吉林大学化学学院刘晓明MRC,新型发光共轭有机聚合物在Cu2+离子检测与细胞成像中的应用

现代工业的迅猛发展，伴随而来的是更加严重与更加复杂成分的废液排放。废液中的有害物质极容易通过自然界的食物链被人体吸收。其中Cu2+作为一种特殊的重金属离子，过量摄入不仅容易导致阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病，影响人类健康，而且对藻类、细菌、病毒等生物也具有极高的毒性，影响生态环境。因此设计、合成具有高选择性的铜离子探针材料尤为重要。这不但需要克服现有的Cu²⁺离子的探针缺乏选择性、灵敏度较低的缺点，而且要求对Cu²⁺可以实现快速检测。

共轭有机聚合物(COPs)是一类具有π结构新型聚合物材料。不仅可以提高重复单体的性能，其具有的多共轭结构更可使其能成为一种发光材料和荧光探针。为此，吉林大学刘晓明教授与日本产业技术综合研究所，韩国蔚山科学技术研究院人员合作，将单体3,3’-二甲酰基-4,4’-二羟基-5,5’-二叔丁基联苯与水合联氨通过西弗碱缩合反应合成了一个新型共轭有机聚合物(LCOP-1)。由于骨架中具有大体积的叔丁基，可以有一定程度上削弱聚集诱导淬灭效应，使LCOP-1具有较高的荧光效率。研究结果过表明，当分别向LCOP-1的悬浊液中加入与Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺、Cr³⁺、Hg²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Pb²⁺、Co²⁺等阳离子时，荧光强度基本没有改变。而加入Cu²⁺离子后，1分钟内荧光强度即猝灭至原有荧光的25%，检测极限可降至150 nM。并且，该传感器可通过肉眼看到材料从淡黄色到红褐色的变化，从而实现“裸眼检测”。

随后该研究团队通过一系列实验证明：LCOP-1对Cu²⁺的识别能力不受各种不同阴离子存在的影响；并且当体系中含有其他金属离子以及非金属阳离子时，对Cu²⁺的识别的影响也甚微；当LCOP-1在pH值为5 ~ 11的环境下时，LCOP-1的荧光也可以被Cu²⁺猝灭。这些实验表明，LCOP-1可在较复杂的离子环境下和较宽的pH值范围内作为Cu²⁺探针。此外，研究团队将LCOP-1经过处理后加入到细胞中，发现仍能观察到显著的荧光，说明经过处理的LCOP-1纳米复合物可以成功进入细胞。而在培养基中加入Cu²⁺后，荧光消失。这表明，LCOP-1在检测细胞中的外源Cu²⁺时有较好的效果。

综上，新型发光共轭有机聚合物LCOP-1，其不仅对Cu²⁺有较高的灵敏度和选择性，而且响应速度快、检测极限低。与此同时，LCOP-1还成功实现了对细胞中Cu²⁺离子检测，对细胞没有表现出明显毒性，表明了其在生物功能方面的巨大潜力，具有广阔的应用前景。相关结果发表在Macromolecular Rapid Communications上。

WILEY

论文信息：

Light-emitting conjugated organic polymer as an efficient fluorescent probe for Cu2+ ions detection and cell imaging

Yuwei Zhang,† Ziping Li,† Qikun Sun,† Zhongping Li,* Yongfeng Zhi, Riming Nie, Hong Xia, Yue Yu, * and Xiaoming Liu *

Macromolecular Rapid Communications

DOI: 10.1002/marc.202100469

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.202100469

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