基于放大荧光共轭聚合物的化学传感器
水溶性共轭聚合物在荧光传感器上的应用进展
Ｆ ｇ １ Ｄｉ ｇ ａ ｏ Ｉ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ Ｋ ｄ ｔ ｃ ｉｎ ｐ ｉ ｃ ｐ ｅ ｉ． ａ ｒ ｍ ｆＰ ｔ ｔ ｒ ｎ ｕ ｅ ｅ ｔ ｒ ｉ ｌ ｏ ｎ
子 或小 分子 之 间通 过 电子 或 能 量 的 转 移 而 实 现 对 周 围环 境 中存
在 的微 量物质进行检测 。
１ 金 属 离 子 检 测
金 属离 子广泛存在 于环境 以及 生物体 内各种 微化学 反应 过 程 之中 Ｊ其在生命科学 、 ， 环境科学 以及 医学领域有 着举足轻重 的地位 ， 与人们的生活也密不可分 。因此 ， 如何 对各种不 同金 属 离 子进行 高选择性 和高灵敏度 的检 测成为近来 科学领域 的研究 热 点。
近来 ， ｉ ” 同样用单链 Ｄ Ａ形成 的 Ｇ—ｑ ａｒｐｅ Ｋｍ等 Ｎ ｕ ｄｕ ｌ ｘ结构 作 为分子信 标以及水溶性 聚合物 Ｐ ２实现 Ｋ 高灵敏 度和高选 择 性 的检测 ， 但不 同的是 Ｋｍ 等人 所选择 的单链 Ｄ Ａ两端 的碱 基 ｉ Ｎ
用进展 。
关键 词 ： 水溶性共轭聚合物 ； 荧光传感器； 应用进展
中图分 类号 ：６３１ ０ ３．６
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ： ０ — ６７２ １）７— ００ ０ １ １ ９７ （０２ ０ ０６ — ５ ０
Ａｐ ｌ ａｉｎ Ｐ ｏ ｒｓ ｆＷ ａｅ — ｏｕ ｌ Ｃｏ ｊ ｇ ｔｄ ｐｉ ｔ ｒ ｇ ｅｓｏ ｔｒ—Ｓ ｌｂｅ ｎｕ ａｅ ｃ ｏ
ｂｅｃｎｕ ａ ｄｐｌｍ ｒ ｂｓｄｓｎｏｓｉ ｍ ｔ ｎ ， ｌｃｌｓａ ｄｂｏ ａｒｍｏ ｃｌｓｄ ｔ ｔ ｎ ｉ ｒｃｎｌ ｙａｓｗ ｒ ｌ ｏｊｇｔ ｏ ｅｓ ａｅ ｅ ｓｒ ｎ ｅａ ｉ ｓ ｍｏ ｕｅ ｎ ｉ ｃｏ ｌ ｕｅ ｅｅ ｉ ｅｅ ｔ ｅｒ ｅｅ ｅ ｙ ｌｏ ｅ ｍ ｅ ｃｏ ｎ ｙ
共轭聚合物材料在光电领域的应用
共轭聚合物材料在光电领域的应用共轭聚合物是一种用于制造光电器件的有机材料。
这种材料不仅可以减少成本，而且可以形成各种形状，从而支持各种不同类型的器件。
由于其可控性强、导电性能优良，以及柔性可塑性好等特点，因此在太阳能电池、有机发光二极管、场效应管等领域有着广泛的应用。
太阳能电池共轭聚合物材料在太阳能电池中的应用较为广泛。
太阳能电池的基本原理是利用材料吸收太阳辐射中的能量进而产生电荷。
传统的太阳能电池材料一般是半导体材料如硅和铜铟镓硒等。
但是这些材料在制造、加工、处理等方面都需要较高的成本费用。
相比之下，共轭聚合物材料可以通过化学合成制备，并且可以使用溶液法等低成本制造方法。
此外，共轭聚合物材料可以在小空间中形成连续电荷输运通道，达到电子输运的目的。
这种材料具有较高的导电性能，并且有能够在较宽范围内吸收太阳光谱的特性，这使得其在太阳能电池领域具有较高的潜力。
有机发光二极管相比于传统的半导体材料，共轭聚合物材料在有机发光二极管方面具有更好的应用。
有机发光二极管通过在共轭聚合物薄膜两端加电压，激发材料分子中储存的电子，并产生光。
