一种基于共轭高分子的荧光编码微球及其制备方法

摘要

本发明公开了一种基于共轭高分子的荧光编码微球及其制备方法。将两类具有不同发射波长的共轭高分子聚合物按不同的摩尔比混合，制备出两种尺寸的一系列具有不同荧光特性的荧光微球，采用流式细胞仪对荧光微球进行编码，依据荧光编码微球所具有的荧光特征，建立荧光编码微球阵列，用于对金属离子进行模式识别。本发明提供的荧光编码微球具有比表面积大的特点，且制备简单，使用方便。在实际应用中，可将荧光编码微球对所要测定的标准物的响应模式进行储存，比较分析物的响应模式与标准模式的匹配程度，实现对被分析物的成分判断。

权利要求

1.一种基于共轭高分子的荧光编码微球的制备方法，其特征在于包括如下步骤:（1）将荧光共轭高分子聚合物溶解于良溶剂中，所述的荧光共轭高分子聚合物由聚对苯撑乙炔PPEs和聚对苯撑乙烯噻吩乙炔交替共聚物PPETEs组成， PPEs为0～100%，其余为PPETEs，PPEs与 PPETEs的摩尔比为任意比例；调节PPEs与 PPETEs的摩尔比，配制得到相应的具有不同荧光特性的荧光编码溶液，荧光编码溶液中的荧光共轭高分子聚合物的总浓度为 0.1～40 μM ；

（2）将微球分别置于各种不同编码的荧光编码溶液中，均匀分散后，在 4 ℃～27 ℃的温度条件下震荡处理1～8 小时，再经洗涤、干燥，得到具有不同荧光特性的荧光编码微球；

所述的微球为直径3～6μm的单分散性氨基改性的多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球APGMA，或直径30～40 μm的单分散性磺酸基改性的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球SPSDVB中的一种；按PPEs与 PPETEs的不同比例，用流式细胞仪对得到的荧光编码微球进行编码；

（3）将得到的荧光编码微球避光保存。

2.根据权利要求1所述的一种基于共轭高分子的荧光编码微球的制备方法，其特征在于：所述的良溶剂为四氢呋喃。

3.根据权利要求1所述的一种基于共轭高分子的荧光编码微球的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的PPEs与 PPETEs的摩尔比，分别为8:0，7:1，6:2，5:3，4:4，3:5，2:6，1:7和0:8；各荧光编码溶液中的荧光共轭高分子聚合物的总浓度为20 μM。

4.根据权利要求1所述的一种基于共轭高分子的荧光编码微球的制备方法，其特征在于：所述的聚对苯撑乙炔PPEs为如下化学结构式中的一种： 、  、

  。

5.根据权利要求1所述的一种基于共轭高分子的荧光编码微球的制备方法，其特征在于：所述的聚对苯撑乙烯噻吩乙炔交替共聚物PPETEs为如下化学结构式中的一种：、  、

  、  。

6.一种按权利要求1制备方法得到的基于共轭高分子的荧光编码微球。

说明书

一种基于共轭高分子的荧光编码微球及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及荧光共轭高分子传感材料领域，特别涉及一系列基于共轭高分子的荧光编码微球及其制备方法。

背景技术

[0002] 沿聚合物主链交替的单键和双键使共轭高分子（CPs）具备了独特的性能,如，任何轻微的干扰就有可能导致整个系统的荧光性能发生变化，用于检测便可使灵敏度大大提高，即“分子导线”效应。此外，与荧光染料相比，CPs由于具有结构可调性和聚集结构的差异性，更有可能在各种不同的环境下实现不同的检测任务（参见文献Chem. Rev. 2007, 107, 1339-1386）。

[0003] 文献（ACS Applied Materials & Interfaces 2014, 6, 5041.）报道了具有不同侧基官能团的聚合物可构成差分阵列用于检测金属阳离子的技术方案，所述聚合物根据其最大发射波长位置（或主链结构）可以分为两大类。但由于以下两方面的原因，关于共轭高分子制备荧光编码微球的文献较为少见，一是由于液相悬浮芯片技术是一项全新的技术，二是鉴于仪器设备的要求，所需的高分子微球是必须使单分散的、直径在微米级（如Luminex 公司的微球统一为5.6 μm），而现有的共轭高分子粒子制备方法主要集中在纳米尺寸，并且大量制备微米尺寸的高度均匀的高分子微球（不仅局限于共轭高分子微球）本身也是一个非常具有挑战性的领域。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术存在的不足，提供一种制备工艺简单，操作简便的基于荧光共轭高分子的编码微球及其制备方法。

