聚合物在熒光檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

宋春霞，羊小海，王柯敏，王　青，劉劍波，黃　晉，李文山，黃?；?，劉　衛(wèi)

(湖南大學(xué)化學(xué)生物傳感與計(jì)量學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，化學(xué)化工學(xué)院，生物納米與分子工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙410082)

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聚合物在熒光檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

宋春霞，羊小海，王柯敏，王青，劉劍波，黃晉，李文山，黃?；?，劉衛(wèi)

(湖南大學(xué)化學(xué)生物傳感與計(jì)量學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，化學(xué)化工學(xué)院，生物納米與分子工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙410082)

摘要聚合物是由一種或幾種重復(fù)單體以共價(jià)鍵連接形成的大分子化合物，它不僅能夠保持單體的性質(zhì)，而且由于聚合后單體間的協(xié)同作用，使其表現(xiàn)出獨(dú)特的性能.聚合物作為基礎(chǔ)材料在熒光檢測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.聚合物通過氫鍵作用、親疏水作用及范德華力等分子間相互作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)特定目標(biāo)物的選擇性識(shí)別;通過信號(hào)轉(zhuǎn)換和放大功能，可以將分子識(shí)別作用轉(zhuǎn)化為熒光信號(hào);可以作為骨架連接多個(gè)識(shí)別單元，通過多價(jià)結(jié)合作用等提高識(shí)別目標(biāo)物的能力，或連接不同的功能單元，構(gòu)建多功能的分子器件.本文對(duì)聚合物在熒光檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了概述.

關(guān)鍵詞聚合物;熒光檢測(cè);分子識(shí)別;信號(hào)轉(zhuǎn)換;探針骨架

E-mail: yangxiaohai@ hnu.edu.cn

王柯敏，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事納米及分子水平上的生物分析化學(xué)研究.

E-mail: kmwang@ hnu.edu.cn

Fig.1　Application of polymers in fluorescence analyses［10—12］( C) Copyright( 2010) from American Chemical Society;( D) Copyright( 2014) from American Chemical Society;( E) Copyright( 2013) from American Chemical Society.

聚合物是由一種或幾種重復(fù)單體以共價(jià)鍵連接形成的大分子化合物［1，2］.它不僅能夠保持單體的性質(zhì)，而且由于聚合后單體彼此間的協(xié)同作用，表現(xiàn)出某些獨(dú)特的性能，其作為基礎(chǔ)材料已經(jīng)在熒光檢測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用.其中最為經(jīng)典的例子是分子印跡聚合物.基于抗原-抗體的檢測(cè)體系是多種環(huán)境、食品和臨床熒光分析方法的基礎(chǔ)，然而抗體的應(yīng)用在穩(wěn)定性和成本等方面受到諸多限制［3］.1940年，Pauling［4］提出了以抗原作為模板合成“化學(xué)抗體”的理論.基于此，1973年Wulff研究組［5］首次報(bào)道了人工合成分子印跡聚合物.1993年Mosbach等［6］以甲基丙烯酸為單體，合成了可以模擬生物抗體識(shí)別作用的分子印跡聚合物并用于膽堿的檢測(cè)后，分子印跡聚合物成為當(dāng)時(shí)的研究熱點(diǎn).除了用于目標(biāo)物的識(shí)別外，聚合物也常被用于熒光信號(hào)的轉(zhuǎn)換和放大.Swager等［7，8］利用熒光共軛聚合物中熒光信號(hào)的超猝滅作用實(shí)現(xiàn)了百草枯等的高靈敏檢測(cè).近年來，以聚合物為骨架，結(jié)合其它功能單元來構(gòu)建多功能的熒光納米探針備受關(guān)注.Li等［9］利用兩親型嵌段聚合物作為探針骨架，通過自組裝方法構(gòu)建了一種集多種成像和治療功能于一體的納米顆粒，其具有近紅外熒光成像、磁共振成像、正電子放射成像、光熱治療和光動(dòng)力學(xué)治療等功能.本文根據(jù)聚合物在熒光檢測(cè)中的作用，分別對(duì)其在分子識(shí)別、信號(hào)轉(zhuǎn)換和作為探針骨架等方面的應(yīng)用進(jìn)行概述(圖1).

1　聚合物的分子識(shí)別功能及其在熒光檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

一個(gè)熒光檢測(cè)方法至少包括分子識(shí)別和信號(hào)轉(zhuǎn)換2個(gè)單元.分子識(shí)別是指識(shí)別單元通過共價(jià)鍵、范德華力、親疏水作用、氫鍵或離子鍵等與目標(biāo)物特異性結(jié)合，這種識(shí)別需要較高的親和力和專一性［13］，是能夠特異性檢測(cè)目標(biāo)物的基礎(chǔ).信號(hào)轉(zhuǎn)換是將目標(biāo)物與分子識(shí)別單元的識(shí)別作用轉(zhuǎn)換為熒光信號(hào)輸出，從而給出目標(biāo)物的相關(guān)信息.

聚合物通過多個(gè)單體之間的協(xié)同作用以及結(jié)構(gòu)的改變，與目標(biāo)分子高特異性、高選擇性結(jié)合，在熒光檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，發(fā)揮著重要作用.分子印跡聚合物是其中最為典型的應(yīng)用.自1993年Mosbach等［6］利用分子印跡聚合物實(shí)現(xiàn)血液中痕量膽堿的檢測(cè)以來，分子印跡聚合物的研究引起廣泛關(guān)注并取得重要進(jìn)展.其它聚合物如核酸適配體通過獨(dú)特的堿基序列或者構(gòu)象改變實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分子的高效識(shí)別.這些聚合物具有性能穩(wěn)定、成本低廉及可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，作為抗體的有效補(bǔ)充在分析檢測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［10，14］.我們以分子印跡聚合物和核酸適配體為例，對(duì)聚合物的分子識(shí)別機(jī)制及其應(yīng)用進(jìn)行概述.

1.1基于分子印跡聚合物的分子識(shí)別機(jī)制及其應(yīng)用

分子印跡技術(shù)被稱為制造“人工鑰匙”的人工鎖技術(shù)，即模擬生物體內(nèi)抗原與抗體、酶與底物等分子之間的識(shí)別過程，利用單體聚合制備對(duì)目標(biāo)分子具有特異性識(shí)別能力的聚合物［15］.分子印跡聚合物具有抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)和應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此在催化、生物分析、色譜分離、藥物開發(fā)、細(xì)胞培養(yǎng)甚至分子結(jié)晶等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用［10］.

