基于Aggregation-induced Emission (AIE) 材料生物传感器的制备

论文总字数：25276字

摘 要

聚集诱导发光（AIE）材料因具有独特的聚集态发光和“Turn on”特征，能够克服传统有机荧光分子的聚集淬灭效应（ACQ），使其在荧光传感器的构建时，显著提高检测的灵敏度和有效的线性范围，实现对金属离子、阴离子和生物分子的高灵敏便捷检测。离子是生活，工业领域和生物体系中常见的阴离子，的存在对环境和生物体系的各种性质有着重要的影响，因此对环境和生物体内的离子进行检测意义重大。基于包含苯并噻唑的荧光化学传感器由于灵敏度高、荧光寿命长、光稳定性好、Stokes 位移大等优点，引起了人们的广泛关注。

本文合成了2-（5-氯-2-羟基苯基）苯并噻唑，通过核磁氢谱和质谱对该化合物的结构进行了表征，同时通过紫外吸收光谱，荧光光谱表征了该化合物的发光性能。该化合物的ESIPT过程以及与的相互作用，导致了该化合物的光致发光性能的变化，从而实现了对水溶液中的快速的识别。

关键词：AIE材料，荧光化学传感器，苯并噻唑，碳酸根离子

Abstract:

Material with Aggregation-induced Emission (AIE) owns original high emission efficiency in solid (aggregated) state and character of Turn on. It can conquer the phenomenon which is well known as the aggregation caused quenching (ACQ). When Fluorescent chemosensors are established, it can enhance the sensitivity of Detection and efficiency of linearity range, making convenient and high sensitivity Detection of Metal ion, anion and biological molecules. Carbonate is a common anion in daily life, industrial circle and bio-system, its Existence makes great influence on various properties so that it make great sense to detect the Carbonate in environment and bio-system. Complexes based on benzothiazole attract widespread attention for their long fluorescence lifetime, high sensitivity, large Stokes shift and excellent light stability.

In this paper. Benzothiazole derivative based phenol is synthesized and its structure is charactered by 1H NMR and MS. Its luminescence properties are charactered by Ultraviolet Absorption Spectrum and fluorescence spectrum. The ESIPT process of this compound and the interaction with Carbonate lead to a serie of changes of photoluminescence and we can detect Carbonate fleetly based on such phenomenon.

Keywords: AIE material , Fluorescent chemosensors, benzothiazole, Carbonate

目录

摘要 1

Abstract: 2

第一章 绪论 4

1.1.引言 4

1.2荧光化学传感器 5

1.2.1荧光的产生原理 5

1.2.2荧光传感器的定义和应用。 6

1.2.3荧光传感器的发光原理 7

1.3.基于苯并噻唑的ESIPT过程 14

1.4碳酸根离子检测方法 17

第二章 2-（5-氯-2-羟基苯基）苯并噻唑的合成与表征 18

2.1实验试剂和仪器 18

2.2.1 2-（5-氯-2-羟基苯基）苯并噻唑的合成路线： 18

2.2.2化合物的氢谱 19

2.2.3化合物质谱 20

第三章．2-（5-氯-2-羟基苯基）苯并噻唑的性质 21

3.1紫外光谱的性质 21

3.2荧光光谱的性质 21

3.2.1．不同溶剂中的荧光光谱性质： 22

3.2.2．AIE性能 22

3.3. 选择性测试 23

3.4干扰实验 24

3.5浓度型实验 25

结论 27

致谢 28

参考文献 29

第一章 绪论

1.1.引言

离子的广泛存在的离子。如水中含有离子，而许多工业用水对离子含量都有明确的要求。比如说在经过油水分离后的水相中，就包含着一定浓度的离子，因此，通过对油田中的和含量的测定，可以分析地层水的各种指标 ^[1]。离子溶解在土壤中，并且在土壤的具有一定的浓度，浓度的高低将会关系到作物的生长，同时也会影响着土壤的各种理化性质 ^[2]。和是维持细胞酸碱度平衡重要的酸碱对，关系到如维持pH，细胞渗透压等的作用^[3]。因此，对环境和生物体中的离子进行快速，准确的检测，有着重要的意义。

离子色谱法是检测阴离子的传统方法，其主要的原理是通过阴离子在色谱柱中的不同的分离时间，分离出各阴离子 ^[4]。但是，离子色谱法与荧光分析法相比，对设备的要求高，使用起来不够便利，灵敏度也不及荧光分析法。

荧光物质之所以能够作为传感材料，就在于它在和目标检测物发生反应的时候，荧光物质往往由于本身结构或是性质发生变化，从而导致荧光强度的变化，这些变化都可以作为荧光信号进行定性或者定量的检测。不仅如此，荧光物质作为荧光穿传感器时，本身的选择性好，灵敏度高以及响应时间短，光学性质稳定 ^[5]。人们往往寻找共轭平面结构，含有离域电子体系的分子作为荧光材料。但是，在实际应用中，这些材料却往往无法使用，因为这些材料在固体状态下，荧光量子产率变得十分的低甚至是没有荧光。这是传统荧光材料本身的缺陷导致的，因为这些材料往往会发生聚集荧光淬灭（ACQ）^[6]。然而，AIE材料的出现为聚集导致荧光猝灭的难题提供了一个很好的解决方案。AIE机理推动了荧光材料的进一步发展。AIE材料的作用机制可以说是ACQ的相反过程，在溶液中，AIE材料的荧光性往往很差，但是一旦发生聚集，化合物将表现出明显的荧光特性。这种现象无疑是对ACQ现象很好的补充和完善。

激发态分子内质子转移过程是一种全新的质子转移过程，激发态的分子内，分子内部的质子受体接受来自于质子供体的质子，导致这分子结构性质的变化。质子受体一般是O，N原子，供体一般是-OH^-火车NH₂基团^[7]。ESIPT过程具有许多优点：光学特性稳定，荧光性强，stoke’s位移大，灵敏度高等，在发光材料以及分子传感领域都能有很好应用 ^[8]。包含苯酚基的苯并噻唑与其他的苯并噻唑相比，又有着以下独特的优点：（1）该化合物能够发生ESIPT过程，离子的加入使得化合物结构发生变化，光致发光过程发生变化，这个过程在离子检测中起到了关键的作用。（2）该化合物的荧光强度高，反应灵敏。其荧光吸收和发射波长，强度等性质会随着离子的浓度变化产生更显著的变化。

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