[0005] 实现本发明目的的技术方案是提供一种基于共轭高分子的荧光编码微球的制备方法，包括如下步骤:

[0006] 1、将荧光共轭高分子聚合物溶解于良溶剂中，所述的荧光共轭高分子聚合物由聚对苯撑乙炔PPEs和聚对苯撑乙烯噻吩乙炔交替共聚物PPETEs组成， PPEs为0～100%，其余为PPETEs，PPEs与 PPETEs的摩尔比为任意比例；调节PPEs与 PPETEs的摩尔比，配制得到相应的具有不同荧光特性的荧光编码溶液，各荧光编码溶液中的荧光共轭高分子聚合物的总浓度为 0.1～40 μM ；

[0007] 2、将微球置于各不同编码的荧光编码溶液中，均匀分散后，在 4 ℃～27 ℃的温度条件下震荡处理1～8 小时，再经洗涤、干燥，得到具有不同荧光特性的荧光编码微球；所述的微球为直径3～6μm的单分散性氨基改性的多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球APGMA，或直径30～40 μm的单分散性磺酸基改性的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球SPSDVB中的一种。

[0008] 3、将得到的荧光编码微球避光保存。

[0009] 本发明技术方案所述的良溶剂为四氢呋喃。

[0010] 所述的聚对苯撑乙炔PPEs为如下化学结构式中的一种：

[0011] 、  、

[0012]  。

[0013] 所述的聚对苯撑乙烯噻吩乙炔交替共聚物PPETEs为如下化学结构式中的一种：

[0014]   、  、

[0015]   、 。

[0016] 本发明技术方案的一个具体的优选方案是：步骤1中所述的PPEs与 PPETEs的摩尔比，分别为8:0，7:1，6:2，5:3，4:4，3:5，2:6，1:7和0:8；各荧光编码溶液中的荧光共轭高分子聚合物的总浓度为20 μM。

[0017] 本发明技术方案采用按PPEs与 PPETEs的不同比例，用流式细胞仪对得到的荧光编码微球进行编码。

[0018] 本发明技术方案还包括按上述制备方法得到的基于共轭高分子的荧光编码微球。

[0019] 本发明技术方案可根据不同的需要，将不同的共轭聚合物按不同比例混合制备出不同的编码的微球。正是由于这两大类荧光共轭聚合物的不同比例，赋予了制备的编码微球不同的荧光特征。在理论上，如果用m种的CPs和n种荧光发射波长用于编码，最多可得到nm种编码，这一系列也是潜在的可用于金属离子检测的传感材料。

[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0021] 1、本发明通过控制两类最大发射波长不同的聚合物的比例对原料微球进行编码，正是由于这两大类荧光共轭聚合物的不同比例，赋予了制备的编码微球不同的荧光特征。这种方法简化了编码微球的制备过程，将拓展共轭高分子在传感检测领域的应用。

[0022] 2、本发明通过流式细胞仪对编码微球的信息进行读取，通过编码微球具有的不同荧光信息实现编码。根据已有的研究背景，金属离子与微球上的聚合物作用将导致编码信息发生变化，借助于计算机，可以实现简便的离子检测，具有较好的应用前景。

附图说明

[0023] 图1是本发明实施例提供的制备荧光编码微球所需的、具有两类不同主链结构的荧光共轭高分子聚合物的结构式。

[0024] 图2是本发明实施例提供的制备荧光编码微球所需的荧光共轭高分子聚合物的。

[0025] 图3是本发明实施例制备的荧光编码微球的荧光谱图（,a）图为5 μm APGMA荧光编码微球，（b）图为35 μm SPSDVB荧光编码微球。

[0026] 图4 是本发明实施例4采用流式细胞仪得到的聚合物A分别和聚合物E、F、G、H按不同比例混合后制备的编码微球的数据对比图。

[0027] 图5是本发明实施例5采用流式细胞仪得到的聚合物B分别和聚合物E、F、G、H按不同比例混合后制备的编码微球的数据对比图。

[0028] 图6是本发明实施例6采用流式细胞仪得到的聚合物C分别和聚合物E、F、G、H按不同比例混合后制备的编码微球的数据对比图。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的阐述。