该方法比传统的基于半导体的方法成本更低，所需的材料更少，其用途领域也更广泛。
同时，相比于半导体材料，共轭聚合物具有更高的可塑形性，这使其更适合制造各种形状和大小的二极管器件。
同样，共轭聚合物具有更好的可控性，使得它能够自由地调整其电子能级，进而实现更高效的发光效果。
总的来说，共轭聚合物在有机发光二极管方面能够提供相对较高的发光效率，并且有着各种应用领域。
场效应管共轭聚合物材料在场效应管领域也有着重要的应用。
场效应管是一种基于电场效应的半导体器件。
与传统的场效应管相比，共轭聚合物场效应管可实现更高的晶体管电子迁移率。
这主要是因为共轭聚合物能够更好地控制其电子结构，从而使其表现出更高的生长性能。
共轭聚合物场效应管的制备方法类似于传统半导体材料，主要是通过化学溶液法合成薄膜，然后将薄膜用于器件制造。
共轭聚合物化学的研究发展及其在生物医学中的应用
共轭聚合物化学的研究发展及其在生物医学中的应用共轭聚合物是一类电子共轭的高分子材料，其分子结构中存在着共轭键的连续链结构。
因为这种分子结构可以带来很高的电子导电性和光学性质，所以共轭聚合物在有机电子学、光电子学和生物医学等领域中，具有广泛的应用前景。
本文将从共轭聚合物的化学结构、制备方法及其在生物医学领域中的应用等方面进行诠释。
一、共轭聚合物的化学结构共轭聚合物分子结构由若干个单体分子共价结合而成，其中单体分子通常为含有氮原子、硫原子、氧原子或其他元素的异构化合物。
通过不同单体结构的组合，可形成多种不同的共轭聚合物。
共轭聚合物的分子结构中，主要是由单个环状和链状的单元组成，链状的单元可以是苯环、噻吩环、吡咯烷环等。
其中，苯环是最常见的单元，被广泛应用于有机底物中。
二、共轭聚合物的制备方法共轭聚合物制备的方法是多样的，其中包括化学氧化聚合法、热聚合法、电化学聚合法、热致聚合法等。
可以根据不同的单体结构和分子结构，在合适的条件下对单体进行不同的反应，扩大共轭聚合物的结构和性能空间。
以热致聚合法为例，该法发展非常迅速，利用热致变色材料的热致变化行为，通过化学方法来实现聚合反应。
这种方法的优点在于，它可以通过控制温度和时间来改变材料的性质，同时，还具有简单的制备工艺流程、操作简单和易于扩展等优点。
三、共轭聚合物在生物医学中的应用在生物医学领域中，共轭聚合物主要应用于生物诊断和生物成像方面。
共轭聚合物有一种非常特殊的性质，即在与单个分子或特定生物细胞相互作用时，它们会发生显著的荧光变化，这种荧光变化可用于生物诊断和成像。
目前，共轭聚合物与生物成像技术的应用研究在不断地发展中。
例如，一些共轭聚合物可以标记在特定的蛋白质、DNA和细胞膜上，从而使这些物质在荧光图像上得到清晰的显示，从而实现生物诊断的效果。
共轭聚合物还可以选择性地标记心血管疾病、肿瘤等细胞，在生物成像方面取得良好的成果。
此外，共轭聚合物还应用于生物传感器方面，例如，共轭聚合物材料被用于制作生物传感器，以实现针对特定生物目标的高度敏感和选择性检测。
有机光电材料与有机光电器件
