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水溶性共轭高分子是指因带有一些水溶性基团而能在水溶液中表现出较好溶解性的一类高分子发光材料。水溶性共轭高分子因其高灵敏性(可以检测纳摩尔到皮摩尔浓度的生物分子，是小分子荧光探针体系的103-6倍)已被广泛地应用于分子水平的荧光探针，但蛋白酶活性、核酸序列测定和构象转变、药物的筛选等研究都是在缓冲溶液等非生物环境中进行的。我们的研究组自2008年开始了水溶性共轭聚合物在细胞层面的初步探索，发现吸附在纳米颗粒表面的阳离子型聚芴可以被人乳腺癌细胞(MDA-MB-231)摄入呈现点状发光结构。
首先，我们采取了Suzuki合成法制备一系列离子型聚芴衍生物，简捷的合成方法对发掘水溶性聚芴的应用有着积极的意义；在合成中采用芴二硼酸酯单体与连接单元(芳香族二溴化合物)的共聚反应代替二溴芴单体与芳香族二硼酸的共聚反应，避免了对每个连接单元进行要求比较苛刻的低温、无水、无氧硼烷化反应；并且用苯并噻二唑代替苯环与芴交替共聚使得最终产物的能带结构发生显著变化。HOMO轨道能量的提高减小了能隙带宽，导致芴/苯并噻二唑共聚物的紫外吸收和荧光发射相对芴/苯共聚物发生红移。这对未来水溶性聚芴聚合物在多彩显示以及多通道检测器等方面的应用都有积极意义。
其次，我们创新性地利用静电自组装作用将水溶性共轭高分子在纳米磁性颗粒表面进行有序组装，得到表面修饰有单层或多层共轭高分子的荧光/磁性双功能纳米复合物，其最大发射波长覆盖几乎整个可见光区，为下一步采用荧光成像技术研究纳米材料与生物细胞的相互作用奠定了基础；根据共振能量传递原理，选择PFN和ThPFS多层自组装，利用前者的发射光谱能够很好的与后者的吸收光谱重叠，使得能量传递顺利发生；选择PFN、ThPFS、BtPFN多层自组装，能够实现阶梯状能量传递；另外发现外加小分子电解质能够加剧纳米颗粒表面共轭高分子链的聚集，并提高相邻层共轭聚电解质之间的能量转移效率。我们的研究表明可以通过观察荧光的变化直接得知静电组装过程中高分子链之间的相互作用，使得高分子相互作用的研究简单明了化。
最后，我们将荧光/磁性双功能纳米复合物与细胞共培养，使得纳米复合物能够携带高分子荧光探针突破细胞膜这个屏障实现细胞内荧光成像。利用激光共聚焦、荧光显微镜以及透射电镜这个直观的方法定位纳米复合物在细胞内的位置和进入细胞的过程。部分纳米颗粒可以进入细胞核，但仍然存在明显的核膜屏障；由于遗传物质DNA在细胞核内，荧光纳米材料进入细胞核对实现DNA荧光传感或承载基因治疗药物等具有重要意义。