一种水溶性聚集诱导发光聚合物及其制备方法与应用与流程

本发明属于非传统荧光聚合物领域，具体涉及一种水溶性聚集诱导发光聚合物及其制备方法与应用。

背景技术：

2001年，香港科技大学唐本忠院士团队发现了具有聚集诱导发光(aggregation-inducedemission,aie)效应的化合物，这类荧光材料在溶液中以单分子形式存在时，激发态的电子通过分子内的运动回到基态，产生弱的荧光；当分子处于聚集态时，分子内运动受限，激发态的电子只能通过辐射跃迁的方式回到基态，表现增强荧光现象。aie材料被广泛应用于荧光传感、生物传感和电致发光等领域。基于生物学研究通常是在水相中进行，因此水溶性的aie材料具有很大的优势。当前，主流的aie聚合物材料都是将一些含大π共轭结构的疏水性分子(如环状多烯型、多芳香取代乙烯型和吡喃型分子)通过分子设计构筑而成。因此，想以简单的聚合体系及方法制备得到水溶性的聚集诱导发光材料相对比较困难。

目前，发现一类含有c＝o、-coor以及脂肪胺等非传统生色团的聚合物在低溶度下不发光，而在高浓度或者固态中发出强光，也表现出aie的特性。由于这类高分子在化学结构上更接近普通高分子，具有良好的亲水性、链柔性、结构可调性，其在构建水溶性aie聚合物具有诸多优势。目前,该类荧光聚合物的制备方法主要是通过开环聚合，氨基与不饱和双键的michael加成聚合来制备。但以上述方法制备聚合物也存在合成步骤繁琐、效率低、易交联的不足。另外，由于目前制备设计的此类荧光聚合物的种类较少，其机理的研究还不够透彻。因此探索以高效与温和的反应体系构建新型的水溶性非传统生色团aie聚合物在不同领域中应用是一个有意义的课题。

技术实现要素：

本发明的目的针对上述聚集诱导发光聚合物制备方法及应用存在的缺陷，提供一种水溶性聚集诱导发光聚合物及其制备方法与应用，它的分子骨架不含有大π共轭基团，而含有以脂肪胺和酰胺为主体的非传统发色团，具有更好的生物相容性，可用于离子检测和生物医用领域。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种水溶性聚集诱导发光聚合物，其特征结构式为式1和式2所示：

式1：

式1中，分子骨架含叔胺和酰胺的线型aie聚合物。

式2

式2中，分子骨架含叔胺和酰胺的支化aie聚合物。

按照本发明的另一方面，还提供了一种水溶性聚集诱导发光聚合物的制备方法，将含叔胺结构的羟基单体与含酰胺键的不饱和键单体溶于有机溶剂中，通过有机磷腈碱催化羟基与双键的oxa-michael加成点击聚合在温和的条件下制备得到水溶性聚集诱导发光聚合物。

其中，含叔胺结构的羟基单体为n-甲基二乙醇胺或三乙醇胺；含酰胺键不饱和键单体为双丙烯酰胺，双丙烯胱胺，不饱和键单体的摩尔量为含叔胺结构羟基单体摩尔量的1-2倍；

有机碱为膦腈碱t-bup2或t-bup4；所述的膦腈碱的摩尔量为含叔胺羟基单体摩尔量的0.05-0.2倍；

聚合条件是反应温度为0-60℃，聚合时间为6-96h；

有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或n-甲基吡咯烷酮，溶剂的摩尔量为含叔胺羟基单体摩尔量的10-20倍；

本发明的第三个方面：提供了一种采用上述aie聚合物制备的可用于离子检测及生物医用荧光材料。

所述的离子检测及生物应用荧光材料含荧光发光状态为高浓度液态(>10mg/ml)或固态；荧光测试或紫外激发波长为320-400nm。

有益效果：

本发明合成的水溶性聚集诱导发光聚合物是以oxa-michael点击聚合制备，其单体稳定、无刺激气味且来源丰富，其聚合体系组分简单且稳定、操作易行。该聚合物聚集诱导发光来源于非传统发光团酰胺和叔胺基团，具有良好生物相容性、水溶性、阳离子特性及fe³⁺特异性识别，为该聚合物在离子检测及基因/药物载体领域应用提供了基础。

附图说明

图1为实施例1所得水溶性aie聚合物(b-1)的红外光谱图。

图2为实施例1所得水溶性aie聚合物(b-1)在4％氘代盐酸中的核磁氢谱图。

图3为实施例1所得水溶性aie聚合物(b-1)的荧光光谱图(a)及在365nm紫外光照射下成像图(b)。

图4为实施例2所得水溶性aie聚合物(b-2)在不同浓度下的荧光光谱图(a)及在365nm紫外光照下成像图(b)。

图5为实施例3(b-3)，例4(b-4)和例5(l-1)所得水溶性aie聚合物在100mg/ml水溶液下的荧光光谱图，其中测试的激发波长为371nm。

图6为实施例1(b-1)和例2(b-2)所得水溶性aie聚合物在hela细胞的毒性。

图7为实施例1所得水溶性aie聚合物在10^-2mol/l的金属离子水溶液中的荧光光谱图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

(1)将三乙醇胺(0.149g，1mmol)、双丙烯酰胺(0.154g，1mmol)和n,n-二甲基甲酰胺(2.38g,20mmol)加入到聚合瓶中，随后在氩气保护下向聚合瓶中以0-5s每滴的速度加入催化剂t-bup2(100μl，0.2mmol)，于25℃下反应48h。反应结束后，加入乙酸终止反应，加二氯甲烷稀释，于正己烷中沉降得到收率90％的支化聚合物(b-1)。采用dmf相的凝胶渗透色谱仪表征聚合物的重均分子量mw.gpc＝74000g/mol，分子量分布pdi＝2.40，采用红外光谱和核磁谱确证制备得到了目标结构的聚合物。