分子印跡聚合物的識(shí)別機(jī)制如圖2所示［16］.首先，使模板分子盡可能地與具有適當(dāng)功能基團(tuán)的單體形成多重作用位點(diǎn)，得到單體-模板分子復(fù)合物;然后，單體與過量的交聯(lián)劑在致孔劑的存在下形成聚合物，從而在模板分子周圍形成一個(gè)交聯(lián)度很高的剛性聚合物骨架，單體上的功能基團(tuán)在特定的空間取向上固定下來;最后，通過物理或化學(xué)方法將模板分子脫除，即在聚合物中留下一個(gè)與模板分子在空間結(jié)構(gòu)上完全匹配，并含有與模板分子特異性結(jié)合的功能基團(tuán)的三維空穴［17，18］.所得空穴對(duì)模板分子的作用與生物體內(nèi)抗原-抗體或酶-底物作用相似，通過多個(gè)作用位點(diǎn)非共價(jià)鍵(氫鍵、范德華力及離子鍵等)或共價(jià)鍵的協(xié)同作用，與模板分子形成穩(wěn)定的復(fù)合物，并且具有良好的選擇性.

Fig.2　Schematic diagram of recognition mechanism of the molecular imprinting process［16］Copyright( 2011) from the Royal Society of Chemistry.

目前，基于分子印跡聚合物的熒光分析方法已經(jīng)得到了廣泛研究和應(yīng)用，例如Xu等［19］以目標(biāo)物三硝基甲苯( TNT)為模板，以CdTe量子點(diǎn)為種子合成了分子印跡聚合物(圖3)，利用分子印跡聚合物識(shí)別TNT過程中量子點(diǎn)的熒光被猝滅的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了TNT的檢測(cè).在此基礎(chǔ)上，Liu等［20］利用受樣品本體熒光影響小的上轉(zhuǎn)換納米顆粒YVO4∶Eu3+為種子合成分子印跡聚合物，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜樣品中λ-氯氟氰菊酯的檢測(cè).此外，Cheng等［21］和Liu等［22］利用與目標(biāo)物分子有選擇性作用力的環(huán)糊精為單體構(gòu)建了分子印跡聚合物，顯著提高了方法的選擇性.

Fig.3　Dummy molecularly imprinted polymers-capped CdTe quantum dots for the fluorescent sensing of 2，4，6-trinitrotoluene［19］Copyright( 2013) from American Chemical Society.

為了進(jìn)一步提高分子印跡聚合物與目標(biāo)分子的結(jié)合能力，可以選擇與目標(biāo)分子有選擇性作用的單體來合成分子印跡聚合物.如Cheng等［21］利用與亞精胺之間有超分子作用力的環(huán)糊精作為單體合成分子印跡聚合物，并結(jié)合疏水環(huán)境下熒光分子的熒光增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)了亞精胺的靈敏檢測(cè);利用喹啉修飾的β-環(huán)糊精作為功能單體，以亞精胺作為模板合成分子印跡聚合物膜.去除模板后分子印跡聚合物可以識(shí)別亞精胺，疏水性的亞精胺進(jìn)入環(huán)糊精的空腔，導(dǎo)致喹啉所在微環(huán)境的疏水性提高、熒光增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)亞精胺的靈敏檢測(cè).由于環(huán)糊精對(duì)亞精胺的選擇性識(shí)別能力增強(qiáng)了分子印跡聚合物與目標(biāo)物之間的結(jié)合常數(shù)，所以本方法對(duì)同系物有良好的選擇性.Liu等［22］也利用環(huán)糊精為單體構(gòu)建分子印跡聚合物，環(huán)糊精與氨基酸的選擇性結(jié)合大大提高了分子印跡聚合物與氨基酸的結(jié)合常數(shù)，使該方法的選擇性顯著提高.

1.2基于核酸適配體的分子識(shí)別機(jī)制及其應(yīng)用

核酸適配體是從人工合成的DNA/RNA文庫中通過指數(shù)富集配基系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù)( Systematic evolution of ligands by exponential enrichment，SELEX)［23，24］篩選獲得的能夠高親和力、高特異性結(jié)合目標(biāo)物的寡核苷酸鏈.核酸適配體具有易于合成與修飾、無免疫原性且目標(biāo)物范圍廣等優(yōu)點(diǎn)［3，14］.核酸適配體作為識(shí)別單元在生物傳感、分析檢測(cè)和生物成像等方面得到廣泛應(yīng)用，是當(dāng)前分析化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一［3］.

SELEX技術(shù)是體外篩選核酸適配體的基本方法.篩選原理是首先合成一個(gè)大容量的單鏈寡核苷酸文庫，將其與目標(biāo)物混合后，通過一定的分離技術(shù)從中篩選出與目標(biāo)物特異性結(jié)合的核酸，并以此核酸分子為模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增，使其得到指數(shù)級(jí)富集，用于下一輪的篩選過程.經(jīng)過多次循環(huán)，最終獲得與目標(biāo)物高特異性、高親和力結(jié)合的核酸適配體［25］.SELEX技術(shù)通常包括以下步驟: ( 1)文庫與目標(biāo)物孵育; ( 2)除去未結(jié)合的核酸; ( 3)分離與目標(biāo)物結(jié)合的核酸; ( 4)擴(kuò)增得到的核酸.此外，還要通過反篩步驟以提高核酸適配體的特異性識(shí)別能力［25］.

核酸適配體與目標(biāo)物的相互作用需要2個(gè)條件:一是通過折疊形成特定結(jié)構(gòu)，使彼此空間結(jié)構(gòu)相互匹配;二是需要多種“作用力”如氫鍵、靜電作用等穩(wěn)定彼此的相互作用.核酸適配體與目標(biāo)物結(jié)合時(shí)，往往通過堿基配對(duì)形成穩(wěn)定二級(jí)結(jié)構(gòu)與目標(biāo)物結(jié)合，或者在配體的誘導(dǎo)下形成穩(wěn)定的二級(jí)結(jié)構(gòu)，如發(fā)夾( Hairpin)、假結(jié)( Pseudoknot)和G-四聚體( G-quartet)等，其中的堿基通常是結(jié)合目標(biāo)物的關(guān)鍵位點(diǎn).核酸適配體與目標(biāo)物的作用通常不是單獨(dú)一種作用力，而是“假堿基對(duì)”堆積作用、氫鍵作用、靜電作用和形狀匹配效應(yīng)等多種作用力協(xié)同作用的結(jié)果.例如，凝血酶的核酸適配體可形成含有2個(gè)G-四聚體結(jié)構(gòu)的特殊三維結(jié)構(gòu)，與凝血酶通過范德華力、氫鍵作用、靜電作用和形狀匹配等相互作用實(shí)現(xiàn)高特異性識(shí)別(圖4)［26］.