[0030] 实施例1

[0031] 参照文献ACS Applied Materials & Interfaces 2014, 6, 5041.和文献J. Phys. Chem. B 2004, 108, 1537-1543，制备不同结构的荧光共轭高分子聚合物，包括聚对苯撑乙炔PPEs和聚对苯撑乙烯噻吩乙炔交替共聚物PPETEs共 7种。参见附图1，它是本实施例提供的7种荧光共轭聚合物的结构式；为便于表示，在本实施例中采用A、B和C分别表示波长短的三种PPEs，用E、F、 G和H分别表示波长较长的四种PPETEs。

[0032] 由于主链结构的不同，得到的7种荧光共轭聚合物具有不同的电子带隙，其中PPEs的吸收/发射峰所处的位置比PPETEs的更靠近短波处。参见附图2，它是各聚合物的发射光谱图。

[0033] 在本实施例中，将图1中所示结构式的聚合物，分别溶解于四氢呋喃良溶剂中，聚合物的浓度为20 μM。

[0034] 按聚合物PPEs和 PPETEs两类通过不同的组合，将不同体积相同浓度的聚合物溶液进行混合，混合后溶液的总体积为8 mL，进行编码。

[0035] 以编码8A为例，按体积份数比，取8份A，其余为0，即直接取8 mL 聚合物A的20 μM溶液，记作8A。

[0036] 以编码7A1E为例，按聚合物A与E按体积份数比，以A：E为7:1，即取7 mL 聚合物A的20 μM溶液和1 mL 聚合物E的20 μM溶液混合，混合溶液记作7A1E。

[0037] 以此类推，用上述方法可得到91种共轭高分子溶液，各具体制备编码微球的聚合物的摩尔配比参见表1。

[0038] 表1

[0039]  

[0040] 在本发明中，采用的微球分别为单分散性氨基改性的多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球APGMA、单分散性磺酸基改性的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球SPSDVB，它们均为市售的现有商品，由苏州纳微科技有限公司提供。单分散性氨基改性的多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球APGMA直径为3～6μm，单分散性磺酸基改性的聚苯乙烯-二乙烯基苯微球SPSDVB的直径为30～40 μm。

[0041] 在浓度为20μM的 8mL按表1的不同比例制备得到的各种聚合物的混合溶液中，分别加入微球0.09g，微球为APGMA或SPSDVB中的一种；在频率为1000 r/min的振荡条件下，振荡处理4小时。振荡反应结束后，用四氢呋喃将微球洗涤6遍（5 mL*1000 r/min*10 min/次），并依次使用酸性溶液(pH 4.01)，碱性溶液(pH 9.18)，混合磷酸溶液(pH 6.86)以及去离子水洗涤3次(5 mL *10 min*1000 r/min)。经冷冻干燥后，即可得到成品编码微球。

[0042] 3，它是本实施例提供的部分荧光编码微球的荧光谱图, 图3中，(a)图为直径5 μm APGMA荧光编码微球，(b)图为直径35 μm SPSDVB荧光编码微球，经多次洗涤后，可以看到选择的有代表性的荧光编码微球仍然具有相对应的聚合物信号存在，证明本发明提供的荧光微球具有可编码性。

[0043] 实施例2

[0044] 本实施例以表1中8A、7A1E和 APGMA荧光微球为原料。

[0045] 制备8A- APGMA荧光微球：称取洗涤后的APGMA微球0.09g，加入8mL、20 μM聚合物A的四氢呋喃溶液，振荡频率1000 r/min，振荡4小时。振荡反应结束后，使用四氢呋喃将微球洗涤6遍（5 mL*1000 r/min*10 min/次），并依次使用酸性溶液(pH= 4.01)，碱性溶液(pH=9.18)，混合磷酸溶液(pH=6.86)以及去离子水洗涤3次(5 mL *10 min*1000 r/min)。经过冷冻干燥后，即可得到成品8A-APGMA微球。

