.34,0.33）,可以在不同状态下实现白光发射。通过将TFBP-VB和TPA-VPy-CVB分别与N-异丙基丙烯酰胺进行自由基聚合制备了蓝色发光（P-Blue）和红色发光（P-Red）的聚合物,调控两个聚合物的比例,在有机溶剂中和水溶液中均实现白色发光。通过这部分研究:（1）成功开发了在不同状态下可发射白光的荧光材料,发现材料中两个互补色荧光核的发射强度相等,容易生产白光材料,对于白光材料的制备具有指导意义;（2）利用阳离子荧光核对溶剂极性的敏感性,将其作为不同溶剂的极性指示剂以及水相的电导率指示剂,开拓三苯胺类荧光材料新的应用方向,丰富三苯胺类荧光材料的应用。

摘要译文

关键词：

三苯胺; 聚集诱导发光; 荧光探针; 白光发射

学位年度：

2020

学位类型：

硕士

学科专业：

高分子化学与物理

导师：

马恒昌

中图分类号：

O657.3[光化学分析法（光谱分析法）⑨]

学科分类号：

070302[分析化学];070306[化学生物学];081704[应用化学];081706[分子化工]

D O I：

10.27410/d.cnki.gxbfu.2020.000772