核酸適配體作為一類新型的識(shí)別分子，目前已被廣泛用于無機(jī)離子、有機(jī)分子、生物大分子(蛋白質(zhì)、酶和受體)乃至細(xì)菌、病毒、細(xì)胞及組織等的檢測(cè)［14］.經(jīng)過合理設(shè)計(jì)和修飾后的核酸適配體首先與目標(biāo)物特異性識(shí)別，再輸出易于檢測(cè)的物理信號(hào).熒光法具有靈敏度高、易于讀取、樣品體積量少及定量方便等優(yōu)勢(shì)［14，27］.在熒光方法中通常是利用熒光基團(tuán)標(biāo)記核酸適配體，目標(biāo)物與核酸適配體作用后熒光性質(zhì)發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分子的檢測(cè);或者同時(shí)將熒光基團(tuán)和猝滅基團(tuán)共同標(biāo)記在核酸適配體的不同位置上，通過目標(biāo)物特異性誘導(dǎo)核酸適配體空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使熒光信號(hào)發(fā)生改變來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的檢測(cè).本課題組［28］基于細(xì)胞膜蛋白觸發(fā)核酸適配體探針構(gòu)型變化的信號(hào)激活原理，實(shí)現(xiàn)了小鼠體內(nèi)腫瘤靶向定位和成像(圖5) ; Tang等［29］設(shè)計(jì)了一種可激活式熒光探針，實(shí)現(xiàn)了凝血酶等目標(biāo)物的檢測(cè).為了增強(qiáng)核酸適配體對(duì)目標(biāo)物的識(shí)別能力，還可利用能識(shí)別目標(biāo)物不同位置的2個(gè)核酸適配體進(jìn)行熒光檢測(cè)［30］.

Fig.4　Proposed secondary structure of the thrombin aptamer( A) and the interaction of the aptamer with human thrombin( B)［26］Copyright( 1997) from Academic Press.

Fig.5　Activatable aptamer probe for contrast-enhanced in vivo cancer imaging based on cell membrane protein-triggered conformation alteration［28］Copyright( 2011) from National Academy of Sciences.

2　聚合物的信號(hào)轉(zhuǎn)換功能及其在熒光檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

在熒光檢測(cè)方法中，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換將分子識(shí)別作用轉(zhuǎn)換為熒光信號(hào)輸出是熒光檢測(cè)方法的必要組成部分.聚合物在熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用非常廣泛，例如熒光共軛聚合物因具有導(dǎo)電性而使熒光信號(hào)超猝滅，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的高靈敏檢測(cè)［12，31，32］.根據(jù)聚合物在熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換中的作用模式，可將其分為可自發(fā)熒光的聚合物、可誘導(dǎo)生成熒光物質(zhì)的聚合物以及可增強(qiáng)或減弱熒光的聚合物.

2.1可自發(fā)熒光的聚合物及其在信號(hào)轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用

可自發(fā)熒光的聚合物在與目標(biāo)物的相互作用過程中，其熒光性質(zhì)發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換輸出.本文以熒光共軛聚合物為例進(jìn)行介紹.熒光共軛聚合物的主鏈具有單鍵、雙鍵或叁鍵交替結(jié)構(gòu)［12，31，32］，主鏈結(jié)構(gòu)中的π電子共軛體系提供了電子和空穴遷移的路徑，被稱為“分子導(dǎo)線”，只要共軛聚合物上的一個(gè)熒光單元被猝滅，則整條聚合物鏈的熒光都會(huì)沿著共軛聚合物鏈以電子能量轉(zhuǎn)移的形式被猝滅，從而引起熒光信號(hào)的超猝滅［33］(圖6).研究表明，電子能量轉(zhuǎn)換可以傳遞130個(gè)單體甚至更多［33］，有些熒光共軛聚合物還可以作為超靈敏的激光材料［34］.所以熒光共軛聚合物具有良好的信號(hào)放大能力，作為一種高靈敏的熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換元件已被用于離子［35～38］、小分子［39］、生物大分子( DNA，RNA和蛋白質(zhì)等)［40～44］和細(xì)胞［45～48］的靈敏檢測(cè).

Fig.6　Schematic diagram of signal transformation mechanism of the conjugated polymers［33］Copyright( 2013) from American Chemical Society.

對(duì)空氣中爆炸物的檢測(cè)在反恐和軍事等領(lǐng)域具有非常重要的意義，利用線性熒光共軛聚合物已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了三硝基甲苯( TNT)等爆炸物的檢測(cè)［33］，是熒光共軛聚合物應(yīng)用于分析檢測(cè)領(lǐng)域最成功的例子.三亞甲基三硝胺( RDX，也稱黑索金)是一種高能炸藥，揮發(fā)性能比TNT低1000倍，應(yīng)用經(jīng)典的線性熒光共軛聚合物無法檢測(cè).Gopalakrishnan等［49］通過交聯(lián)聚乙炔得到網(wǎng)狀熒光共軛聚合物，發(fā)現(xiàn)其信號(hào)放大能力優(yōu)于線性共軛聚合物，通過RDX對(duì)其熒光的超猝滅作用實(shí)現(xiàn)了空氣中RDX的高靈敏檢測(cè)(圖7).

Fig.7　Direct detection of RDX vapor using a conjugated polymer network［49］Copyright( 2013) from American Chemical Society.

陽離子熒光共軛聚合物是一種帶正電荷的共軛聚合物，因其可以通過靜電作用與帶負(fù)電荷的DNA探針相互作用而得到廣泛應(yīng)用.2002年，Bazan等［50］首次基于聚芴與中性的肽核酸( PNA)之間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移( FRET)發(fā)展了DNA的檢測(cè)方法，通過FRET可導(dǎo)致熒光素的發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到直接激發(fā)時(shí)的25倍以上，從而使對(duì)目標(biāo)DNA的檢出限達(dá)到10 pmol/L.Nilsson等［51］在靜電力的基礎(chǔ)上引入氫鍵力，利用兩性聚噻吩與單鏈、雙鏈DNA相互作用時(shí)靜電作用力和氫鍵力的不同使聚噻吩構(gòu)型發(fā)生變化，引起其熒光強(qiáng)度和最大發(fā)射波長(zhǎng)變化，從而實(shí)現(xiàn)DNA的檢測(cè).王樹等［52］利用聚芴與熒光基團(tuán)之間以及熒光基團(tuán)與DNA鏈嵌入性熒光染料之間的2次FRET，實(shí)現(xiàn)了DNA的高特異性和高靈敏檢測(cè).此外，王樹等［12］還利用聚芴結(jié)合核酸工具酶，實(shí)現(xiàn)了DNA單堿基錯(cuò)配、DNA甲基化和DNA損傷的檢測(cè).Liu等［53］通過點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)在紅色熒光共軛聚合物的側(cè)鏈上引入聚乙二醇( PEG)以增加其水溶性和熒光量子產(chǎn)率，降低非特異性團(tuán)聚以及消除與細(xì)胞的非特異性結(jié)合，并進(jìn)一步通過在側(cè)鏈上引入葉酸得到可與腫瘤細(xì)胞特異性結(jié)合的熒光探針.

