[发明专利]一种共轭主链掺杂的折线型水溶性聚芳撑乙炔及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学/生物传感材料技术领域，具体涉及一类水溶性的以交替的芳香基和乙炔基为共轭主链，并掺杂少量杂环芳基的折线型聚芳撑乙炔的制备及其在化学/生物检测方面的应用。

背景技术

水溶性共轭聚合物主要是指含离子型官能团侧链的共轭聚合物，近十几年来引起了人们越来越广泛而热切的关注，这主要是因为它们显示出的一些独特光电性质可在新一代化学/生物荧光传感等信息技术领域获得多样化的应用。这类化合物把传统共轭聚合物的优异光电性质和聚电解质的水溶性特点结合在一起。一方面，作为共轭聚合物，它们一般在紫外可见光区有很强的吸光性能，并且具有“分子导线”的性质，即电子或能量能在共轭主链上快速迁移。另一方面，它们主要通过在共轭体系的侧链上挂接亲水性离子型官能团实现水溶性，离子型官能团能够与其它带电物质发生静电作用，因此可通过聚合物与带相反电荷猝灭剂之间的电子或能量转移对周围环境中微量物质进行检测，而电子或能量极易在整个聚合物链上离域，荧光猝灭信号被放大。利用这些特性，在猝灭剂上引入各种待检测物质的特异性识别基团，通过观察荧光的猝灭或者恢复就能简便的实现对多种有机、无机及生物分子的高灵敏检测。2000年诺贝尔化学奖获得者A. J. Heeger，G. C. Bazan和F. Wudl等的研究小组已经开始以水溶性共轭聚合物为传感材料在生物传感领域开展了初步的探索。

目前已经开发的水溶性共轭聚合物就主链构型来说大都是直线型分子，折线型结构的分子研究的相对较少。直线型结构的水溶性聚对芳撑乙炔中，炔键独特的圆柱形电子云也使得相邻苯环间即使存在夹角，这就避免了也不至于对电子在共轭链上的快速离域产生不利影响。这有助于研究材料的荧光传感效应。通过在水溶性聚对芳撑乙炔主链中引入间位取代的苯环单体，可以得到折线型水溶性聚芳撑乙炔。间位取代苯环单体的引入使该分子主链能相对更自由的旋转，具有较大的构象自由度，有利于与待检测物质充分相互作用；而且，在水溶液中趋向于发生分子内折叠，形成与天然生物大分子，如DNA等类似的螺旋形构象，或接近于螺旋形的构象，这些都是直线型水溶性聚芳撑乙炔在化学/生物传感领域所不具备的优势。

但是，过去研究的折线型水溶性聚芳撑乙炔大都是两种单体形成的聚合物，发光区域单一，大部分集中在蓝光区域，不利于针对不同的检测对象设计多样化的检测方案。因此，本发明将杂环芳基作为单体之一引入聚芳撑乙炔分子主链中，得到一系列共轭主链掺杂的折线型水溶性聚芳撑乙炔。这种聚合物不仅具有过去折线型聚芳撑乙炔的优点，而且研究结果表明，通过某些外界条件诱导可使该类聚合物发生荧光共振能量转移，从而表现出多个发光区域，如苯并噻二唑掺杂水溶性聚芳撑乙炔可在蓝光和绿光区域发光，而苯并硒二唑掺杂水溶性聚芳撑乙炔可在蓝光和红光区域发光。这些特性可用于设计多样化的检测方案，能够提高检测灵敏度，并且满足检测对象多样化的需求，从而使这类材料在化学/生物传感检测方面有着潜在的广泛应用前景。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提出一种共轭主链掺杂的折线型水溶性聚芳撑乙炔及其制备方法，并且提出其在化学/生物检测方面的应用。

技术方案：本发明的共轭主链掺杂的折线型水溶性聚芳撑乙炔具有如下分子式：

其中，R和两个炔基分别位于苯环的三个间位上；

Ar为苯基、9，9二取代芴基中的一种；

Ar’为苯并噻二唑基团、苯并硒二唑基团中的一种；

聚合度n为大于1的自然数， 0.7≤x＜1， 0＜y≤0.3 ，且x + y = 1；

R，R’，R”分别选自氢原子H、R₁R₂R₃R₄N⁺或R₅基团中的任一种；其中R₁，R₂，R₃，R₄，R₅分别为烷基、烷氧基、酯基基团中的一种。

其中：

a.  当Ar’为苯并噻二唑基团时，其中两种典型的结构如下：