有机光电材料与有机光电器件苑嗣纯;葛兴;赵建庄【摘要】近年来,有机光电子学在基础研究和应用方面取得了突飞猛进的发展,已经成为一个较为成熟的跨学科新兴领域.主要介绍有机光电材料的分子结构、导电与发光机理、有机光电器件的分类与工作原理以及有机光电材料在光电器件方面的应用,包括有机发光二极管和发光电化学池、有机太阳能电池、有机场效应晶体管、有机生物化学传感器、有机光泵浦激光器以及有机非线性光学材料等.【期刊名称】《北京农学院学报》【年(卷),期】2010(025)003【总页数】6页(P75-80)【关键词】有机光电子学;有机光电材料;有机光电器件【作者】苑嗣纯;葛兴;赵建庄【作者单位】北京农学院,基础教学部,北京,102206;北京农学院,基础教学部,北京,102206;北京农学院,基础教学部,北京,102206【正文语种】中文【中图分类】O621.22光和电的物理本质和内在联系自19世纪以来也已被逐渐阐明。
电能的应用彻底改变了人类的历史进程,从最初电灯的发明到依托电力的现代机器大工业的蓬勃发展,它使得人类文明以难以置信的速度飞跃前进。
而更为古老的光学,则在人们认识到其波动和量子性相统一及现代激光技术诞生的基础上从经典光学进入了现代光学的新纪元。
光电(包括磁)现象的本质是紧密联系的,两者在一定条件下可以相互转化,现今已有大量具特殊光电性能的材料被人们所研究。
1 有机光电材料自20世纪70年代以来,基于有机(高)分子的光、电、磁功能材料的研究一直受到科技界的高度关注,已经成为化学与材料学科研究的热点(IUPAC认为该方面的研究是21世纪化学重要研究方向之一),并且取得了一系列重大进展。
如20世纪70年代发现了有机导体,80年代发现了超导体,90年代发现了有机铁磁体和高效的有机发光材料。
同时,这些有机功能材料在器件中的应用也取得了很大的进展。
固态有机化合物一般属于共价化合物,在原子通过共价键形成分子之后依靠较弱的分子间范德华作用力维系,稳定性较差,载流子不易传输,长久以来一直被认为只能是绝缘体。
共轭聚合物为基础的荧光传感器
相互作用时， 有效传感信号才会产生。由此可见 ， 相对 于结构相似 的小分子体系而言 ， 共轭聚 合物对于传感信号（ 包括荧光信号） 具有放大功能 ， 而其放大效率主要决定于激子的寿命以及
维普资讯
第２卷 第３ ２ 期
大 学化 学
２７ 月 ０ 年６ ０
共 轭 聚 合 物 为 基 础 的荧 光 传 感 器
赵 达慧
（ 北京大学化学与分子工程 学院 Ｅ １０７ ） 京 ０ ８ １
摘要
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
近年来 ， 借助共轭聚合物的荧光发射与淬灭过程开发化 学与生物传 感技术成 为倍 受关
激子在 共轭 聚合物链 上 的迁移 速率 等 因素 。
以上所描述的信号放大作用是基于分子 内能量传递 （ 激子迁移） 的机理产生的。但人们 在研究许多基于共轭聚合物荧光淬灭的传感器 ， 特别是带电荷 的聚电解质 （ｏ ｅ ｃ ｏ ｔ） ｐｌ ｌ ｔ ｌｅ 体 ｙ ｅｒｙ 系时发现， 实验测得的信号放大程度远高于由于分子 内激子迁移所能够产生的信号放大幅度 ，
为荧光基团（ ｕｒ ｈｒ） ｌ ｏ ｅ ｆ ｏ ｐ ｏ 与受体 （ｃｅｔ ） 在某 些体 系 中， ａｃｐ ｒ ； ｏ 这两部分 结构 可以合二为一 ； 并
且， 分子的发光性质（ 如发射波长、 强度等） 在与被检测物相互作用后会产生 明显变化 ， 这是体 系实现传感功能的基础。如图 １ ａ 所示 ， （） 由于被检测物（ｎｌｅ 的浓度通常较低 ， ａａ ｔ） ｙ 在小分子
