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螺吡哺是研究得最广泛、最深入的一类光致变色化合物。本工作主要研究了螺吡喃基荧光开关纳米粒子的制备及相关性能表征。
首先,结合文献方法成功地合成了含双键的螺吡喃衍生物(SPMA)。这种衍生物溶于二氯甲烷或乙醇等有机溶剂后,在紫外光和可见光的照射下,能在开环结构(McH态)和闭环结构(SP态)之间发生可逆转变。由于SP态螺吡喃呈无色及无荧光发射,McH态螺吡喃呈紫色及有明显的荧光发射。因此,可实现SPMA的光致变色及单色荧光发射可逆的“开”和“关”。
然后,采用一步细乳液聚合方法将SPMA引入单个的聚合物纳米粒子,纳米粒子的直径通过改变实验参数可控制在35-75nm。对纳米粒子水分散体的光谱学研究证明了SPMA已经成功进入纳米粒子中。同时,从光谱数据中估算出纳米粒子中的螺吡喃基团的含量为投料量的85~90%。在紫外光和可见光的照射下,纳米粒子中的螺吡喃基团在McH态和SP态之间发生可逆转变,从而引发纳米粒子水分散体的吸收光谱发生变化,为在纳米粒子实现基于FRET的荧光可逆调控提供了可能性。另外,该纳米粒子具有单色荧光开关性能,其能够应用在生物标记等方面。
最后,根据FRET原理,选定了和SPMA能级匹配的给体(硝基苯并二恶唑基(NBD)荧光染料)。采用一步细乳液聚合方法将两种生色团(NBD和SPMA)引入单个的聚合物纳米粒子。纳米粒子的直径通过改变实验参数可控制在40-80nm。对荧光胶体粒子的光谱学研究证明了两种生色团已经成功进入纳米粒子中。同时,从光谱数据中估算出纳米粒子中的NBD和螺吡喃基团的含量为投料量的85~90%,而且它们之间的比例也和投料比接近。可以通过改变投料比来进一步对粒子中荧光强度和能量转移的效率进行调控。另外,在紫外光和可见光的照射下,纳米粒子中的螺吡喃基团在开环结构(McH态)和闭环结构(SP态)之间发生可逆转变,从NBD染料到McH态螺吡喃之间能够发生高效率的荧光共振能量转移,从而可引发NBD荧光发生可逆的“开”和“关”。另外,该纳米粒子具有双色的荧光开关性能,其能够广泛地应用于生物和光学等领域。