[0046] 制备7A1E-APGMA荧光微球：分别取聚合物A  7 mL、 20 μM和聚合物E 1 mL、20 μM的溶液混合均匀。称取洗涤后的APGMA微球0.09 g，将混合溶液（8 mL）加入到微球中，振荡频率1000 r/min，振荡4小时。振荡反应结束后，使用四氢呋喃将微球洗涤6遍（5 mL*1000 r/min*10 min/次），并依次使用酸性溶液(pH= 4.01)，碱性溶液(pH=9.18)，混合磷酸溶液(pH=6.86)以及去离子水洗涤3次(5 mL *10 min*1000 r/min)。经过冷冻干燥后，即可得到成品7A1E-APGMA微球。

[0047] 实施例3

[0048] 本实施例以表1中8A、7A1E和SPSDVB荧光微球为原料。

[0049] 制备8A-SPSDVB荧光微球：称取洗涤后的SPSDVB微球0.09 g，加入8 mL、20 μM聚合物A的四氢呋喃溶液，振荡频率1000 r/min，振荡4小时。振荡反应结束后，使用四氢呋喃将微球洗涤6遍（5 mL*1000 r/min*10 min/次），并依次使用酸性溶液(pH= 4.01)，碱性溶液(pH=9.18)，混合磷酸溶液(pH=6.86)以及去离子水洗涤3次(5 ml *10 min*1000 r/min)。经过冷冻干燥后，即可得到成品8A-SPSDVB荧光微球。

[0050] 制备7A1E-SPSDVB荧光微球：取聚合物A 7 mL、20 μM和聚合物E 1 mL、20 μM的溶液混合均匀。称取洗涤后的平均直径为5 μm的 PGMA微球0.09 g，将混合溶液（8 mL）加入微球中，选取振荡频率1000 r/min，振荡4小时。振荡反应结束后，使用四氢呋喃将微球洗涤6遍（5 mL*1000 r/min*10 min/次），并依次使用酸性溶液(pH= 4.01)，碱性溶液(pH=9.18)，混合磷酸溶液(pH=6.86)以及去离子水洗涤3次(5 mL *10 min*1000 r/min)。经过冷冻干燥后，即可得到成品7A1E-SPSDVB荧光微球。

[0051] 可按上述制备方法，根据需要控制两种荧光共轭聚合物PPEs与 PPETEs的比例，得到其余具有不同荧光特性的微球用于进行编码。

[0052] 实施例4

[0053] 本实施例以附图1中的结构式A的聚合物PPEs和结构式分别为E、F、G、H的聚合物PPETEs，以 A：E（F、G、H）分别为0：8，1：7，2:6，3：5，4：4，5:3,6:2,7:1和8:0的不同比例，按实施例1制备方案，分别以APGMA 和SPSDVB荧光微球为原料，制备得到各种荧光微球。

[0054] 采用流式细胞仪将本实施例得到的聚合物A分别和聚合物E、F、G、H按不同比例混合后制备的荧光微球进行编码，各荧光微球的数据对比参见附图4。

[0055] 实施例5

[0056] 本实施例以附图1中的结构式B的聚合物PPEs和结构式分别为E、F、G、H的聚合物PPETEs，以B：E（F、G、H）分别为0：8，1：7，2:6，3：5，4：4，5:3,6:2,7:1和8:0的不同比例，按实施例1制备方案，分别以APGMA 和SPSDVB荧光微球为原料，制备得到各种荧光微球。

[0057] 采用流式细胞仪对本实施例得到的各种荧光微球进行编码，各荧光微球的数据对比参见附图5。

[0058] 实施例6

[0059] 本实施例以附图1中的结构式C的聚合物PPEs和结构式分别为E、F、G、H的聚合物PPETEs，以C：E（F、G、H）分别为0：8，1：7，2:6，3：5，4：4，5:3,6:2,7:1和8:0的不同比例，按实施例1制备方案，分别以APGMA 和SPSDVB荧光微球为原料，制备得到各种荧光微球。

[0060] 采用流式细胞仪对本实施例得到的各种荧光微球进行编码，各荧光微球的数据对比参见附图6。

[0061] 参见附图4、5和6，流式细胞数据中微球不同的荧光强度特征，即为编码特征。在实际应用中，由于金属离子的存在会使得这些荧光特征发生改变，即响应。将这些响应与离子及离子浓度进行关联，组成的集合即为本发明制备的荧光编码微球对金属离子的响应模式，具有实际应用价值。