注并获得迅速发展 的研究领域 。由于共轭 聚合物 能够 沿分子链进行 能量和 电荷传 导 ， 而产 生信 从
共轭聚合物的合成及性能研究
共轭聚合物的合成及性能研究共轭聚合物是一类具有高分子结构的材料，其分子结构中存在着一连串的共轭双键，这种结构使得共轭聚合物具有一系列优异的性能。
从材料科学的角度来看，共轭聚合物在光电器件、传感器、药物输送等领域具有广泛的应用前景。
因此，许多研究人员致力于共轭聚合物的合成及性能研究，旨在寻找更优异的共轭聚合物材料，以满足不同领域的需求。
共轭聚合物的合成是一个复杂而精细的过程。
通常情况下，共轭聚合物的合成可以通过热聚合、阳离子聚合、阴离子聚合等方式进行。
其中，热聚合是最为常见的方式，通过在适当条件下将含有双键的单体进行热反应，形成共轭结构。
此外，还可以通过催化剂的引入来促进聚合反应的进行，提高合成效率和产物质量。
然而，共轭聚合物的合成并不仅仅是简单的化学反应过程，更需要考虑材料的性能需求。
在合成共轭聚合物时，研究人员常常需要精确控制反应条件，以确保产物的结构和性能符合要求。
例如，通过合适的溶剂选择、反应温度控制、催化剂使用等手段，可以调控共轭聚合物的分子结构和链长，从而影响其光电性能、导电性能等方面的表现。
在共轭聚合物的性能研究中，光电性能是一个至关重要的指标。
共轭聚合物通常具有较宽的光谱吸收范围和高的吸收系数，适合用于光电器件的制备。
研究人员可以通过调控共轭聚合物的分子结构和取代基团，来改变其吸收光谱和光电转换效率。
此外，共轭聚合物还常常具有较好的荷移迁移性，有助于提高电荷载流子的迁移速度和电子传输效率。
除了光电性能，共轭聚合物的导电性能也是研究的重点之一。
共轭聚合物具有很高的载流子迁移率和导电性，适合用于制备柔性电子器件和传感器。
研究人员可以通过掺杂或引入掺杂物来调控共轭聚合物的导电性能，例如半导体性能、电阻率等参数。
此外，共轭聚合物还具有较好的机械性能和可塑性，适用于柔性材料的应用。
从合成到性能研究，共轭聚合物的研究领域涉及多个学科和领域，需要研究人员具备跨学科的知识和技能。
共轭聚合物的合成及性能研究既有基础研究的一面，也有应用研究的一面，需要研究人员在实验操作技能、数据解析能力、学科交叉融合等方面有较高水平。
共轭聚合物在荧光化学传感器中的应用特征
性质或化学性质 ， 这一性质就决定 了其具有检测超 低 含 量待 测 物 的能力 。 因此 ， 轭 聚 合 物 同时 具有 共
良好 的灵敏 性 。 Ｒ ｖｎ ｒｎ ｔＩ 由对 苯 二 酚 合 成 出聚 （ 一亚 苯 ａ ｉｄａ ａ ｈ５ 】 Ｐ
基 ）类 光 电性能 可调 的半导 体共 轭聚 合物 ； ａ 性及灵敏性
共轭 聚合 物 作 为传 感 材 料 具 有 良好 的半 导 体
图 １ 共轭 聚 合 物 Ｉ 结构 式 的 Ｆｇ１ Ｓｒｃ ｒｌｏｍｕａ ｆｏ ｊｇｔｄ ｏｙ ｒ ｉ． ｔ ｔ ａ ｆｒ ｌｏ ｎｕ ａ ｌ ｕｕ ｃ ｅ ｐ ｍｅ Ｉ
性和灵敏性ｆ。共轭聚合物中存在着兀电子共轭体 Ｊ ４ １ 系， 兀键被 分成 成 键 轨道 ｎ和反 键 轨 道 Ｈ ， 每一 个 轨道 可 以容纳 两个 自旋 方 向不 同的 电子 。其 中 ｎ轨 道 充满 ， 称作 价 带 ； 兀 轨 道无 电子 ， 为 导带 ， 带 称 价 和导带 之 间的能量 差 叫做带 隙 Ｅ 。 ｇ 一般 来说 其能 隙 的范 围在 １ ～３ Ｖ之 间 ， 此 ， ． ５ ｅ 因 共轭 聚 合物 具 有半 导 体 的性 质 ， 电导 率 在 （ ０～１ ） （ ０～４ Ｓｅ １ ２～ １ ）／ ｍ。在