2.2可誘導(dǎo)產(chǎn)生熒光的聚合物及其在信號(hào)轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用

可誘導(dǎo)產(chǎn)生熒光的聚合物本身不發(fā)射熒光，但是可以作為模板誘導(dǎo)生成熒光納米顆粒，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，利用這類聚合物作為信號(hào)轉(zhuǎn)換單元避免了探針的標(biāo)記，降低了分析成本［54～72］.以核酸和含胺基等的聚合物為例對(duì)其信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)制及應(yīng)用進(jìn)行概述.

核酸可以作為模板誘導(dǎo)熒光納米材料的生成，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換.研究較多的主要有DNA穩(wěn)定的熒光銀納米簇和由單/雙鏈DNA為模板制備的熒光銅納米顆粒.2004年，Dickson等［58］首次以DNA為模板合成了銀納米簇.銀納米簇具有高達(dá)30%的量子產(chǎn)率，為其用于細(xì)胞成像提供了有力支持.本課題組［73］設(shè)計(jì)了銀納米簇-核酸適配體探針用于腫瘤細(xì)胞的檢測(cè)和成像.Rotaru等［74］首次以雙鏈DNA為模板合成了熒光銅納米顆粒( CuNPs)，而單鏈DNA以及三鏈DNA不能有效地合成熒光CuNPs.2013年，本課題組［75］發(fā)現(xiàn)富T核酸單鏈可以作為模板合成熒光CuNPs(圖8).通過將富T核酸鏈固定在瓊脂糖凝膠中，做成“水凝膠試紙”，實(shí)現(xiàn)了水樣中銅離子的檢測(cè)( LOD=20 μmol/L).該方法可以避免水樣中酶的影響，能夠滿足國(guó)際組織對(duì)飲用水中銅離子安全上限的檢測(cè)要求［76］.因具有易合成、分散性好以及優(yōu)良的光譜性質(zhì)等特點(diǎn)，使得CuNPs受到了廣泛關(guān)注，已應(yīng)用于離子、核酸酶和核酸等的檢測(cè)［77～84］.

Fig.8　Poly( thymine) -templated selective formation of fluorescent copper nanoparticles［75］Copyright( 2013) from Wiley-VCH Verlag GmbH＆Co.KGaA，Weinheim.

胺基等基團(tuán)對(duì)許多貴金屬離子如鉑離子、銀離子有很強(qiáng)的配位能力，所以含胺基等基團(tuán)的聚合物常用于貴金屬納米簇的合成［54，56，57，65，85］.由于具有易合成、分散性好以及優(yōu)良的光譜性質(zhì)等特點(diǎn)，以含胺基等基團(tuán)的聚合物為模板的貴金屬納米簇已經(jīng)用于硫化物等的檢測(cè)［86］.

2.3可增強(qiáng)或猝滅熒光的聚合物及其在信號(hào)轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用

雖然鮮腐竹、鮮豆皮的口感美味，但易腐爛變壞并招蠅蟲，有些商家會(huì)用甲醛浸泡以保持新鮮，顏色鮮亮。生蔬菜品要細(xì)查，在涮食前，應(yīng)仔細(xì)檢查蔬菜的色澤和新鮮程度，并確保已清洗干凈再放入鍋內(nèi)。

有些聚合物本身沒有熒光，也不能誘導(dǎo)熒光物質(zhì)的合成，但是其存在會(huì)影響其它分子的熒光性質(zhì)(熒光強(qiáng)度和熒光光譜等)，這類聚合物在熒光分析方法中也有一些應(yīng)用.

環(huán)糊精聚合物是含有多個(gè)環(huán)糊精單體的高分子聚合物，不僅保持了環(huán)糊精單體的包絡(luò)識(shí)別功能，還具有溶解度增大、穩(wěn)定性增強(qiáng)、交聯(lián)劑效應(yīng)及多價(jià)結(jié)合效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，并且具有顯著的熒光增強(qiáng)能力［87，88］.最近，本課題組［27，88～90］利用環(huán)糊精聚合物的增敏作用開展了一系列工作，發(fā)現(xiàn)β-環(huán)糊精聚合物可使標(biāo)記在單鏈DNA上芘的熒光增強(qiáng)10倍以上，并將此現(xiàn)象用于DNA的檢測(cè)［88］.其原理如圖9所示.DNA探針( Py3-probe)上的芘與β-環(huán)糊精聚合物發(fā)生相互作用，導(dǎo)致熒光顯著增強(qiáng)，當(dāng)有互補(bǔ)序列的目標(biāo)DNA存在時(shí)，Py3-probe與目標(biāo)DNA互補(bǔ)形成雙鏈，由于DNA雙鏈結(jié)構(gòu)的剛性和空間位阻使標(biāo)記在堿基上的芘脫離β-環(huán)糊精聚合物的空腔，致使探針熒光信號(hào)降低，從而實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)DNA的靈敏檢測(cè).

其它聚合物(如核酸)與核酸嵌入型染料如溴化乙錠( EB)［91～93］，SYBR Gold和SYBR GreenⅡ［60，71］等結(jié)合后，可以增強(qiáng)染料的熒光.Zheng等［91］利用SYBR Gold嵌入核酸，結(jié)合目標(biāo)物對(duì)核酸適配體的酶切保護(hù)作用，發(fā)展了一種免標(biāo)記的通用型熒光分析方法用于離子、蛋白質(zhì)和小分子的檢測(cè).帶負(fù)電荷的聚合物可使苝聚集，導(dǎo)致其熒光猝滅［94～96］.Liao等［94］利用此現(xiàn)象發(fā)展了乙酰膽堿脂酶的熒光檢測(cè)方法; Wang等［95］利用帶負(fù)電荷的核酸存在下苝的聚集猝滅現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了溶菌酶的檢測(cè).

Fig.9　Competitive host-guest interaction( CHGI) between β-cyclodextrin polymer and pyrene-labeled probes for fluorescence analyses［88］Copyright( 2015) from American Chemical Society.

3　聚合物作為骨架構(gòu)建的熒光傳感探針

近年來，聚合物作為熒光傳感探針骨架的研究是生物分析領(lǐng)域一個(gè)非常值得關(guān)注的課題.Li等［9］利用聚合物兩親型嵌段聚合物作為骨架，構(gòu)建了一種集多種成像和治療功能于一體的納米顆粒.以聚合物為骨架構(gòu)建的熒光傳感探針克服了單獨(dú)染料分子在應(yīng)用中存在的易聚集、光散射干擾及光漂白等缺點(diǎn)［97，98］，體現(xiàn)出如下優(yōu)點(diǎn): ( 1)多價(jià)結(jié)合［11，99］，以聚合物作為骨架的傳感探針具有多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，提高了與目標(biāo)分子的結(jié)合常數(shù)和檢測(cè)靈敏度; ( 2)信號(hào)放大作用［11，99］，以聚合物為骨架的熒光傳感探針包含大量熒光基團(tuán)，靈敏度比傳統(tǒng)方法有顯著提高; ( 3)光學(xué)穩(wěn)定性好［97，98］，以聚合物為骨架構(gòu)建的傳感探針的光學(xué)穩(wěn)定性比單獨(dú)染料分子明顯提高; ( 4)易于修飾［97，98］，聚合物上可以引入不同的活性基團(tuán)，如氨基、羧基或者巰基等，以滿足不同的生物功能化需求; ( 5)生物相容性得到改善［97，98］，因?yàn)榫酆衔镒鳛楣羌芸梢栽谝欢ǔ潭壬细艚^染料分子與細(xì)胞的直接接觸; ( 6)實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)物檢測(cè)［100］，其原因是可以在聚合物上修飾多個(gè)識(shí)別單元.

