【原】上转换/发光纳米/量子点构建MFPH多色荧光聚合物水凝胶

星戈瑞V荧光居 2020-12-18

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荧光聚合物水凝胶（FPHs）是具有可调发光特性的三维交联亲水性聚合物网络，是一种新兴的发光材料。FPHs以高度水溶胀的准固态存在，其交联的三维亲水网络可显著促进物质与周围水环境的交换，从而产生显著的荧光响应，特别适用于发光传感、显示、信息加密等领域。FPHs的软和湿特性通常会使与细胞的非特异性相互作用最小化，突出潜在的生物相关应用，如生物成像和诊断。

在多色荧光聚合物水凝胶（MFPH）方面，MFPH的人工设计与构建要涉及同时将两个或多个不同的荧光体并入同一聚合物水凝胶系统中。荧光体被用作MFPH的组成部分，根据荧光基团的类型可分为荧光蛋白、有机荧光团、稀土配合物和发光纳米粒子。

1 荧光蛋白：是种天然荧光团，它们的发光通常来自固有的芳香族氨基酸。由于荧光蛋白具有良好的荧光稳定性、丰富的荧光颜色和良好的生物相容性，因此荧光蛋白是MFPH的良好构成要素。

2 有机荧光团：有机荧光染料由于其发射强度、颜色和响应性可通过精细的结构设计而成为MFPH的理想选择。如有机荧光剂如芘、罗丹明B、香豆素460，通常有平面芳香核和共轭类似圆盘的结构。

构建MFPH的策略包括：将具有刺激响应变色特性的单一荧光团引入水凝胶基质中、将两个或多个具有不同发射颜色的荧光团组合。大多数经典有机染料主要是疏水性平面分子，它们通常在高亲水性聚合物水凝胶基质中形成致密的面对面填充，导致不利的聚集诱导猝灭（ACQ）。为此，发展聚集诱导发射（AIE）聚合物水凝胶，这种水凝胶通过疏水性AIE在准固态水凝胶中的大量聚集来实现增强发射。

3 稀土配合物：具有独特金属控制光致发光特性。通常具有发光量子产率高、发射光谱清晰、颜色纯度高和光化学稳定性好等特点。但，具有毫秒荧光寿命的镧系离子在水溶液中的发光很容易猝灭，主要是通过含有高能振动的非辐射衰变过程。因此需将镧系离子引入交联水凝胶体系中。采用合适的配体，通过共振能量转移（RET）过程吸收足够的能量并有效地将能量传递给镧系离子。（上转换发光材料）

4 发光纳米粒子：具有发射颜色/强度可调、细胞毒性低、化学和物理稳定性等优点。大多数纳米发光材料是人工合成的，其一维直径小于100nm。典型的例子包括量子点（QDs）、碳点（CDs）、荧光染料掺杂的二氧化硅纳米粒子（DSNPs）和金属纳米团簇（NCs）。

量子点是半导体纳米材料，其尺寸约为1-10纳米，通常具有核-壳结构（如CdSe/ZnS）或涂层功能化核结构（如CdS）。它们能够通过调节纳米晶尺寸和组分来显示令人印象深刻的彩虹荧光。金属纳米团簇（NCs）是通常由数个至数十个原子（例如，Au、Ag、Pt）组成，其大小与电子费米波长相似。