（． １ 陕西省兴平市华兴 中学 ， 陕西 兴平 ７ ３ ０ ； ． １１７ ２ 海军驻兴平地区军事代 表室， 陕西 兴平 ７ ３ ０ ） １ １ ７
摘
要： 综述 了共轭聚合物作为传感材料在荧光化学 传感器 中的应用特征 ，着重就其 良好的半导 体性
及灵 敏性 、 高的摩尔 吸光系数与荧光量子效率 、 传感信号放大功能以及 良好 的加工性能进行 了介绍 。此外 ， 还
Ｈ
新型聚合物在生物传感器中的应用研究
新型聚合物在生物传感器中的应用研究在当今科技迅速发展的时代，生物传感器作为一种能够实时、快速、准确检测生物体内各种物质的工具，已经在医疗诊断、环境监测、食品安全等众多领域发挥着至关重要的作用。
而新型聚合物的出现，为生物传感器的性能提升和应用拓展带来了新的机遇。
新型聚合物具有独特的物理和化学性质，如良好的生物相容性、优异的导电性、高灵敏度等，这些特性使其成为构建高性能生物传感器的理想材料。
其中，导电聚合物如聚苯胺、聚吡咯等，由于其能够在氧化还原过程中实现电子的快速传递，被广泛应用于电化学生物传感器中。
以聚苯胺为例，它可以通过电化学聚合的方法直接在电极表面形成薄膜，这种薄膜不仅能够增加电极的表面积，提高生物分子的负载量，还能够有效地促进电子转移，从而显著提高传感器的灵敏度和响应速度。
除了导电聚合物，具有刺激响应性的聚合物也在生物传感器领域展现出了巨大的潜力。
例如，温度响应性聚合物如聚 N异丙基丙烯酰胺（PNIPAM），在温度低于其低临界溶解温度（LCST）时，聚合物链在水中伸展，呈现出亲水性；而当温度高于LCST 时，聚合物链收缩，表现出疏水性。
利用这种特性，可以构建温度响应性的生物传感器。
当目标生物分子与传感器结合时，会引起温度的变化，从而导致聚合物的构象发生改变，进而产生可检测的信号。
在生物传感器的实际应用中，新型聚合物的引入往往能够解决一些传统传感器所面临的难题。
例如，在检测微量生物分子时，传统传感器由于灵敏度不足，往往难以给出准确的检测结果。
而基于新型聚合物的生物传感器，如使用纳米复合聚合物材料的传感器，能够通过增加比表面积和提高电子传递效率，有效地提高检测的灵敏度，实现对微量生物分子的精确检测。
另外，新型聚合物还能够提高生物传感器的选择性。
通过对聚合物进行功能化修饰，使其表面具有特定的识别位点，能够特异性地与目标生物分子结合，从而排除其他干扰物质的影响，提高检测的准确性。
例如，利用分子印迹技术，在聚合物中形成与目标分子形状和大小相匹配的空穴，实现对目标分子的高选择性识别。
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将甲基丁酸乙酯的气体通PAOT-8聚 （3-辛氧基噻 吩）薄膜
离子传感器
部分共轭转变成完全或接近完全共轭的聚合 物。提高共轭程度，改变电子密度， 引起某些 物理性质的变化，检测出相应的金属离子。
爆炸物传感器
缺电子， 良好的电子受体，三蝶烯基元
作用：