目前，以聚合物作為骨架的聚合物熒光傳感探針的構(gòu)建主要有2種方式:一種是通過化學(xué)接枝法將染料分子和功能基團(tuán)修飾在聚合物的側(cè)鏈上;另一種是通過超分子自組裝形成熒光傳感探針.

3.1通過接枝法構(gòu)建的聚合物熒光傳感探針

通過接枝法可以將多個(gè)功能基團(tuán)和識(shí)別單元通過共價(jià)鍵連接在聚合物的側(cè)鏈上.如Yang等［99］(圖10)通過丙烯酰胺聚合的方法構(gòu)建了側(cè)鏈上連接有多個(gè)sgc8( CEM細(xì)胞的核酸適配體)和熒光基團(tuán)的聚丙烯酰胺聚合物.此探針對(duì)CEM細(xì)胞及其耐藥細(xì)胞具有非常好的識(shí)別能力，能通過聚合物本身的毒性殺傷目標(biāo)細(xì)胞，并且側(cè)鏈上的多個(gè)熒光基團(tuán)可以將識(shí)別信號(hào)轉(zhuǎn)換為熒光信號(hào).該工作通過聚合物接枝法實(shí)現(xiàn)了人急性淋巴細(xì)胞白血病的診療一體化，是以聚合物作為傳感探針骨架的典型應(yīng)用.

此外，通過接枝法還可在聚合物側(cè)鏈上連接多個(gè)功能基團(tuán)以實(shí)現(xiàn)多種功能的一體化，提高熒光傳感探針的生物相容性等.如Zeng等［11］通過胱氨酸與賴氨酸聚合得到多肽聚合物骨架，然后在側(cè)鏈上連接有疏水基團(tuán)和親水基團(tuán)以及pH敏感基團(tuán)，得到一種樹枝狀聚合物傳感探針，并用于miRNA的傳輸.此聚合物傳感探針是由天然氨基酸聚合而成，具有良好的生物相容性和可降解性.研究［11］還發(fā)現(xiàn)疏水基團(tuán)和親水基團(tuán)的引入有利于細(xì)胞的吞噬，通過pH敏感基團(tuán)還可以進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)pH傳感.

Fig.10　Engineering polymeric aptamers for selective cytotoxicity［99］Copyright( 2011) from American Chemical Society.

3.2通過超分子自組裝構(gòu)建的聚合物熒光傳感探針

共價(jià)接枝法構(gòu)建聚合物熒光傳感探針通常反應(yīng)條件苛刻，需要多步化學(xué)合成及復(fù)雜的后續(xù)純化處理.通過超分子自組裝來構(gòu)建傳感探針可以克服上述缺點(diǎn)，因?yàn)榫酆衔锖凸δ軋F(tuán)之間一般通過弱相互作用力(如氫鍵、范德華力，固體中的緊密堆積、疏水效應(yīng)及π-π堆積)結(jié)合.超分子聚合物熒光傳感探針還具有刺激響應(yīng)性和可逆性等優(yōu)勢(shì)，在熒光傳感、藥物輸送和治療等領(lǐng)域具有一定的優(yōu)勢(shì).

Li等［9］利用兩親型嵌段聚合物的自組裝，構(gòu)建了基于卟啉的診療一體化的多功能納米顆粒(圖11).該兩親型嵌段聚合物的親水端為聚乙二醇( PEG)，疏水端以賴氨酸為樹枝狀骨架，焦脫鎂葉綠酸a和膽酸為端點(diǎn).該聚合物在水溶液中形成約20 nm的納米顆粒，可以吸收紅外區(qū)的光，具有光熱治療( PTT)和光動(dòng)力學(xué)治療( PDT)的能力.由于此納米顆粒為自組裝形成，在細(xì)胞內(nèi)兩親型嵌段聚合物分散開，使原本聚集猝滅的近紅外熒光恢復(fù)，因此不僅可以在低背景下進(jìn)行腫瘤的近紅外熒光成像( NIRFI)，而且分散開后用于化療的藥物可以更好地作用于細(xì)胞.此外，焦脫鎂葉綠酸a的卟啉基團(tuán)還可與Cu2+，Pd2+，Gd3+和Ga3+絡(luò)合，使得這種納米顆粒具有磁共振成像( MRI)和正電子放射成像( PET)的功能.此方法充分利用了可逆自組裝的優(yōu)勢(shì)，獲得了具有多種模式的診療一體化納米顆粒.

Fig.11　A smart and versatile theranostic nanomedicine platform based on nanoporphyrin［9］Copyright( 2014) from Nature Publishing Group.

本課題組［101］利用β-環(huán)糊精聚合物與2種熒光染料金剛烷-羅丹明B/金剛烷-熒光素之間的主-客體相互作用，構(gòu)建了一種粒徑為30 nm的比率型熒光納米探針，并用于細(xì)胞內(nèi)pH的檢測(cè)(圖12).此納米探針由環(huán)糊精構(gòu)成，具有良好的水溶性和生物相容性，易于被細(xì)胞吞噬;并且金剛烷-羅丹明B對(duì)pH不敏感，而金剛烷-熒光素的熒光受pH影響，通過2種染料熒光強(qiáng)度的比率可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)pH的檢測(cè).Yan等［102，103］則利用β-環(huán)糊精聚合物與雙光子熒光染料DEASPI自組裝構(gòu)建了粒徑約為50 nm的膠束，該膠束結(jié)合了環(huán)糊精聚合物和雙光子熒光染料的優(yōu)點(diǎn)，可以避免體系自發(fā)熒光的干擾，已用于腫瘤組織染色和細(xì)胞內(nèi)Caspase-3的檢測(cè).

綜上所述，與單獨(dú)染料相比，利用聚合物作為骨架構(gòu)建的熒光傳感探針具有多價(jià)結(jié)合、信號(hào)放大、光學(xué)穩(wěn)定性好、易修飾、生物相容性好、多目標(biāo)物同時(shí)檢測(cè)以及多功能一體化等優(yōu)勢(shì);并且通過自組裝構(gòu)建的聚合物熒光傳感探針具有刺激響應(yīng)性和可逆性，可用于生物體內(nèi)的刺激響應(yīng)、靶向傳輸及可控釋放，在分析檢測(cè)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有望得到廣泛應(yīng)用.