(2)采用荧光显微镜在波长371nm处测试其在不同浓度下水溶液中的荧光性能，发现聚合物在低浓度下表现出微弱的荧光，而在高浓度下或固态下表现出强的荧光，其聚合物具有aie的特性。采用zeta电位仪测试聚合物的电势为17.6mv，表明成功以羟基与碳碳双键的点击聚合制备了具有水溶性、阳离子特性的aie效应的荧光聚合物。

(3)将所得aie聚合物配制不同浓度的10％血清培养基溶液与hela细胞中共培养，相对于阳离子聚合物pei(25kda)，以羟基与双键点击聚合制备的聚合物材料具有更低的毒性，适合在生物医学领域中应用。

(4)配制一定的浓度的水溶性aie聚合物，通过对金属离子na⁺，k⁺，ca²⁺，mg²⁺，fe²⁺，fe³⁺，al³⁺,cu²⁺等金属离子检测，该方法制备的叔胺聚合物可对fe³⁺特异性识别，可应用于离子检测。

实施例2

(1)将三乙醇胺(0.149g，1mmol)、n，n’-双丙烯胱胺(0.260g，1mmol)和n,n-二甲基甲酰胺(2.38g,20mmol)加入到聚合瓶中，随后在氩气保护下向聚合瓶中以0-5s每滴的速度加入催化剂t-bup2(100μl，0.2mmol)，于25℃下反应48h。反应结束后，加入乙酸终止反应，加二氯甲烷稀释，于正己烷中沉降得到收率84％的支化聚合物(b-2)。采用dmf相的凝胶渗透色谱仪表征聚合物的重均分子量mw.gpc＝72000g/mol，分子量分布pdi＝2.43，采用红外光谱和核磁谱确证制备得到了目标结构的聚合物。

(2)采用荧光显微镜在波长371nm处测试或用365nm紫外光照射其在不同浓度下水溶液中的荧光性能，发现聚合物在低浓度下表现出微弱的荧光，而在高浓度下或固态下表现出强的荧光，其聚合物具有aie的特性。采用zeta电位仪测试聚合物的电势为16.2mv，表明成功以羟基与碳碳双键的点击聚合制备了具有水溶性、阳离子性的aie效应的荧光聚合物。

(3)将所得aie聚合物配制不同浓度的10％血清培养基溶液与hela细胞中共培养，相对于阳离子聚合物pei(25kda)，以羟基与双键点击聚合制备的聚合物材料具有更低的毒性，适合在生物医学领域中应用。

实施例3

(1)将三乙醇胺(0.149g，1mmol)、双丙烯酰胺(0.154g，1mmol)和n,n-二甲基甲酰胺(2.38g,20mmol)加入到聚合瓶中，随后在氩气保护下向聚合瓶中以0-5s每滴的速度加入催化剂t-bup2(100μl，0.2mmol)，于25℃下反应12h。反应结束后，加入乙酸终止反应，加二氯甲烷稀释，于正己烷中沉降得到收率88％的支化聚合物(b-3)。采用dmf相的凝胶渗透色谱仪表征聚合物的重均分子量mw.gpc＝27300g/mol，分子量分布pdi＝1.60。采用荧光显微镜在波长371nm处测试其在在高浓度下(100mg/ml)或固态下表现出较强的荧光，其聚合物具有aie的特性。采用zeta电位仪测试聚合物的电势为14.5mv，表明成功以羟基与碳碳双键的点击聚合制备了具有水溶性、阳离子特性的aie效应的荧光聚合物。

实施例4

(1)将三乙醇胺(0.149g，1mmol)、双丙烯酰胺(0.154g，1mmol)和n,n-二甲基甲酰胺(2.38g,20mmol)加入到聚合瓶中，随后在氩气保护下向聚合瓶中以0-5s每滴的速度加入催化剂t-bup2(100μl，0.2mmol)，于25℃下反应24h。反应结束后，加入乙酸终止反应，加二氯甲烷稀释，于正己烷中沉降得到收率86％的支化聚合物(b-4)。采用dmf相的凝胶渗透色谱仪表征聚合物的重均分子量mw.gpc＝32700g/mol，分子量分布pdi＝1.89，采用荧光显微镜在波长371nm处测试其在在高浓度下(100mg/ml)或固态下表现出较强的荧光，其聚合物具有aie的特性。采用zeta电位仪测试聚合物的电势为16.2mv，表明成功以羟基与碳碳双键的点击聚合制备了具有水溶性、阳离子特性的aie效应的荧光聚合物。

实施例5

(1)将n-甲基二乙醇胺(0.119g，1mmol)、双丙烯酰胺(0.154g，1mmol)和n,n-二甲基甲酰胺(1.19g,10mmol)加入到聚合瓶中，随后在氩气保护下向聚合瓶中以0-5s每滴的速度加入催化剂t-bup2(50μl，0.1mmol)，于25℃下反应96h。反应结束后，加入乙酸终止反应，加二氯甲烷稀释，于正己烷中沉降得到收率75％的线型聚合物(l-1)。采用dmf相的凝胶渗透色谱仪表征聚合物的重均分子量mw.gpc＝18000g/mol，分子量分布pdi＝1.3。采用荧光显微镜在波长371nm处测试其在在高浓度下(100mg/ml)或固态下表现出较强的荧光，其聚合物具有aie的特性。采用zeta电位仪测试聚合物的电势为14.6mv，表明成功以羟基与碳碳双键的点击聚合制备了具有水溶性、阳离子特性的aie效应的荧光聚合物。