①分隔聚合物主链，减小了不利于荧光发射的分子间相 互作用与自淬灭效应， 保证了了膜状态下强的发光能力。
一般可用作荧光传感器传感材料的主 要有以下几种：
稠环类芳香化合物 分子内共轭的电荷转移化合物
(前两者均属于共轭聚合物)
金属离子发光体系
基于共轭聚合物荧光传感器的特点
1、半导体性和灵敏性 2、高摩尔激光系数、高荧光量子效率 3、具有传感信号放大功能 4、良好的加工性能
1、半导体性和灵敏性
一般来说共轭聚合物导带与价带能隙的范围 在1.5～3 eV之间，共轭聚合物具有半导体的性 质。
在磺化后 PPV共轭聚合物即 MPS-PPV的水溶 液中， 存在着下列平衡关系：
当 MV2 + 与某些生物分子相互作用而被移走时， 共轭聚合物的荧光又得以恢复。
气体、湿度传感器
共轭聚合物气体传感器是将共轭聚合物沉积 或涂覆在某些基质表面 （如导电玻璃），当气 体通过时，聚合物会与其发生电子转移，从而 引起自身物理性质（如阻抗）的变化，通过记 录这些变化就可以检测出周围的气体成分。
②实现非溶液状态下进行传感、检测。
③ 膜材料具有多 ( 纳米级) 微孔的性质，利于被检测的 小分子更迅速有效地渗透进入传感材料内部，造成荧光 信号的大幅度变化，实现高灵敏度。
共轭聚合物结构的不同，其实现的传感功能也不同： ⑴当共轭聚合物形成阴离子聚合物时，可以利用其和阳 离子受体猝灭剂的作用实现生物传感器的应用； ⑵当在共轭聚合物上引入给电子基团时，可以实现气体、 温度传感器的应用； ⑶当在共轭聚合物中掺杂某些离子或利用带有配体的结 构时，可以实现离子传感器的应用； ⑷当合成能隙小、具有较高电导性的共轭聚合物时，可 以实现温度、压力传感器的应用。
如聚(亚苯基亚乙炔基)类共轭聚合物，Pd2+ 离L／子m对ol聚。合物的荧光猝灭常数Ksv可达4.34×105
2、高摩尔激光系数、高荧光量子效率
分子量高、热稳定性能、荧光量子效率高达67 ％。
3、 具有传感信号放大功能
分子导线效应 一点接触、多点响应
F0/F=1+Ksv〔Q〕 t0/t=1+Kqt0〔Q〕 F0/F为加入猝灭剂前后的荧光强度比 Ksv 为猝灭常数 Kq为猝灭剂前后的荧光寿命比
4、良好的加工性能
化学修饰调节聚合物的HOMO能量，从而得 到理想的、符合各种要求的材料；
共轭长度可调，即带隙能可调，从而发光颜 色可调；
加工性能比较优异，易于大面积成膜。 其成膜方法主要有以下几种：
①电化学成膜； ②旋转涂膜； ③溶剂蒸发成膜等。
生物传感器
共轭聚合物的生物传感器是将共轭聚合物分 子修饰以固定生物活性组分 （如抗生素、 抗体、 DNA、RNA等），使它们能够分别和抗体、抗 原、DNA等发生相互作用，并利用共轭聚合物 本身的特点将这种相互作用转换成可以计量的 信号装置。
Content
一 引言 二 化学传感器荧光材料 三 共轭聚合物荧光传感器的特点 四 共轭聚合物荧光传感器的应用 五 小结
Introduction
传感器是指利用某一种或某一类分子的特殊物理 或化学性质对被测物质进行检测的器件。
荧光化学传感器(fluorescence chemical sensor) 是利用被检测物与某种荧光分子或材料之间特定 的相互作用引发荧光强度的增加或降低，或者是 所发射的荧光波长的变化来实现对被检测物的检 测与信号的传递。
Thank you!