Fig.12　Self-assembled supramolecular nanoprobes for ratiometric fluorescence measurement of intracellular pH values［101］Copyright( 2015) from American Chemical Society.

4　結(jié)論與展望

雖然聚合物在保持單體性質(zhì)的同時(shí)，還因聚合后單體之間的協(xié)同作用，在分子識(shí)別、信號(hào)轉(zhuǎn)換及多功能探針構(gòu)建等方面表現(xiàn)出特有的優(yōu)勢(shì)，是熒光檢測(cè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)材料，但是目前仍然存在一些問題和挑戰(zhàn)，需要在未來的研究工作中加以重視: ( 1)目前獲得可識(shí)別目標(biāo)物的聚合物(如分子印跡聚合物和核酸適配體)的過程繁瑣、費(fèi)時(shí)，為了更方便快捷地得到可識(shí)別相應(yīng)目標(biāo)物的聚合物，需要在分子水平上深入解析聚合物相關(guān)的分子識(shí)別機(jī)制和信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)制; ( 2)將某些聚合物如分子印跡聚合物由有機(jī)相轉(zhuǎn)移至水相，提高水溶性，使其識(shí)別能力與抗體相當(dāng); ( 3)發(fā)展生物相容性好、易于合成修飾的新型聚合物材料，為熒光檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展提供更多的材料基礎(chǔ); ( 4)拓展聚合物熒光分析的目標(biāo)物范圍，從小分子、蛋白甚至到活細(xì)胞，使聚合物在熒光檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，成為實(shí)際的通用方法［12，14，16，53］.

參考文獻(xiàn)

［1］Nicholson J.W.，The Chemistry of Polymers，Translated by Fu Z.Y.，China Textile Press，Beijing，2005，1—2(付中玉［譯］.聚合物化學(xué)，北京:中國(guó)紡織出版社，2005，1—2)

［2］Ma D.Z.，He P.S.，Xu Z.D.，Structure and Performance of High Polymer，Science Press，Beijing，1981，551—552(馬德柱，何平笙，徐仲德.高聚物的結(jié)構(gòu)和性能，北京:科學(xué)出版社，1981，551—552)

［3］Mascini M.，Aptamers in Bioanalysis，Translated by Qu F.et al.，Chemical Industry Press，Beijing，2010，1—5(屈鋒等［譯］.生物分析中的核酸適配體，北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010，1—5)

［4］Pauling L.，J.Am.Chem.Soc.，1940，62，2643—2657

［5］Wulff G.，Sarhan A.，Zabrocki K.，Tetrahedron Lett.，1973，14，4329—4332

［6］Vlatakis G.，Andersson L.I.，Muller R.，Mosbach K.，Nature，1993，361，645—647

［7］Zhou Q.，Swager T.M.，J.Am.Chem.Soc.，1995，117，7017—7018

［8］Zhou Q.，Swager T.M.，J.Am.Chem.Soc.，1995，117，12593—12602

［9］Li Y.，Lin T.Y.，Luo Y.，Liu Q.，Xiao W.，Guo W.，Lac D.，Zhang H.，F(xiàn)eng C.，Wachsmann-Hogiu S.，Walton J.H.，Cherry S.R.，Rowland D.J.，Kukis D.，Pan C.，Lam K.S.，Nat.Commun.，2014，5，5712—5718

［10］Schirhagl R.，Anal.Chem.，2014，86，250—261

［11］Zeng H.X.，Little H.，Tiambeng T.，Williams G.，Guan Z.B.，J.Am.Chem.Soc.，2013，135，4962—4965

［12］Duan X.，Liu L.，F(xiàn)eng F.，Wang S.，Acc.Chem.Res.，2010，43，260—270

［13］Hermann T.，Patel D.J.，Science，2000，287，820—825

［14］Liu J.，Cao Z.，Lu Y.，Chem.Rev.，2009，109，1948—1998

［15］Yan H.，Yu H.W.，Wei W.，F(xiàn)unctional Polymer，Chemical Industry Press，Beijing，2013，92—100(晏欣，余紅偉，魏徵.功能聚合物，北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2013，92—100)

［16］Chen L.，Xu S.，Li J.，Chem.Soc.Rev.，2011，40，2922—2942

［17］Jiang Z.Y.，Wu H.，Molecular Imprinting Technology，Chemical Industry Press，Beijing，2003，1—40(姜忠義，吳洪.分子印跡技術(shù)，北京:化學(xué)工業(yè)出版社，，2003，1—40)

［18］Komiyama M.，Takecuchi T.，Mukawa T.，Asanuma H.，Molecular Imprinting from Fundamentals to Applications，Translated by Wu S.K.，Wang P.F.，Science Press，Beijing，2006，1—29(吳世康，汪鵬飛［譯］.分子印跡學(xué)從基礎(chǔ)到應(yīng)用，北京:科學(xué)出版社，2006，1—29)

［19］Xu S.F.，Lu H.Z.，Li J.H.，Song X.L.，Wang A.X.，Chen L.X.，Han S.B.，ACS Appl.Mater.Interfaces，2013，5，8146—8154

［20］Liu C.B.，Song Z.L.，Pan J.M.，Yan Y.S.，Cao Z.J.，Wei X.，Gao L.，Wang J.，Dai J.D.，Meng M.J.，Yu P.，Talanta，2014，125，14—23

［21］Cheng Y.，Jiang P.，Dong X.，RSC Adv.，2015，5，55066—55074

［22］Liu X.Y.，F(xiàn)ang H.X.，Yu L.P.，Talanta，2013，116，283—289

［23］Fang X.，Tan W.，Acc.Chem.Res.，2010，43，48—57

［24］Ellington A.D.，Szostak J.W.，Nature，1990，346，818—822

［25］Proske D.，Blank M.，Buhmann R.，Resch A.，Appl.Microbiol.Biotechnol.，2005，69，367—374

［26］Tasset D.M.，Kubik M.F.，Steiner W.，J.Mol.Biol.，1997，272，688—698

［27］Song C.，Yang X.，Wang K.，Wang Q.，Liu J.，Huang J.，He L.，Liu P.，Qing Z.，Liu W.，Chem.Commun.，2015，51，1815—1818

［28］Shi H.，He X.X.，Wang K.M.，Wu X.，Ye X.S.，Guo Q.P.，Tan W.H.，Qing Z.H.，Yang X.H.，Zhou B.，Proc.Nalt.Acad.Sci.USA，2011，108，3900—3905

［29］Tang Z.W.，Mallikaratchy P.，Yang R.H.，Kim Y.M.，Zhu Z.，Wang H.，Tan W.H.，J.Am.Chem.Soc.，2008，130，11268—11269

［30］Tan Y.，Guo Q.，Zhao X.，Yang X.，Wang K.，Huang J.，Zhou Y.，Biosens.Bioelectron.，2014，51，255—260

［31］Ahn D.J.，Kim J.M.，Acc.Chem.Res.，2008，41，805—816

［32］Ho H.A.，Najari A.，Leclerc M.，Acc.Chem.Res.，2008，41，168—178

［33］Rochat S.，Swager T.M.，ACS Appl.Mater.Interfaces，2013，5，4488—4502

［34］Rose A.，Zhu Z.，Madigan C.F.，Swager T.M.，Bulovic V.，Nature，2005，434，876—879

［35］Rochat S.，Swager T.M.，Angew.Chem.Int.Ed.，2014，53，9792—9796

［36］Huang H.，Shi F.P.，Li Y.N.，Niu L.，Gao Y.，Shah S.M.，Su X.G.，Sens.Act.B，Chem.，2013，178，532—540

［37］Hong T.，Wang T.，Guo P.，Xing X.，Ding F.，Chen Y.，Wu J.，Ma J.，Wu F.，Zhou X.，Anal.Chem.，2013，85，10797—10802

［38］Huang H.，Wang K.，Tan W.，An D.，Yang X.，Huang S.，Zhai Q.，Zhou L.，Jin Y.，Angew.Chem.Int.Ed.，2004，43，5635—5638

［39］Dedeoglu B.，Monari A.，Etienne T.，Aviyente V.，?zen A.S.，J.Phys.Chem.C，2014，118，23946—23953

［40］Wang C.，Tang Y.，Liu Y.，Guo Y.，Anal.Chem.，2014，86，6433—6438

［41］Wang C.，Tang Y.，Guo Y.，ACS Appl.Mater.Interfaces，2014，6，21686—21691

［42］Seo S.，Kim J.，Jang G.，Kim D.，Lee T.S.，ACS Appl.Mater.Interfaces，2014，6，918—924

［43］Rush A.M.，Nelles D.A.，Blum A.P.，Barnhill S.A.，Tatro E.T.，Yeo G.W.，Gianneschi N.C.，J.Am.Chem.Soc.，2014，136，7615—7618

［44］Xie Y.，Zhao R.，Tan Y.，Zhang X.，Liu F.，Jiang Y.，Tan C.，ACS Appl.Mater.Interfaces，2012，4，405—410

［45］Huang Y.，Yao X.，Zhang R.，Ouyang L.，Jiang R.，Liu X.，Song C.，Zhang G.，F(xiàn)an Q.，Wang L.，Huang W.，ACS Appl.Mater.Interfaces，2014，6，19144—19153

［46］Nie C.，Zhu C.，F(xiàn)eng L.，Lv F.，Liu L.，Wang S.，ACS Appl.Mater.Interfaces，2013，5，4549—4554

［47］Li J.，Tian C.，Yuan Y.，Yang Z.，Yin C.，Jiang R.，Song W.，Li X.，Lu X.，Zhang L.，F(xiàn)an Q.，Huang W.，Macromolecules，2015，48，1017—1025

［48］Bao Y.，de Keersmaecker H.，Corneillie S.，Yu F.，Mizuno H.，Zhang G.，Hofkens J.，Mendrek B.，Kowalczuk A.，Smet M.，Chem.Mater.，2015，27，3450—3455

［49］Gopalakrishnan D.，Dichtel W.R.，J.Am.Chem.Soc.，2013，135，8357—8362

［50］Gaylord B.S.，Heeger A.J.，Bazan G.C.，Proc.Nalt.Acad.Sci.USA，2002，99，10954—10957

［51］Nilsson K.P.R.，Inganas O.，Nat.Mater.，2003，2，419—424

［52］Wang S.，Gaylord B.S.，Bazan G.C.，J.Am.Chem.Soc.，2004，126，5446—5451

［53］Pu K.Y.，Li K.，Liu B.，Adv.Funct.Mater.，2010，20，2770—2777

［54］Zheng J.，Zhang C.，Dickson R.M.，Phys.Rev.Lett.，2004，93，077402

［55］Yeh H.C.，Sharma J.，Han J.J.，Martinez J.S.，Werner J.H.，Nano Lett.，2010，10，3106—3110

［56］Zheng J.，Petty J.T.，Dickson R.M.，J.Am.Chem.Soc.，2003，125，7780—7781

［57］Zheng J.，Dickson R.M.，J.Am.Chem.Soc.，2002，124，13982—13983

［58］Petty J.T.，Zheng J.，Hud N.V.，Dickson R.M.，J.Am.Chem.Soc.，2004，126，5207—5212

［59］Guo W.，Yuan J.，Dong Q.，Wang E.，J.Am.Chem.Soc.，2010，132，932—934

［60］Xiao S.J.，Hu P.P.，Xiao G.F.，Wang Y.，Liu Y.，Huang C.Z.，J.Phys.Chem.B，2012，116，9565—9569

［61］Seidel C.A.M.，Schulz A.，Sauer M.H.M.，J.Phys.Chem.，1996，100，5541—5553

［62］Lee J.，Park J.，Lee H.H.，Kim H.I.，Kim W.J.，J.Mater.Chem.B，2014，2，2616—2621

［63］Shang L.，Dong S.，J.Mater.Chem.，2008，18，4636—4640

［64］Shang L.，Dong S.，Chem.Commun.，2008，7，1088—1090

［65］Tanaka S.，Miyazaki J.，Tiwari D.K.，Jin T.，Inouye Y.，Angew.Chem.Int.Ed.，2011，50，431—435

［66］Torimura M.，Kurata S.，Yamada K.，Yokomaku T.，Kamagata Y.，Kanagawa T.，Kurane R.，Anal.Sci.，2001，17，155—160

［67］Yang X.，Zhu Y.，Liu P.，He L.，Li Q.，Wang Q.，Wang K.，Huang J.，Liu J.，Anal.Methods，UK，2012，4，895—897

［68］Hu Y.，Wu Y.，Chen T.，Chu X.，Yu R.，Anal.Methods，UK，2013，5，3577—3581

［69］Zhang Z.，Sharon E.，F(xiàn)reeman R.，Liu X.，Willner I.，Anal.Chem.，2012，84，4789—4797

［70］Yin J.，He X.，Wang K.，Xu F.，Shangguan J.，He D.，Shi H.，Anal.Chem.，2013，85，12011—12019

［71］Cao A.P.，Zhang C.Y.，Anal.Chem.，2012，84，6199—6205

［72］Wang L.，Tian J.Q.，Li H.L.，Zhang Y.W.，Sun X.P.，Analyst，2011，136，891—893

［73］Yin J.，He X.，Wang K.，Qing Z.，Wu X.，Shi H.，Yang X.，Nanoscale，2012，4，110—112

［74］Rotaru A.，Dutta S.，Jentzsch E.，Gothelf K.，Mokhir A.，Angew.Chem.Int.Ed.，2010，49，5665—5667

［75］Qing Z.，He X.，He D.，Wang K.，Xu F.，Qing T.，Yang X.，Angew.Chem.Int.Ed.，2013，52，9719—9722

［76］Qing Z.，Mao Z.，Qing T.，He X.，Zou Z.，He D.，Shi H.，Huang J.，Liu J.，Wang K.，Anal.Chem.，2014，86，11263—11268

［77］Xu F.，Shi H.，He X.，Wang K.，He D.，Guo Q.，Qing Z.，Yan L.A.，Ye X.，Li D.，Tang J.，Anal.Chem.，2014，86，6976—6982

［78］Zhang L.，Zhao J.，Duan M.，Zhang H.，Jiang J.，Yu R.，Anal.Chem.，2013，85，3797—3801

［79］Zhou Z.，Du Y.，Dong S.，Anal.Chem.，2011，83，5122—5127

［80］Hu R.，Liu Y.，Kong R.，Donovan M.J.，Zhang X.，Tan W.，Shen G.，Yu R.，Biosens.Bioelectron.，2013，42，31—35

［81］Chen J.，Liu J.，F(xiàn)ang Z.，Zeng L.，Chem.Commun.，2012，48，1057—1059

［82］Wang X.P.，Yin B.C.，Ye B.C.，RSC Adv.，2013，3，8633—8636

［83］Qing Z.H.，He X.X.，Qing T.P.，Wang K.M.，Shi H.，He D.G.，Zou Z.，Yan L.，Xu F.Z.，Ye X.S.，Mao Z.G.，Anal.Chem.，2013，85，12138—12143

［84］Jia X.，Li J.，Han L.，Ren J.，Yang X.，Wang E.，ACS Nano，2012，6，3311—3317

［85］Yuan Z.Q.，Polyethyleneimine Assisted Synthesis of Fluorescent Gold/Silver Nanomaterials and Their Applications，Hunan University，Changsha，2013，70—85(袁智勤.聚乙烯亞胺輔助的熒光金、銀納米材料的合成及應(yīng)用研究，長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)，2013，70—85)

［86］Yuan Z.，Peng M.，Shi L.，Du Y.，Cai N.，He Y.，Chang H.T.，Yeung E.S.，Nanoscale，2013，5，4683—4686

［87］Hollas M.，Chung M.A.，Adams J.，J.Phys.Chem.B，1998，102，2947—2953

［88］Liu P.，Sun S.，Guo X.，Yang X.，Huang J.，Wang K.，Wang Q.，Liu J.，He L.，Anal.Chem.，2015，87，2665—2671

［89］Guo X.，Liu P.，Yang X.，Wang K.，Wang Q.，Guo Q.，Huang J.，Liu J.，Song C.，Li W.，Analyst，2015，140，2016—2022

［90］Guo X.，Yang X.，Liu P.，Wang K.，Wang Q.，Guo Q.，Huang J.，Li W.，Xu F.，Song C.，Analyst，2015，140，4291—4297

［91］Zheng D.，Zou R.，Lou X.，Anal.Chem.，2012，84，3554—3560

［92］Pomerantz A.K.，Moerner W.E.，Kool E.T.，J.Phys.Chem.B，2008，112，13184—13187

［93］Oba S.，Hatakeyama M.，Handa H.，Kawaguchi H.，Bioconjugate Chem.，2005，16，551—558

［94］Liao D.L.，Chen J.，Zhou H.P.，Wang Y.，Li Y.X.，Yu C.，Anal.Chem.，2013，85，2667—2672

［95］Wang B.，Yu C.，Angew.Chem.Int.Ed.，2010，49，1485—1488

［96］Wurthner F.，Chen Z.，Dehm V.，Stepanenko V.，Chem.Commun.，2006，37，1188—1190

［97］Zhu G.，Zhang S.，Song E.，Zheng J.，Hu R.，F(xiàn)ang X.，Tan W.，Angew.Chem.Int.Ed.，2013，52，5490—5496

［98］Zhu G.，Zheng J.，Song E.，Donovan M.，Zhang K.，Liu C.，Tan W.，Proc.Nalt.Acad.Sci.USA，2013，110，7998—8003

［99］Yang L.，Meng L.，Zhang X.，Chen Y.，Zhu G.，Liu H.，Xiong X.，Sefah K.，Tan W.，J.Am.Chem.Soc.，2011，133，13380—13386

［100］Balamurugan A.，Lee H.I.，Macromolecules，2015，48，3934—3940

［101］He L.，Yang X.，Zhao F.，Wang K.，Wang Q.，Liu J.，Huang J.，Li W.，Yang M.，Anal.Chem.，2015，87，2459—2465

［102］Yan H.，He L.，Ma C.，Li J.，Yang J.，Yang R.，Tan W.，Chem.Commun.，2014，50，8398—8401

［103］Yan H.，He L.，Zhao W.，Li J.，Xiao Y.，Yang R.，Tan W.，Anal.Chem.，2014，86，11440—11450

Application of Polymers in Fluorescence Analysis?

SONG Chunxia，YANG Xiaohai*，WANG Kemin*，WANG Qing，LIU Jianbo，
HUANG Jin，LI Wenshan，HUANG Haihua，LIU Wei
( State Key Laboratory of Chemo/Biosensing and Chemometrics，College of Chemistry and Chemical Engineering，Key Laboratory for Bio-Nanotechnology and Molecular Engineering of Hunan Province，Hunan University，Changsha 410082，China)

Abstract Polymers are macromolecular compounds built up from single or numerous kinds of monomers.The common materials in production and living( for example protein，nucleic acid，starch，fiber，plastic and rubber，etc.) are included in this category.Owing to the unique properties after polymerization and their monomers，polymers have been extensively used in fluorescence analysis as fundamental materials: target recognition can be realized through polymers interact with target molecules through intermolecular forces ( hydrogen bond，hydrophilic and hydrophobic function，and van der Waals’force，etc.) ; certein polymers can transform the molecular recognition event to easily recognizable fluorescence signal，and then fluorescence signal transformation and amplification could be realized; certein polymers have been used as framework of flourescence probes，therefore the recognition capacity of fluorescence probes are improved due to multivalency effect，and multifunction devices are constructed based on the conjugation of different functional units.In this paper，the research and application of polymers in molecular recognition，signal transformation and as framework of probes were reviewed.

KeywordsPolymer; Fluorescence analysis; Molecular recognition; Signal transduction; Framework of fluorescence probe

( Ed.: N，K)

?Supported by the National Natural Science Foundation of China( Nos.21190044，21175035) and the National Basic Research Program of China( No.2011CB911002).

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào): 21190040，21175035)和國(guó)家“九七三”計(jì)劃項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào): 2011CB911002)資助.

收稿日期:2015-10-15.網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2016-01-14.

doi:10.7503/cjcu20150796

中圖分類號(hào)O652

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

聯(lián)系人簡(jiǎn)介:羊小海，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事核酸分子探針及生物傳感器的研究.